基于MMS和Web Services的FMS混合式控制系统研究

论文摘要

摘要：柔性制造系统（FMS）是自动化程度较高的系统,控制系统作为核心部件之一,对其整体性能有着相当重要的影响。MMS（制造报文规范）是FMS中设备交互的最重要的报文规范,以前的实现多是基于MAP网络的,实现困难,可配置性差；后来出现了基于CORBA、COM/DCOM等分布式对象技术的较为理想的实现。Web Services作为最新的分布式对象技术具有诸多优势,有逐步取代CORBA和COM/DCOM的趋势。因此,对基于MMS和Web Services技术的FMS控制系统进行研究,开发具有一定实时性、可配置性和柔性的控制系统软件,对于提高FMS响应市场需求的能力有很大的意义。本文研究分析了FMS各种控制系统体系结构以及MMS、Web Services技术和嵌入式技术的特点。以典型的FMS为对象,构建了混合式控制系统体系结构；对基于MMS和Web Services技术的通信结构进行了详细设计,建立了FMS中实际设备的VMD（虚拟制造设备）模型,在此基础上建立了基于MMS和Web Services的FMS混合式控制系统软件结构模型。根据上述基于MMS和Web Services的FMS混合式控制系统模型设计并实现了教学型柔性制造系统（SL-FMS）的控制系统。首先分析了SL-FMS控制系统的现存问题；然后基于该平台进行了控制系统的软硬件环境设计,选取满足该系统需求的MMS服务子集；采用统一建模语言（UML）类图的方法,构建了SL-FMS控制系统各单元控制器的类图,并利用gSOAP工具包予以实现。开发了单元控制器的运行环境,并将单元控制器移植入其中。最后对改进后的SL-FMS系统进行了实验分析。通过对比一个铣件的装配程序证实了改进后的SL-FMS的性能有较大改善。分析了控制系统的实时性、可配置性和柔性。通过对系统的响应时间数据的分析,发现平均响应时间均在毫秒级,证明了嵌入式Linux系统环境下的基于MMS和Web Services技术的混合式控制系统满足工控领域对于实时性的要求,且具有较好的可配置性和柔性。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 柔性制造系统
• 1.1.1 柔性制造系统的产生及其发展现状
• 1.1.2 FMS的组成
• 1.2 FMS的控制系统及其功能
• 1.2.1 控制系统的组成及其基本功能
• 1.2.2 FMS控制系统的体系结构
• 1.3 FMS的控制系统与MMS和Web Services技术、嵌入式技术
• 1.3.1 FMS控制系统与MMS
• 1.3.2 MMS和Web Services技术
• 1.3.3 FMS控制系统与嵌入式技术
• 1.4 课题的背景及意义
• 1.5 论文的结构
• 2 FMS控制系统设计相关技术分析
• 2.1 制造报文规范分析
• 2.1.1 MMS两个重要概念
• 2.1.2 MMS的内容
• 2.1.3 MMS的特点
• 2.2 Web Services技术分析
• 2.2.1 分布式对象技术的概念
• 2.2.2 典型的分布式对象技术对比
• 2.2.3 Web Services技术分析
• 2.3 嵌入式系统
• 2.3.1 嵌入式系统
• 2.3.2 嵌入式系统的组成
• 2.3.3 嵌入式软件系统
• 2.3.4 嵌入式系统在工控领域的应用
• 2.4 小结
• 3 基于MMS和Web Services的FMS混合式控制系统建模
• 3.1 FMS混合式控制系统体系结构模型设计
• 3.1.1 基于Web Services的FMS混合式控制系统体系结构设计
• 3.1.2 基于混合式控制系统的FMS典型加工过程分析
• 3.2 基于MMS和Web Service的FMS通信结构设计
• 3.2.1 基于MMS和Web Services的FMS通信结构模型设计
• 3.2.2 MMS PDU设计
• 3.2.3 基于Web Services的FMS传输报文模型设计
• 3.3 FMS中实际设备的VMD模型构建
• 3.3.1 FMS实际设备的抽象模型构建
• 3.3.2 FMS实际设备的VMD模型构建
• 3.4 基于Web Services的FMS混合式控制软件结构模型设计
• 3.5 小结
• 4 面向SL-FMS平台的实现
• 4.1 应用平台——SL-FMS及现存问题分析
• 4.2 硬件环境改进
• 4.3 软件平台构建
• 4.3.1 设备级软件平台
• 4.3.2 单元级软件平台
• 4.3.3 系统级软件平台
• 4.4 面向SL-FMS平台的MMS服务子集的选取
• 4.5 基于MMS的SL-FMS混合式控制系统的UML类图
• 4.6 SL-FMS控制系统的实现
• 4.6.1 VMD接口函数及PDU定义
• 4.6.2 单元控制器控制软件的开发
• 4.6.3 主控PC控制软件的实现
• 4.7 SL-FMS单元控制器运行环境开发
• 4.7.1 SL-FMS单元控制器运行环境的引导装载程序
• 4.7.2 SL-FMS单元控制器运行环境的内核移植
• 4.7.3 SL-FMS单元控制器运行环境文件系统的移植
• 4.7.4 SL-FMS单元控制器运行环境的下载和启动
• 4.8 小结
• 5 改进后SL-FMS系统实验分析
• 5.1 系统运行
• 5.1.1 数控加工单元控制器运行
• 5.1.2 物流运输单元控制器运行
• 5.1.3 检测装配单元控制器运行
• 5.1.4 存储缓冲单元控制器运行
• 5.2 实验验证
• 5.3 系统的性能分析
• 5.3.1 系统的实时性分析
• 5.3.2 系统可配置性和柔性分析
• 5.4 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集