制造装备的嵌入式智能监控与维护单元的研制

发布时间：2017-05-03 03:03

  本文关键词：制造装备的嵌入式智能监控与维护单元的研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国大力发展制造装备产业,制造装备向着大型化、复杂化等方向发展,因设备失效造成的停产损失和维护费用也日益上涨。视情维护可以显著降低设备的维护成本,提高企业的服务水平,因而越来越受到企业的重视。为了满足制造装备视情维护功能需求,提出了制造装备远程监控与维护系统,并重点研究设计了具有一定通用性的智能监控单元原型。 首先,基于GPRS网络和嵌入式技术构建了制造装备远程监控与维护系统原型,完成EMU和远程维护系统总体方案设计。针对大量状态数据传输和存储问题,提出了B-PLOT混合数据压缩算法,有效降低了数据之间冗余度,节省了数据传输费用；同时对基于GPRS网络和Internet网络的数据传输系统进行了研究。其次,基于STM32微控制器,对智能监控单元硬软件系统进行了详细设计。采用模块化设计方法完成最小系统、数据采集、数据通信、人机交互、数据存储等模块硬件设计；软件则基于uC/OS-Ⅱ实时操作系统完成各任务底层驱动、协议栈移植以及用户程序编写,具体包括移植emWinGUI完成人机交互界面设计,FreeModbus实现智能监控单元和PLC的数据通信等。最后,对EIMU主要功能进行了测试,结合HPP5000P粉末成型机PLC底层控制系统以及远程维护中心软件进行了系统联调,并对远程维护中心软件工况监测、远程控制、远程服务等功能进行了说明和验证。 研究设计的EIMU和远程维护软件在粉末成型机上得到了初步应用,实现了对粉末成型机监控和维护的预期目标,对实际工程应用具有一定的参考价值。
【关键词】：制造装备 远程监控与维护 嵌入式智能监控单元 数据传输 数据压缩
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP277;TH17
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 国内外技术研究现状9-13
• 1.2.1 远程监控与维护研究现状9-11
• 1.2.2 嵌入式技术在远程监控系统设计中的应用11-13
• 1.3 课题来源与主要研究内容13
• 1.4 论文组织结构13-15
• 2 系统总体方案设计15-22
• 2.1 系统需求分析15-18
• 2.1.1 制造装备远程监控与维护系统结构组成15-16
• 2.1.2 系统功能需求分析16-18
• 2.2 EIMU硬软件方案设计18-20
• 2.2.1 总体框架设计19
• 2.2.2 硬件设计方案19
• 2.2.3 软件设计方案19-20
• 2.2.4 EIMU技术参数20
• 2.3 远程维护中心软件方案设计20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 系统关键技术研究22-32
• 3.1 采样数据压缩技术22-27
• 3.1.1 过程数据压缩问题描述22-23
• 3.1.2 过程数据常用压缩算法23-25
• 3.1.3 B-PLOT混合算法及应用25-27
• 3.2 网络通信技术27-31
• 3.2.1 GPRS无线通信技术28-30
• 3.2.2 基于Socket的网络通信30-31
• 3.3 本章小结31-32
• 4 系统硬件设计32-45
• 4.1 总体结构设计32
• 4.2 最小系统设计32-37
• 4.2.1 主控芯片选型33-34
• 4.2.2 电源电路设计34-35
• 4.2.3 时钟和复位电路设计35-36
• 4.2.4 调试电路设计36-37
• 4.3 数据采集模块设计37
• 4.4 通信模块设计37-39
• 4.4.1 RS485通信接口设计38
• 4.4.2 RS232通信接口设计38-39
• 4.4.3 CAN通信接口设计39
• 4.5 人机交互模块设计39-43
• 4.5.1 LCD接口设计40-42
• 4.5.2 触摸屏电路设计42
• 4.5.3 矩阵键盘电路设计42-43
• 4.6 数据存储模块设计43-44
• 4.6.1 FLASH电路设计43
• 4.6.2 SD卡电路设计43-44
• 4.7 PCB设计44
• 4.8 本章小结44-45
• 5 系统软件设计45-61
• 5.1 嵌入式操作系统选择和移植45-47
• 5.1.1 uC/OS-Ⅱ在STM32中的移植45-46
• 5.1.2 基于uC/OS-Ⅱ的任务划分46-47
• 5.2 数据采集模块软件设计47-50
• 5.2.1 ADC模块软件设计47-49
• 5.2.2 采样数据预处理及压缩49-50
• 5.3 通信模块软件设计50-54
• 5.3.1 PLC通信接口软件设计50-52
• 5.3.2 GPRS DTU通信接口软件设计52-54
• 5.4 人机交互模块软件设计54-59
• 5.4.1 emWin在STM32中的移植54-56
• 5.4.2 基于emWin的GUI设计56-59
• 5.5 数据存储模块软件设计59-60
• 5.5.1 SD卡存储模块底层驱动59
• 5.5.2 FATFS文件系统移植59-60
• 5.6 本章小结60-61
• 6 系统调试与运行61-71
• 6.1 EIMU主要功能测试61-65
• 6.1.1 uC/OS-Ⅱ任务测试62
• 6.1.2 Modbus通信测试62-63
• 6.1.3 模拟电压采集测试63-64
• 6.1.4 GPRS通信测试64
• 6.1.5 数据压缩算法测试64-65
• 6.2 HPP5000P粉末成型机系统应用验证与评价65-70
• 6.2.1 PLC控制系统简介65-66
• 6.2.2 传感器选型66-67
• 6.2.3 系统联合调试67-70
• 6.3 本章小结70-71
• 7 总结与展望71-73
• 7.1 全文总结71
• 7.2 工作展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-78
• 附录A78-79
• 附录B79

【参考文献】

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1 陶波;分布式制造环境下嵌入式智能体的建模与实现[D];华中科技大学;2007年

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