【導(dǎo)讀】制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。第一部分主要是對(duì)醫(yī)療床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)、橫向進(jìn)給系。需求又可達(dá)到縮小機(jī)體大小的目的。第二部分為控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，元件的位置檢測(cè)電路，該電路可以實(shí)現(xiàn)行程辯向和行程測(cè)量的目的。

　　

【正文】 RMS的網(wǎng)絡(luò)與控制 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，即互聯(lián)設(shè)備，如傳感器、驅(qū)動(dòng)器和控制器，使用較少的線(xiàn)路，并要求比點(diǎn)到點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)需要更少的維修。它還使人們有可能以分布式處理幾個(gè)小單元的功能和荷載。此外，在診斷通信裝置和設(shè)備條件時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層次更容易執(zhí)行的。 制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有很多層次和等級(jí)，每個(gè)人有 不同的目標(biāo)，并要求不同通信方式和加工能力。一般來(lái)說(shuō)，通信可以使用較低的技術(shù)水平，如為 sensor buses或 field buses （ schickhuber 和 McCarthy ， 1997 年） 。該網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用的這些層次可以劃分為兩類(lèi)，即數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)， （ Raji， 1994 年） 。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)都采用大數(shù)據(jù)封包，并相對(duì)偶然突發(fā)性數(shù)據(jù)保持高數(shù)據(jù)傳輸速率，以支持傳輸大型數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有頻繁的時(shí)間 臨界制約 29 因素。 控制網(wǎng)絡(luò)，在對(duì)比之下，通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)區(qū)別控制網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵要素是時(shí)間臨界系統(tǒng)支持性能。 因此，控制系統(tǒng)的通信應(yīng)始終保持有效的工作。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)化機(jī)床，顧名思義，是 ncss 和分布式的系統(tǒng)的控制器，驅(qū)動(dòng)器和傳感器通過(guò)一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)和設(shè)計(jì)好的信息交換裝置連接。信息與命令可以在中央控制單元和位于各控制裝置分布式控制器傳輸。因此， 單一中央控制單元上的加工負(fù)載，可以被分配到幾個(gè)小的處理器上，即專(zhuān)門(mén)用于這一部份的驅(qū)動(dòng)器 /傳感器。這些處理器能通過(guò) ―bus work‖相互通信相互配合，完成指定的任務(wù)。此外，智能裝 置能改善信號(hào)處理和通信質(zhì)量。 對(duì)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，候選控制網(wǎng)絡(luò)一般必須滿(mǎn)足兩個(gè)重要條件：范圍內(nèi)的時(shí)間延遲并保證通信路徑，應(yīng)該在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)成功的轉(zhuǎn)發(fā)信息。遺失或過(guò)分延遲的信息通過(guò)一個(gè)傳感器經(jīng) 30 由控制器到達(dá)一個(gè)致動(dòng)器，例如，可能會(huì)惡化系統(tǒng)性能或?qū)е虏环€(wěn)定信息。 在執(zhí)行一個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的控制系統(tǒng)中，一種新的約束，必須適應(yīng)通信媒介的帶寬。不同的網(wǎng)絡(luò)有不同的協(xié)議分配和該裝置對(duì)網(wǎng)絡(luò)可用帶寬。 每個(gè) NCS 的子系統(tǒng)，閉合環(huán)路系統(tǒng)，可簡(jiǎn)單用 圖 1 表示，相比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng) NCS 的一個(gè)重大的缺點(diǎn)是，網(wǎng)絡(luò)傳輸所造成的傳感器 /執(zhí)行器 和控制器之間的時(shí)間延遲。這些時(shí)間延遲不僅是出現(xiàn)在每個(gè)采樣瞬間，也在不同設(shè)備在同一個(gè)子系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生。對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，精確的信息觀(guān)和時(shí)間延遲對(duì)系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性由很打的影響。 因此，必須現(xiàn)建立模型和控制器的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，以便網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可成功建立。 網(wǎng)絡(luò)化機(jī)床的建立 案例研究：網(wǎng)絡(luò)化 robotool 對(duì)一種可重構(gòu) NCS，現(xiàn)正于美國(guó)密西根大學(xué)應(yīng)用的部分工業(yè)工具 (圖 2)進(jìn)行研究，分析其參數(shù)。這個(gè)工具，是一個(gè)被稱(chēng)為 robotool 的 3 軸（ X ，Y 和 Z ）加工系統(tǒng)中，每個(gè)軸的動(dòng)作是直線(xiàn)下滑并通過(guò)驅(qū) 動(dòng)滾珠絲杠，由直流電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)角速度測(cè)量測(cè)速。每個(gè)軸也有一項(xiàng)線(xiàn)性編碼決議，在 10 毫秒的規(guī)定線(xiàn)性位置測(cè)量。每 10 毫秒對(duì)這兩個(gè)位置的速度信號(hào)采樣。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)一個(gè) PWM 驅(qū)動(dòng)器與一個(gè)介于 0 和 255 的 8 位輸入。在過(guò)去，一些研究者已用 robotool 作為一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)研究開(kāi)放式控制系統(tǒng)（ koren 等人， 1996 年），監(jiān)控系統(tǒng)（ Lander 和 Ulsoy 等， 1998 年 ，和交叉聯(lián)結(jié)控制系統(tǒng)（ Chen 等，1998 ）。以前這些所有的工用的都是傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)實(shí)的工作結(jié)構(gòu)構(gòu)。 31 由于硬件設(shè)置原因，當(dāng)系統(tǒng)功能目標(biāo)的改變時(shí)，添加 /刪除系統(tǒng)組件和執(zhí)行診斷時(shí)非常困難和耗時(shí)的。目前使用的傳感器與制動(dòng)器是無(wú)源器件并且不能獨(dú)立運(yùn)行的。此外，信號(hào)導(dǎo)致這些設(shè)備不統(tǒng)一，不能共享其他設(shè)備，需要進(jìn)一步改造才能使用。因此，目前的架構(gòu)是不能重構(gòu)的。我們正在 robotoo上設(shè)置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)裝置控制系統(tǒng) DeviceNet（ DeviceNet 是一個(gè)傳感器在 NCS上普遍采用的通信協(xié)議總線(xiàn)。 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)采用了非破壞性碰撞的解決方案解決信息優(yōu)先問(wèn) 題），如圖 2 ，來(lái)研究分布式體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如圖所示）的第一個(gè)優(yōu)勢(shì) ，是減少配線(xiàn)。根據(jù)通信協(xié)議，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制 32 系統(tǒng)，在功能方面可對(duì)不同的通信模式提供有力支持。這些措施包括客戶(hù)機(jī) /服務(wù)器（以一對(duì)一的互動(dòng)），以及發(fā)布者 /訂閱（ 以一對(duì)多的互動(dòng)） 。因?yàn)樗械脑O(shè)備，其中包括傳感器，驅(qū)動(dòng)器，控制器和監(jiān)控工具，是相互關(guān)聯(lián)的，由共同介質(zhì)的總線(xiàn)通信相連。一個(gè)傳感器所產(chǎn)生的信息，可方便地瀏覽數(shù)控裝置（發(fā)布者 /訂閱通訊模式），無(wú)須提交任何重復(fù)傳感器和算法就可以在傳統(tǒng)的生產(chǎn)系統(tǒng)中發(fā)送。因此，對(duì)同一網(wǎng)絡(luò)信息中的任何設(shè)備 都時(shí)很容易被識(shí)別的，而且與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)相比需要較少的硬件安裝。 NCS 性能分析 由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，設(shè)備信息必須確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)是否可用后才可以傳輸。根據(jù)信息連接類(lèi)型，（例如：多方投票，投票，狀態(tài)改變，循環(huán)）以及網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載，采取輪候機(jī)制。因此，信號(hào)由傳感器，控制器或調(diào)節(jié)器傳來(lái)的是延 33 遲后信息和瞬間采樣。此外，不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議表現(xiàn)出不同特點(diǎn)，時(shí)間延誤并不總是不變的，也可能是任意或跳躍的（ Lian 等， 1999 年） 。時(shí)間延遲的特點(diǎn)會(huì)影響控制機(jī)床內(nèi)部的一個(gè)軸線(xiàn)以及相互合作的不同軸線(xiàn)性能性能。因此，先進(jìn)的控制器設(shè)計(jì)應(yīng)考慮 網(wǎng)絡(luò)傳輸其延時(shí)特性對(duì)系統(tǒng)性能的影響。 有效的 NCS解決方案 為了實(shí)現(xiàn)有效的 NCS 方案， RMS 控制系統(tǒng)中的一些問(wèn)題必須解決，除了前面幾節(jié)概述分析的性能問(wèn)題，其中一個(gè)重要的問(wèn)題，涉及到了利用智能設(shè)備傳感器，執(zhí)行器和網(wǎng)絡(luò)化控制器。智能傳感器或執(zhí)行器有三個(gè)主要特點(diǎn)：分別為：信息，傳輸能力，和數(shù)據(jù)采集， （ Eccles ， 1998 年）。除了具有網(wǎng)絡(luò)功能的應(yīng)用處理器，分析傳感器數(shù)據(jù)功能的網(wǎng)絡(luò)控制器，能做出決定并給予指令驅(qū)動(dòng)裝置。每一步的控制系統(tǒng)對(duì)分散信息分析也應(yīng)該達(dá)到傳統(tǒng)集中控制下的水平。 為了保證一定程度的重構(gòu)，我 們必須保證裝置一定程度上的互操作性和互換性。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的途徑是一個(gè)一致性測(cè)試的過(guò)程。目前，在密西根大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，我們正進(jìn)行不同層次的一致性測(cè)試，包括控制網(wǎng)，設(shè)備網(wǎng)，和傳感器總線(xiàn)信息傳輸協(xié)議等。該主要一致性測(cè)試，包括協(xié)議測(cè)試，功能層測(cè)試，以及互操作性測(cè)試。這些一致性測(cè)試是為了保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互操作性和互換性。 參考文獻(xiàn) Chen, ., Tilbury, D., and Ulsoy, A., 1998, ―Modular control for machine tools: crosscoupling control with friction pensation,‖ in: Proc. of the ASME DSC Division, Vol. DSC Vol. 64, pp. 455–462. 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Schickhuber, G. and McCarthy, O., 1997, ―Distributed Fieldbus and Control Network Systems,‖ Computing amp。 Control Engineering, Vol. 8, No. 1, pp. 21–32. 35 附錄 2 IMPLEMENTATION OF NETWORKED MACHINE TOOLS IN RECONFIGURABLE MANUFACTURING SYSTEMS ABSTRACT This paper discusses the hierarchical model and implementation considerations of work architectures for RMS. Using a 3axis machine tool, system performance and reconfiguration issues are parameterized and analyzed. We utilize this machine tool to address issues associated with evaluating system performance and developing control work solutions. The implementation considerations of a worked machine tool includedevice and work delays, node numbering, messaging connections, conformance testing, etc. The issues addressed in the paper facilitate the design of several key ponents of the modularity and flexibility in worked Reconfigurable Manufacturing INTRODUCTION Reconfigurable Manufacturing Systems (RMS) can be costeffectively reconfigured to rapidly adapt the system’s manufacturing capacity and its machine functionality in a changing marketplace (Koren, 1999). Reconfigurability and adaptation are achieved through flexible control architectures and open information exchange via works. In achieving these goals, RMS devices must be designed to function modularly and intelligently Modularity provides standardized units or dimensions for flexibility and variety of device operations, and intelligence enables devices to function independently 36 and to interoperate with other devices to achieve system functionality goals. With the designated RMS devices, machines and systems can be efficiently and achieved through flexible control architectures and open information exchange via works. In achieving these goals, RMS devices must be designed to function modularly and intelligently Modularity provides standardized units or dimensions