基于工业以太网的玻璃切割机控制系统的研究与应用

摘要

随着国民经济的飞速发展，我国正面临着由制造大国向制造强国转变的严峻形势，生产效率和产品质量备受瞩目。另一方面，随着工业自动化系统分散化、网络化、智能化的不断发展，车间控制与办公室管理的无缝衔接成为必然趋势，工业以太网成为研究热点。本论文通过理论研究和现场调试，设计开发了一种基于工业以太网的玻璃切割机控制系统。
　　论文首先介绍了当前玻璃切割技术在国内外的研究现状和发展趋势，分析了工业以太网应用于数控领域的优势及需要解决的关键问题。然后根据玻璃切割机的实际功能需求选用EtherMAC工业以太网总线技术搭建系统硬件平台，在此基础上设计了跨平台分布式的软件框架结构，利用多层有限状态机进行逻辑功能的控制，采用Socket通信技术实现控制软件与管理软件的数据交换。紧接着对控制系统自动功能内核的几项关键技术进行了深入的研究分析，包括对原有插补算法的改进，自动寻边和刀偏补偿功能实现的算法研究，以及刀轮切向追踪算法的设计实现。之后又对玻璃切割系统的一项重要功能——排料优化进行了分析研究，提出了一种将启发式算法和遗传算法相结合的排样方法。最后给出了玻璃切割机控制系统的整体设计方案，并通过现场调试进行了测试和改进。
　　本文方案采用了工业以太网技术，顺应数控领域的发展趋势。根据玻璃切割机应用需求，提出了基于WindowsCE和Windows7相结合的跨平台分布式控制系统架构与刀轮切向追踪算法和启发性算法，具有一定的创新性和应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 玻璃切割产业研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 排料优化软件研究现状

1．3 工业以太网概述

1．3．1 工业以太网介绍

1．3．2 工业以太网的优势和关键技术

1．3．3 工业以太网的发展趋势与前景

1．4 主要研究内容

第2章 控制系统架构设计

2．1 玻璃切割生产线

2．1．1 整体结构

2．1．2 数控玻璃切割机

2．2 控制系统关键技术分析

2．2．1 走刀系统

2．2．2 最佳划痕

2．2．3 寻边功能

2．2．4 刀偏补偿

2．3 控制系统硬件结构设计

2．3．1 EtherMAC实时以太网技术

2．3．2 运动控制平台系统结构

2．4 控制系统软件结构设计

2．4．1 控制系统软件基础平台选择

2．4．2 控制系统软件架构

2．4．3 控制系统内核架构

2．4．4 多层有限状态机

2．4．5 Socket通信实现

2．5 本章小结

第3章 自动功能内核的实现

3．1 运动控制功能

3．1．1 自动运行处理流程

3．1．2 运动控制插补算法

3．2 自动寻边功能

3．2．1 寻边过程

3．2．2 坐标转换

3．2．3 寻边流程

3．3 刀偏补偿功能

3．3．1 刀补建立

3．3．2 刀补进行

3．3．3 刀补取消

3．4 刀轮切向追踪

3．4．1 直线切割运动控制

3．4．2 圆弧切割运动控制

3．4．3 微小直线段切割运动控制

3．4．4 实验与误差分析

3．5 本章小结

第4章 排料优化算法

4．1 有约束矩形排样问题

4．1．1 问题描述

4．1．2 工艺要求

4．1．3 排样规则

4．2 启发式排样

4．2．1 排样模式

4．2．2 空白矩形生成

4．2．3 空白矩形填充算法

4．3 遗传算法

4．3．1 染色体编码

4．3．2 生成初始群体

4．3．3 交叉算子

4．3．4 变异算子

4．3．5 选择算子

4．3．6 染色体解码

4．4 算例分析

4．5 本章小结

第5章 玻璃切割机控制系统实现

5．1 控制系统硬件实现

5．1．1 硬件需求分析

5．1．2 硬件实现方案

5．2 控制系统软件实现

5．2．1 软件实现方案

5．2．2 用户操作界面实现

5．3 本章总结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢