【正文】 中文 2805 字 出處： Proceedings of International Conference on. IEEE, 1996: 250260 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )外文資料翻譯 系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動化 姓 名： 學(xué) 號： 外文出處： Design of the Distributed Architecture of a Machinetool 附 件： ； 。 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 分布式機(jī)床的設(shè)計 FIP現(xiàn)場總線的用途 Daping SONG, Thierry DIVOUX，費(fèi)朗西斯勒帕熱 自動化中心研究所的 Nancy 摘要：本文中我們基于 FIP現(xiàn)場總線上提出了一種分布式控制系統(tǒng)。它將取代傳統(tǒng)的 CNC(計算機(jī)數(shù)字控制裝置 )用于機(jī)床上。該系統(tǒng)是由一套以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的模塊 (PC機(jī)、運(yùn)動控制器、 I/O接口 ) 利用 FLP實(shí)時網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)接的。這主要是使每個模塊智能化以提高整個系統(tǒng)的靈活性和容錯能力。每個模塊都是一個分控系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)自己的分控任務(wù)，其中有些模塊用于運(yùn)動控制，另一些模塊用于傳感器評價和執(zhí)行器調(diào)節(jié)。 FIP決定了這些模塊 之間的通訊（信息交流和同步），同時執(zhí)行任務(wù)分配以及設(shè)備布局分布。我們討論一些分布標(biāo)準(zhǔn)并描述實(shí)驗的執(zhí)行。 近幾年， 一直對分布式體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了許多研究。分布式體系結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)集成上發(fā)揮主要作用。在機(jī)床控制域，目前 CNC 技術(shù)有它內(nèi)在的缺點(diǎn)。將幾根固定數(shù)量的軸容入 CIM 環(huán)境中是非常費(fèi)時，靈活和不易的。超大規(guī)模集成電路微處理器技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展使分布式控制成為可能。雖然逐步擴(kuò)展沒有完全替代硬件更換但分布式控制系統(tǒng)的性能，模塊化，完整性和可靠性正在提高。它為替代控制系統(tǒng)架構(gòu)提供了一個很好的前景。 本文致力 于對 分布式機(jī)床結(jié)構(gòu)的研究。它建立在智能設(shè)備與通信相聯(lián)系的基礎(chǔ)上。分布式機(jī)床的特點(diǎn)是分布式任務(wù)和分布式數(shù)據(jù)，且具有獨(dú)特的控制方法。它是結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和 FIP 系統(tǒng)總線設(shè)計而成，通過實(shí)驗證明該系統(tǒng)具有可執(zhí)行性，在實(shí)驗中該系統(tǒng)控制了復(fù)合軸系，成功執(zhí)行坐標(biāo)之間的關(guān)系同時也反應(yīng)了對傳感器值的變化。 該論文結(jié)構(gòu)如下：第 2 部分描述了機(jī)床控制系統(tǒng)構(gòu)架。第 3 部分簡要介紹了FIP 現(xiàn)場總線。第 4 部分概述了我們實(shí)驗的實(shí)施。最后，我們在第 5 部分總結(jié)了一些一般性意見和今后的研究前景。 該機(jī)床控制系統(tǒng)是一個實(shí)時多任務(wù) 系統(tǒng)。其功能結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。它包括三種單元：用戶接口 / 監(jiān)控單元 /規(guī)劃單元，伺服單元，傳感器 /制動器單位。這個系統(tǒng)的主要功能是用來控制工件的加工。它包括兩個不同的和相關(guān)的任務(wù)： ● 為了確保軌跡的準(zhǔn)確性和對機(jī)床移動部件的速度控制 ● 為了調(diào)查定位（跟蹤）過程的正確執(zhí)行，環(huán)境變化的影響與指定操作的執(zhí)行或機(jī)床機(jī)件的運(yùn)動同樣重要。例如：工具開關(guān)，冷卻，潤滑等。 CAM 的制造日期 圖 1：架構(gòu)功能 按時間順序，這項任務(wù)也可分為兩個步驟： 規(guī)劃控制程序規(guī)劃和執(zhí)行控制程序。第一步，機(jī)床機(jī)件沒有直接的方向，只有運(yùn)動和被指定執(zhí)行的操作，這是“數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理”的一步。雖然在第二步，是控制的有效執(zhí)行。值得指出的是：在第二步由于多任務(wù)的性質(zhì)，并行處理是可行的。 現(xiàn)場總線 FIP系統(tǒng)被用來滿足分布式機(jī)床上實(shí)時通信的需要。在這一節(jié)中，我們簡要地解釋一下 FIP系統(tǒng)的技術(shù)性能。 FIP（工廠儀表協(xié)議）是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用于傳感器的驅(qū)動器和控制設(shè)備如 PLCS，CNCS或機(jī)器人控制器之間的信息交換。 FIP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用所謂的密封性以減少 OSI模型 (物理層 ,數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層 )，這種結(jié)構(gòu)使實(shí)時通信和常規(guī)的信息溝通之間有明顯的區(qū)別。在數(shù)據(jù)鏈路層中，相關(guān)服務(wù)一方面與其他傳遞信息服務(wù)可變轉(zhuǎn)讓。在應(yīng)用層中，我們可區(qū)分工作規(guī)劃 /編程（軌跡，工具的選擇，其他加工參數(shù)采集） 基本替換計算 軸伺服控制系統(tǒng) 機(jī)床構(gòu)件 傳感器 /制動器環(huán)境自動安全監(jiān)測加工 MPS服務(wù)（制造周期 /非制造性規(guī)范），它采用來自數(shù)據(jù)鏈路層的信息設(shè)備所支持的 MMS設(shè)備。 FIP支持兩個傳輸媒體：屏蔽雙絞線和光纖。 FIP允許各種各樣的布局，最長部分可達(dá) 500米，至少有 4個部分被中繼器代替。 3種比特率被確定為： .比特 /秒， 1兆位 /秒和 /秒。 FIP介質(zhì)訪問控制是集中的。所有轉(zhuǎn)讓都由 the Bus Arbiter控制，時間安排轉(zhuǎn)移必須遵守時間要求。變量和信息之間的傳遞可采用定期配置或根據(jù)站的要求來轉(zhuǎn)讓，而在我們的應(yīng)用中， FIP只采用可變轉(zhuǎn)讓。 FIP采用生產(chǎn)者和消費(fèi)者的模樣來產(chǎn)生可變交流。變量對于生產(chǎn)者和消費(fèi)者而言，是被確定的一個獨(dú)特的識別標(biāo)志，一套制作和消費(fèi)變量可以集結(jié)在一個站，但是這些識別標(biāo)志不涉及任何物理地址站。圖 2顯示了變化信息。 廣播的 BA 標(biāo)識符 認(rèn)識的人 P和一些消費(fèi)者 231。 生產(chǎn)者發(fā)出的日期 P 所有消費(fèi)者接受的數(shù)據(jù) C 圖 2： FIP系統(tǒng)的 MAC圖象 首先， the Bus Arbiter 廣播持有可變的標(biāo)示符，所有的節(jié)點(diǎn)接受幀并檢查變數(shù)是生產(chǎn)還是消費(fèi)產(chǎn)生的或不給予影響。第三步：作為生產(chǎn)者的站必須響應(yīng)包含數(shù)據(jù)的幀。第四步：獲取消費(fèi)者的變化價值并存儲。當(dāng)更新產(chǎn)生時，消費(fèi)者和生產(chǎn)者便形成了。 FIP有兩種類型的數(shù)據(jù)交流：周期性和非周期性的。在這兩種情況下，匯率發(fā)生情況如上圖（圖 2）。在第一種情況下， the Bus Arbiter根據(jù)從配置要求價值相應(yīng)的標(biāo)識定期轉(zhuǎn)移。第二種情況下， the Bus Arbiter 可根據(jù)現(xiàn)有的帶寬產(chǎn)生轉(zhuǎn)讓請求信號。 在我們的應(yīng)用中，實(shí)時的限制是非常嚴(yán)格的。為了使機(jī)床遵守給定的軌跡，軸的控制必須同步。這就要求和網(wǎng)絡(luò)連接的控制節(jié)點(diǎn)應(yīng)該同時接受開始命令，因此網(wǎng)絡(luò)必須播出命令。為了確保相同的瞬時命令能同時被幾個接受器接受，穩(wěn)定的傳輸是非常必要的。因此，一些傳感器例如運(yùn)動控制傳感器就應(yīng)該要求定期調(diào)查限位開關(guān)以使網(wǎng)絡(luò)能定期無