外文翻译--应用 FIP 现场总线设计分布式体系结构的机床 中文版

毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系 部： 机械 工程 系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 学 号： 外文出处： 附 件： 资料翻译译文； 指导教师评语： 签名： 年 月 日 注： 请将该封面与附件装订成册。 (用外文写 ) 附件 1：外文资料翻译译文 应 用 场总线 设计分布式体系结构的机床 , 54506 要 ： 在这篇论文里，我们提出了基于 场总线技术的分布式控制系统。 它取代了传统的 算机化数字控制装置 )， 应用于机床 。 这个系统由一系列的基于微处理机的模块组成（如 动控制器，输入输出系统等），它们由 快速链路脉冲 实时网络相连接。这个系统的主要构想是使得每个模块智能化 ,以此来提高整个系统的灵活性和容错能力。 每个模块都是一个子控制系 统，他们完成各自的控制任务，有的是用作运动控件，其他用来评估感应器以及调控执行器。模块之间的通信（即信息交流和同步）是由 速链路脉冲 )而得以保证。 这个系统既能任务分布，又能起到设备拓扑分布的作用。在这里我们将讨论一些分布准则，并描述一个实验性实施。 近年来，分布式系统体系结构已经成为许多科学研究工作的课题。它在系统集成上扮演着很重要的角色。在机床控制领域，现在使用的 它是集中型的，仅限于一些固定型号的转轴，耗时、不灵活，并且很难与计算机集成制造环境相兼容。 超大规模 集成电路 微处理器技术和通讯网络的快速发展，使人们开始考虑使用分配式控制系统。该系统的优点有：性能高、模块化、完整和可靠，并且不需要完全的硬盘替换就能渐进式扩充。 这为控制系统体系结构提供了广阔的前景。 本论文致力于一种分布式机床体系结构的研究。它的依据是智能装置在通信线路上的相互连接。它的特点是分布式任务和分布式数据，但其运用的是独特的接入控制系统。系统是运用标准装置和 并且经过了实验的论证。在这个实验中，系统控制一个多轴的机器，随着传感器数值的变化，机器成功地作出协调的动作回应。 本论文组织如下。第二部分是机床控制系统体系结构的描述。第三部分是泛函分析，控制函数分布图以及分布的准则及其限制性的描述。第四部分简略描述了厂仪表协议 )，以及第五部分是我们实验实施的大纲。 最后在第六部分，我们通过一些概要和今后的研究视角予以总结。 机床控制系统是个实时的，多工的系统。 （ 图 1） 是该系统的传统功能体系结构图。他包括三个单元：用户界面和监控，程序装置和伺 服 机件，以及传感器和执行器单元 。这个系统的主要任务是控制工作部件的机械加工。它包括两个不同但相关联的任务体： 保证机床的可移动装置的精确运行轨道并进行速度控制 。 检查定位过程的正确实施，对环境的改变做出相应的反应，并在机床上执行指定的操作，如：器械转换、冷却、润滑等。 图 1 功能体系结构 按照时间顺序，这个任务也可以划分成两个步骤：控件程序设计和控件程序执行。在第一个步骤中，在机床组合上没有进行直接的操作，只是指定了将要被执行的动作和操作。这个可以看作是数据获知和处理过程。而在第二个步骤中，控件被有效地执行。值得一提的是，在步骤二中出现的平行化是因为其多工的本质。 因为是多轴支持的机床，它拥有不止一个伺 服系统来控制它的机械运动（图 2）。为了使其精确地在轨道运行，控制系统需要计算所有轴承的中间点的配位。这要花费很多的时间，也需要一个强大的运算控制器。但是通过把局部智能分配给每个轴控件，每个轴承的相应的基本运动可以并行地被计算。这个构想对于传统系统的性能提升有着及其重要的作用。因为对轨道越是要求精确，加工过程就会越复杂，这就更加需要系统是实时的，并且对轴承的同步性也要求更高，也就增加了计算的量。在平行架构系统里，将计算分配到许多处理节点上进行处理，会加快整个计算过程，并且提高了加工的质量、生产率和精确度。 对于辅助操作控制也存在着同样的问题，也就是，装置越多，就需要更多的传感器和执行器。逻辑自动性基于一个周期性数据处理过程，这是因为对于指定的一组感应器和执行器，他们的数值是周期性地被读写或者计算的。如果这个计算过程可以被分配到几个节点上，并且并行地同时进行，那么计算每个传感器和执行器的子设备的时间周期会小的多，这就大量地减少了初始时间，也就使得我们能更好地满足实时的要求。 图 2 多桥伺服系统 这样就使得我们为机床的控制提出了新的分布结构（图 3）。在这个结构里，每个节点都有一个通信模块，并且它们对实际设备拥 有局部的决定权。这些节点的一般结构都由一个专用的系统控制，这个专用系统要保存，并且分配和协调远程任务。 图 3 机床控制分配系统结构 分布式控制系统 的设计可分成三个步骤： 函数体系结构这种模型的建立与硬件和通讯网络的选择是无关的。 硬件体系结构 。它由一组基于计算机的模数以及它们的操作系统和通信通路（通信协定和连接）组成。 操作体系结构，它是通过将函数体系结构的不同元素映射到硬件体系结构上而得到的。 操作体系结构最重要的元素之一是任务分配准则和实际限制，他限制了分配的选择性。 函数分布 一个控制系统通常用几个函数来完成一个给定的目标。那么，设计控制系统也就是设计他的函数。硬件和软件的选择必须根据函数要求。把复杂的函数分解成几个简单的函数能够简化硬件和软件的设计，因此，这使得系统的修改更加简单，而且其可靠性和复用性也得到了提高。 另外，现有的许多泛函分析和方法，如 帮助我们简单地实现函数分解。函数结构体系能用一组处理模数的基本数据来描述。这些数据叫做分布微粒，它们既不能分布与几个节点上，也不能被分开执行。目前，还没有什么方法能将函数分解成分布微粒，并且能作为描述形式的最 低分解水平还没有被定义。不可避免地，分配会使通信产生负载，因此在分解阶段，我们应该保持函数之间的自主性，使不必要的网络信息流通量减到最小。 结构分析和设计技术 ）是最常用的泛函分析方法之一。使用 们可以对 （ 图 4） 中的机制程式进行函数描述。 它给出了应该在机制程式中显示的基本函数。通过上面的图解，以机械加工为例，我们可以把机制程式分解成几个子流程（见图 5）。 位置分布 这个分布系统的特性之一是，它的硬件不再是一个整体， 而是由许多位置上分隔开的元素组成的。当这些元素通过网络互联时，它们可 以看作是一个个节点。节点的选择是根据泛函分析的结果，而它们的定位是由分布位置的限制性决定的。在机床控制体系分布中，除了控制终端，其他的节点都应该被安排在离它们相应的机械装置尽可能近的地方。这样他们之间的连接得以最小化。这对于大规模的机器是很重要的一方面。 技术限制 有时候，根据函数要求或者位置要求，甚至两种兼顾的分布很难运用于工业设备。例如，一个 可编程序控制器 有一定数量的端口，数字的或者模拟的输入输出。如果它的感应器的数量比输入多一个，那么这个多出来的感应器就有可能需要从一个节点移开，而被连接到另一个节点上 。所以最初的分布可能由于技术限制性而被调整。 成本限制 成本限制和技术限制有很紧密的联系。对所有设计者来说，成本是最重要的因素之一。设计者要开发所选硬件的最大性能，就需要把一些应该根据原先条件分布的函数整合起来。 图 4 态 ： 机制处理功能的分析 图 5 机制中心的一些功能 现在的目标是要把这些不同的条件考虑进去，以获取最佳的分布，但是现在还没有特定的解决方法。这就要求我们研究涉及了函数、位置、技术和成本降低等参数的模型体系。我们也需要利用模拟工具来对分布的结果进行评估，并且看它是否与预期的效 果和成本要求一致。 附件 2：外文原文 （复印件）