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制造装备的嵌入式智能监控与维护单元的研制

作　者: 袁先圣
导　师: 陆宝春
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
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
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
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A  78-79
附录B  79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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