基于FPGA的硬件可重构数控系统的研制

可重构要求是21世纪制造系统的核心能力,为了实现数控系统的重构,提出了一种硬件实现方法将数控系统模块化,各模块采用硬件描述语言设计为数控IP(NC Intellectual Protocol),通过数控IP的集成完成数控系统的设计,改变下载到现场可编程逻辑器件中的配置数据来完成数控系统功能的重构.通过一经济型可重构数控系统原型的开发验证这种方法的可行性.     

基于现场总线的可重构数控系统的研究

在研究开放式可重构数控的基础上,构建了基于先进精简指令集微处理器和运动控制芯片的数控平台,提高了系统的集成度和稳定性,实现了生产过程的数字化与高速高精。基于现场可编程门阵列器件的硬件可重构设计,避免了资源浪费,实现了柔性制造。为解决因数控系统信息交互密集而产生的实时性、可靠性等差的问题,在对现场总线时间特性分析的基础上,开发了基于现场总线的开放式数控系统。最后,通过在机床数控系统中的应用,验证了方案的可行性和高效性。     

符合IEC 61499的分布可重构STEP-NC控制器设计

针对作为网络化可重构生产线底层生产设备网络物理节点的数控设备控制器,分析了目前符合STEP-NC的开放式结构数控系统对分布可重构制造环境的适应性能及需要增强的环节.引入IEC 61499分布式控制机制,通过提高单台设备控制器分布可重构控制能力来提高其对生产线制造环境的综合适应能力.将加工特征作为联系两个机制的桥梁,建立了符合IEC 61499机制的数控设备Device模型.该模型设计了基于轴控制的Resource模型与本地加工功能块为主体的设备柔性控制结构,详细说明了加工事件驱动的各功能子模块的设计方法.该建模方法在四轴控制开发平台上进行了实例应用.     

基于数控流水线技术的开放式数控系统

为使开放式数控系统的设计不依赖于特定的软硬件平台,提出了一种由数控主控流水线线程、驱动程序和数控微代码实时执行单元构成的数控流水线体系.该体系定义了开放的数控规范指令和数控微代码接口,保证模块的互换性,实现了流水线的可重构.数控流水线线程封装了从指令译码到生成数控微代码的主要控制功能,并采用标准编程接口和软件开发技术确保可移植性.数控微代码实时执行单元由可重构的开放式硬件进行实时控制,通过缓冲区隔离了流水线的实时和非实时部分.实验表明,数控流水线体系可适应各种通用的软硬件平台,为开放式数控系统的构建提供了一种实用方法.     

基于USB和组件技术的可重构数控系统的研制

提出了数控系统的硬件由一台工控机和一些通过USB总线与工控机进行通讯的功能模块组成，不同的功能模块通过设备驱动程序来屏蔽不同硬件设备间的差异，从而使数控系统控制软件的开发独立于硬件设备。使得数控系统的重构成为可能；为了实现数控系统软件的可重构，文中提出了数控系统软件通过核心支撑平台和若干完成特定功能的组件组合而成，通过对数控系统软件结构进行合理的模块化分解，采用COM规范构建数控系统的组件模块能够很好地解决软件重构问题，为后继的系统开发奠定了较好的基础。最后通过一个基于USB总线的雕刻机可重构数控系统的开发，证明了其方案的可行性。     

嵌入式网络数控技术与系统

指出基于通用PC的数控技术存在系统资源与需求不匹配、操作系统不适应于实时控制、系统的核心硬软件不具有自主知识产权等问题,认为嵌入式技术是网络数控技术与系统未来发展的方向之一.提出一种基于嵌入式技术的网络数控系统硬件和软件体系,开发与仿真环境.硬件结构由显示及输入装置、嵌入式数控单元、嵌入式可编程序逻辑控制器、嵌入式伺服控制模块、高速现场总线和以太网共同组成,软件体系结构由控制与运算软件、组态软件模块、嵌入式操作系统、辅助设计系统和控制仿真系统组成,能够实现基于通用PC数控系统的所有功能.规划了嵌入式网络数控软件自动生成与辅助开发过程,以及嵌入式可编程序逻辑控制器辅助开发与软件生成过程.提出嵌入式新型网络数控系统中央数控单元硬件实现方案,搭建起中央数控单元先进精简指令集处理器和数字信号处理器的软件架构.基于嵌入式技术的网络数控系统的最大特点是中央数字控制单元不再是一个通用的计算机系统,而是一个嵌入式计算机系统,不但运算能力强、结构灵活和成本低廉,而且具有通用性强、可组合、易扩展、可伸缩和开放性等特点.     

基于通用串行总线的可重构数控系统的研究

简要介绍了可重构制造系统和通用串行总线规范，详细论证了数控系统主机与各功能模块之间通过通用串行总线实现通讯、构成新型的可重构数控系统，阐明了开发通用串行总线外设的两种方法，通过一个基于通用串行总线的可重构数控系统原型研究，证明了其方案的可行性。     

数控车间信息集成技术研究

在分析数控车间生产管理的业务流程及车间硬件环境特点的基础上,构建了车间制造执行活动集成框架及执行信息流程模型.提出了基于Web服务和组件技术的数控车间数字化信息系统集成解决方案.应用分布式组件对象模型的组件技术设计了功能构件,并加以封装以实现系统内各功能模块的集成;系统与外部环境集成采用基于标准Web服务接口的方式,通过设置信息访问器和发布器来实现.开发了一个原型系统.实践证明,该系统不仅能实现车间信息的内外部集成,而且具有良好的可扩展性、可重构性和易维护性.     

开放式数控系统分布式体系结构及其实现策略

在中国国家自然科学基金项目《制造系统的物理动态仿真及其虚拟现实模式》，天津市科技发展计划重大攻关项目《基于网络和状态监测的嵌入式开放结构数控系统》共同资助下，研究分布式数控体系结构和实现策略，总结其学术研究成果。 开放式控制技术、网络化技术和智能控制技术正在推动数控系统体系结构的重大变革。变革的第一阶段——开放式结构数控系统已经基本形成技术规范和应用体系，开放式控制的设计理念和支撑环境已经确立。随着计算机技术向网络方向发展，以及数控加工控制应用环境的客观需要，采用分布式体系结构建立数控系统的技术路线正在逐步成为开放式数控技术继续演化的一个重要方向。 开放环境下的分布式体系是未来数控系统的发展方向。随着模块化技术的成熟，越来越多智能化设备单元的出现，数控系统的功能实体将从集中组合走向分布式协作。利用网络技术构建分布式数控系统，是开放式数控发展的趋势，是真正意义上的开放理念的实现。 集成化控制无法根本解决复杂性控制问题。通过集成附加功能模块的策略可以满足复杂控制的外在要求，但直接产生的负面后果是内部结构随之复杂，甚至是杂乱。复杂性会带来的很多问题，包括功能上的，结构上的，外部接口上的和内部实现上的。 多维和浮动的层次结构方案是解决复杂性控制和体现柔性特征的有效技术方案。递阶式控制模式存在很多缺陷，根源在于基于一维直线模型，将其多维化并使其具有动态的配置模型和层次关系是一个有效地解决途径。     

基于可编程逻辑器件的可重构数控系统研究

根据可重构制造系统的发展要求，分析了数控系统重构的重要性，讨论了可重构制造系统，可重构数控系统和开放式数控系统之间的关系。在此基础上，总结了目前实现数控系统重构的软硬件途径，然后，重点结合可编程逻辑器件和硬件重构技术，提出将可编程逻辑器件应用于可重构数控系统开发，并进行了可实现性，经济可行性分析，最后，通过一经济型可重构数控系统的研制，验证了实现的可行性与有效性。     

网络数控制造系统中常用DNC通讯接口模式

讨论在网络数控制造系统中常用的基于串口服务器的DNC通讯接口模式,分析各个集成DNC系统接口模式的含义及其特点,提出了基于串口服务器的异构数控系统的DNC集成方法,讨论了网络数控制造系统中基于串口服务器的集成DNC系统的发展方向。     

利用DNC的数控通信管理及状态监测系统的研究

综合利用多线程、DNC联网技术、网络通信技术和数据采集技术设计了一种集成DNC系统,实现DNC服务器与数控机床之间NC程序的双向传输和远程调用,对机床的加工状态进行实时监测采集,统计机床的利用率,对各类数控信息和生产信息进行妥善管理。     

基于以太网的串行机床DNC通信系统的研究

提出了一种新型的基于以太网的DNC通信技术，使用单板机作为串口服务器，实现了串行机床与以太网的联接。根据系统的通讯特点，制订了数控程序的传输规程；开发了DNC通讯平台的网络通信程序和串口服务器的通信程序。这种通信方法具有兼容性好和成本低等优点。     

基于工业以太网的数控设备网络化研究

在基于工业以太网的DNC系统基础上,利用串口服务器将具备标准串口通讯的数控设备连入DNC网络,实现了对数控机床的分布式控制和集中管理.     

分布式网络DNC系统的研究和实现

随着制造自动化水平的提高，越来越多的数控设备须集成进ＣＩＭＳ系统中去，单机ＤＮＣ已满足不了发展的需要。客户／服务器方式与传统结构相比具有许多优点，并成为包括制造在内的许多网络应用领域的主流，本文给出了在分布式网络ＤＮＣ系统中实现客户／服务器体系结构的系统框架，以及运用ＲＰＣ实现的过程，最后讨论了一个实例。     

DNC集成技术的发展

简述ＤＮＣ集成控制系统的结构及基于ＤＮＣ的集成化生产管理系统的发展背景,综述国内外ＤＮＣ接口的发展现状,提出了ＤＮＣ集成化控制技术的几点发展趋势。     

基于以太网DNC系统的研究

针对当前制造企业信息化改造，介绍了分布式数控（DNC）系统的定义和功能，提出了基于以太网DNC系统的不同网络构架。在分析了RS232和网络这2种不同通讯接口的基础上，归纳了2种通讯接口在DNC系统中不同之处。针对新兴的以太网式DNC系统，重点研究了数据采集、远程监控和远程诊断等功能。     

基于网络制造实验室的数控网络化技术研究与实现

通过研究现有数控网络化的运行模式及发展趋势,结合实验室自身实际情况提出相应的数控网络化实施方案,对网络DNC通信和实施方案进行了详细阐述.实践证明,系统具有灵活性和网络扩展性强等优点,适应了目前现代制造自动化和信息化对DNC系统的要求.     

基于RS-485通信网络的集成DNC系统研究

集成NDC扩展了传统的DNC的管理功能以实现与DNC系统外的信息集成,文章应用研华ADAM4000系列模块构建RS－485通信网络,建立了一个基于RS－485通信网络的集成DNC系统,文中对RS－485通信网络的构建方法,网络协议,集成DNC系统的车间控制结构,系统功能和系统实现等进行了详细的讨论,该系统成功地应用于国家“863”计划CIMS主题重点应用工程金城JC－CIMS二期工程。     

基于组合式代理的DNC系统设计

将无线通信与传统有线网络通信相结合,设计一种组合式的DNC系统。并对该系统的关键部分从硬件和软件两方面进行了详细阐述。实验表明,这种组合式的DNC系统便捷、灵活,非常适合于网络化制造。