基于MTConnect的机器人制造单元系统研究与实现

发布时间：2017-05-10 13:01

  本文关键词：基于MTConnect的机器人制造单元系统研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机器人制造单元作为制造业中典型自动化制造单元,是自动化车间的基本单元模块,具有较高的自动化程度和柔性,能实现24小时无人生产,并能快速适应现代制造业产品多变的市场需求,被广泛应用于模具加工、电子印刷、冶金化工等领域。它是使用多台搬运机器人将多台加工设备连结起来智能制造单元,系统需要实时监控设备运行状态,管理调度加工设备的运作,以提高生产效率,降低产品的报废率及减少设备故障。因此,必须加强对设备的信息集成,提高信息化管理水平。然而,现有工业机器人、机床等设备存在异构通讯的问题。制造业的互联通信技术相对落后,行业内出现了一些公开标准协议,厂家也推出自己的标准,却难以形成行业上的统一标准。这导致了制造单元的异构设备在数据集成上有很大的障碍,难以实现利益最大化。MTConnect是由美国AMT协会提出的一项设备互联技术,该技术建立在现有的协议之上,目的在于为不同的设备厂商的硬件和软件之间提供了一个统一的接口,实现对车间设备的信息交互,更好地解决设备间数据通信及兼容性问题。该技术的出现,制造单元的异构设备数据集成提供一个很好解决方案。本文以机器人制造单元为对象,研究并开发了基于MTConnect协议标准的机器人制造单元系统集成,主要工作内容有以下几方面：(1)对MTConnect协议的基本应用架构进行了描述,分析了MTConnect Agent(代理服务器)的工作原理和MTConnect客户端应用的数据交互机制,并提出基于MTConnect机器人制造单元系统架构,借助于MTConnect Agent开源和跨平台优势,降低单元系统的服务器和客户端开发难度,有利于异构设备的集成实现。(2)研究设备具体部件的描述方法以及在数据流表达的XML模型,设计制造单元内部设备所需交互接口Interface,在MTConnect基础上提出设备与客户端的接口Interface实现客户端与设备之间的任务信息交互。根据机器人和机床的组件特征、对象类别,构建单元内部设备的XML模型库,分别以KEBA六自由度工业机器人和Siemens-828D数控雕铣机为例,构建了符合MTConnect标准V1.30的XML数据模型。(3)研究单元设备中工业机器人Adapter(适配器)具体实现,解决非MTConnect标准设备与Agent的数据交互问题。基于IEC61131-3标准PLC编程语言的CoDeSys平台,设计控制器的Socket服务器流程,实现机器人运行状态数据发布,开发出嵌入机器人控制器的Adapter,测试结果符合MTConnect Agent对数据采集的要求。(4)在Visual Studio 2010开发环境下,利用C#语言对制造单元系统客户端软件进行开发,编写系统的各个功能模块界面,最终实现系统基于MTConnect协议的制造单元系统集成,最后通过实例运行得到系统各个功能的验证。
【关键词】：MTConnect 制造单元 机床 工业机器人 通信
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究背景和意义14-19
• 1.1.1 课题背景14-15
• 1.1.2 MTConnect技术的基础介绍15-17
• 1.1.3 机器人制造单元的内涵17-18
• 1.1.4 研究意义18-19
• 1.2 国内外研究现状19-22
• 1.2.1 集成制造技术的发展19-20
• 1.2.2 MTConnect技术的发展20
• 1.2.3 基于MTConnect的集成制造系统研究与应用现状20-22
• 1.4 研究内容及章节安排22-24
• 第二章 基于MTConnect的机器人制造单元架构与关键技术24-33
• 2.1 基于MTConnect的机器人制造单元体系架构24-27
• 2.1.1 基于MTConnect的机器人制造单元架构24-27
• 2.1.2 基于MTConnect的机器人制造单元的优势27
• 2.2 代理Agent的运行分析27-30
• 2.2.1 代理Agent的数据存储28-29
• 2.2.2 代理Agent的资产储存29-30
• 2.3 客户端与Agent的数据交互分析30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 基于MTConnect的机器人制造单元设备建模33-51
• 3.1 基于MTConnect的设备描述方法33-37
• 3.1.1 设备组件的描述方法33-36
• 3.1.2 设备数据流的描述方法36-37
• 3.2 机器人单元MTConnect设备的交互接口设计37-44
• 3.2.1 机器人与机床交互接口设计37-43
• 3.2.2 设备与客户端交互接口设计43-44
• 3.3 机器人的MTConnect模型构建44-47
• 3.4 机床的MTConnect模型构建47-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 机器人的MTConnect Adapter设计51-64
• 4.1 适配器Adapter描述51-52
• 4.2 适配器Adapter的设计分析52-54
• 4.2.1 返回Agent的报文类型52-53
• 4.2.2 开发Adapter步骤53-54
• 4.3 机器人控制器Adapter的实现54-62
• 4.3.1 基于Codesys的实验平台搭建54-56
• 4.3.2 Socket通讯流程56-58
• 4.3.3 Socket Server的设计58-60
• 4.3.4 Adapter实验测试与结果60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 机器人制造单元系统客户端设计64-70
• 5.1 客户端总体设计64
• 5.2 开发环境的搭建64-67
• 5.3 系统数据库设计67
• 5.4 客户端功能模块67-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 系统实例运行与验证70-75
• 6.1 测试环境70-71
• 6.2 代理Agent部署71
• 6.3 系统功能验证71-74
• 6.4 本章小结74-75
• 总结与展望75-77
• 论文总结75
• 研究展望75-77
• 参考文献77-82
• 读硕士学位期间发表的论文82-84
• 致谢84

【参考文献】

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本文编号：354774