基于Windows CE的实时以太网运动控制平台研究及应用

论文摘要

数控技术和现场总线技术是工业自动化的两大基石。开放式数控是数控技术发展的必然要求,同时也推动了数控技术的发展和应用。实时以太网技术克服了传统现场总线的缺点,已经成为现场总线技术发展的新阶段。本文提出了一种基于Windows CE的实时以太网运动控制平台的开发,并给出了一个基于该平台的开发实例。论文首先回顾了开放式数控和实时以太网技术的发展,之后分析了各工业以太网的实时解决方案,介绍了具有自主知识产权的EtherMAC实时以太网的实现原理和技术指标。使用基于EtherMAC实时以太网的运动控制器和IO控制器构建本文所述平台的硬件平台。论文分析了Windows CE在开发开放式数控平台上的优势,提出了基于Windows CE的全软件化的运动控制平台的软件结构,阐述了系统的模块划分和功能,研究了实时任务部分的程序结构、界面实现方案和数据缓冲区的设计。Windows CE下的EtherMAC驱动是Windows CE应用程序能够访问总线的关键,论文通过分析Windows CE驱动的结构,使用流接口驱动的形式编写EtherMAC总线驱动,用C++语言完成开发工作。通过EtherMAC总线的实时性测试可知,所编写的驱动能够满足总线通信需求。最后将前述理论运用在了某制版集团网络化版辊半精车和车磨复合加工数控系统的开发中,根据企业的需求和实际生产情况,放弃使用G/M代码,所有的加工任务都自动从企业生产管理系统中获取,工人只需在图形化的界面中对加工尺寸进行微调即可生成自动加工任务,同时向生产管理系统反馈机床的运行状态、生产任务的完成情况和工人的工作量。使用C++和C#语言编写数控系统的实时模块和非实时模块。所开发的系统满足了企业的加工精度和信息化管理的要求并稳定运行,证明了所述理论的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出和意义
• 1.2 开放式运动控制平台简介
• 1.2.1 传统数控系统的缺陷
• 1.2.2 开放式数控的特征
• 1.2.3 开放式数控系统的发展
• 1.3 实时以太网总线技术简介
• 1.3.1 现场总线技术及其发展
• 1.3.2 实时以太网总线及其发展
• 1.4 Windows CE的起源和发展
• 1.5 课题的研究内容
• 第2章 EtherMAC实时以太网总线及开放式控制器
• 2.1 实时以太网总线的优点
• 2.2 实时以太网总线的技术要求
• 2.3 实时以太网总线的相关概念
• 2.3.1 OSI参考模型
• 2.3.2 以太网的载波监听多路访问/冲突检测机制
• 2.4 实时以太网总线的实现方法
• 2.5 EtherMAC实时以太网总线简介
• 2.5.1 概述
• 2.5.2 同步方法
• 2.5.3 网络拓扑结构
• 2.5.4 数据帧结构
• 2.6 基于EtherMAC总线的开放式控制器
• 2.6.1 实现方式和总体结构
• 2.6.2 运动控制器的主要功能
• 2.6.3 IO控制器的主要功能
• 2.7 本章小结
• 第3章 运动控制平台软件结构
• 3.1 Windows CE的特点和优势
• 3.2 软件总体结构和功能
• 3.3 开发语言
• 3.4 实时任务模块开发的关键问题
• 3.4.1 进程、线程和优先级系统
• 3.4.2 插补方法的选择
• 3.4.3 实时任务的程序结构
• 3.5 用户界面实现方案的选择
• 3.6 数据交换区的设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 Windows CE下的EtherMAC总线驱动开发
• 4.1 Windows CE驱动的分类和结构
• 4.2 Windows CE通信框架和NDIS
• 4.3 Windows CE流接口驱动及其实现原理
• 4.3.1 流接口驱动概念和结构
• 4.3.2 流接口驱动的加载方式
• 4.3.3 流接口驱动的调用方式
• 4.4 EtherMAC总线驱动的实现
• 4.4.1 EtherMAC总线驱动开发的路线
• 4.4.2 开发和调试环境
• 4.4.3 各接口函数的具体实现
• 4.5 驱动实时性的验证
• 4.5.1 EtherMAC驱动实时性的要求
• 4.5.2 验证方法和结果
• 4.6 本章小结
• 第5章 网络化数控系统开发实例
• 5.1 项目背景和要求
• 5.2 加工工件分析和被控机床情况
• 5.3 数控系统硬件配置
• 5.4 开发语言和软件总体结构
• 5.5 各个模块的实现
• 5.5.1 运动控制模块
• 5.5.2 PLC模块
• 5.5.3 自动任务执行模块
• 5.5.4 手动指令执行模块
• 5.5.5 任务调度模块
• 5.5.6 自动任务生成模块
• 5.5.7 手动指令生成模块
• 5.5.8 人机界面模块
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表