大型精密成型液壓機的嵌入式智能監(jiān)控與維護單元概述

1、 南 京 理 工 大 學畢業(yè)設計(論文)開題報告學 生 姓 名：衛(wèi)俊俊學 號：0801500139專 業(yè)：機械工程及自動化設計(論文)題目：大型精密成型液壓機的嵌入式智能監(jiān)控與維護單元硬件設計指 導 教 師:陸寶春 2012年 3月 4日開題報告填寫要求1開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導

2、教師簽署意見；3“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）；4有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 74082005數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告1結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述題目：大型精密成型液壓機的嵌入式智能監(jiān)控與維護單元概述1.研究現(xiàn)狀和意義在近半個世紀來，液壓技術已經(jīng)成為一門影

3、響機械設備的重要基礎技術，它廣泛應用于航空航天、儀器儀表、汽車工業(yè)等各個領域。液壓機就是這樣利用液壓技術來實現(xiàn)各種壓力加工工藝的機床。為了實現(xiàn)液壓機的整機性能，提高其生產(chǎn)效率，實現(xiàn)液壓機的智能化，結合微電子技術和機電一體化技術已經(jīng)成為必然趨勢。所以目前，繼電器控制的液壓機已經(jīng)逐步退出市場，液壓機采用微機和PLC控制。但簡單的PLC順序控制方式，無法對壓力和速度進行很好的控制，不具備故障診斷和運行監(jiān)測的功能。隨著通信與控制技術的不斷發(fā)展，制造裝備的網(wǎng)絡化控制得到了很大的提升。目前傳統(tǒng)的制造裝備行業(yè)，設備工作的負載較大，操作環(huán)境比較惡劣，發(fā)生故障所造成的損失比較大。為了提高制造裝備的工作性能、改善

4、人員工作環(huán)境，需要將先進的通信技術、控制技術引入到傳統(tǒng)的制造裝備行業(yè)，實現(xiàn)嵌入式智能監(jiān)控與維護功能。目前我國正大力將中低檔制造裝備發(fā)展成為高檔產(chǎn)品，如重型制造裝備液壓機。為了提高制造裝備性能，加強制造裝備嵌入式監(jiān)控與維護，需要對一些相關的通信技術、嵌入式技術以及控制技術展開研究。2.國內外研究現(xiàn)狀隨著微電子技術和機電一體化技術的高速發(fā)展，目前國內外已經(jīng)開始將高性能的工業(yè)控制機引入大型制造裝備中。由于工業(yè)控制機可以采用各種先進的控制方式，這樣可以提高制造裝備的整體性能，生產(chǎn)效率得到了提高。也涌現(xiàn)出一大批此類專利，南京理工大學的陸寶春教授就申請了液壓機嵌入式智能監(jiān)控與維護單元2的專利。2.1 制造

5、系統(tǒng)中的智能前端隨著生產(chǎn)的需求的變化，制造裝備的的現(xiàn)場信息處理不再單純的表現(xiàn)為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而是結合了信息采集、信息處理、報警處理、現(xiàn)場控制、診斷與決策等多層次功能的分布式現(xiàn)場信息處理與監(jiān)控系統(tǒng)3.正基于此，國內的陸寶春教授在制造系統(tǒng)智能前端的研究中對智能前端定義為：以微處理器為中央控制元件, 能完成物理信號的輸入輸出、 信號的轉化、 特征信號的提取和融合, 能獨立決策以執(zhí)行局部任務,并借助通信網(wǎng)絡與上級計算機或其他智能前端進行任務協(xié)調與合作, 共同完成對制造系統(tǒng)底層設備或制造過程的實時信息檢測、 監(jiān)視、 控制和故障診斷任務的現(xiàn)場智能處理設備。智能前端的“智能”主要體現(xiàn)在其基于人工智能的信息智

6、能化處理方法。它是制造裝備控制系統(tǒng)的核心組成部分，它直接與工業(yè)現(xiàn)場相連，是其余工業(yè)現(xiàn)場交換信息的接口，完成對現(xiàn)場信息的采集、處理與控制，并且能分擔和減少主機的負擔以提高主機從事高級運算的能力。2.2 遠程監(jiān)控與維護單元的研究近年來,制造業(yè)無論是觀念,還是技術都發(fā)生了很大的變化。傳統(tǒng)的以相對固定的機器和生產(chǎn)場所為中心,由上至下進行管理控制的大批量制造生產(chǎn)模式正逐步向以人為中心,基于技術的先進制造生產(chǎn)模式轉變16。國內外有許多學者對設備的監(jiān)控與維護展開相關的研究工作，遠程監(jiān)控與故障診斷技術取得了長足的發(fā)展。早在上個世紀，MIT開發(fā)了基于互聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)控診斷系統(tǒng)，并且研發(fā)了實驗用途的TESTBED，

7、用于網(wǎng)絡監(jiān)控與維護。法國的一些研究組如“ALARM”對智能檢測與維護技術進行了深入的研究，并且取得了一些成就；英特爾公司將半導體設備生產(chǎn)線加入了設備監(jiān)控、診斷與維護的模塊，實現(xiàn)了遠程技術服務。目前國內在這方面的研究仍處在初步發(fā)展階段，南京理工大學的陸寶春針對重型裝備液壓機的智能監(jiān)控和液壓機設備狀態(tài)評價進行了深入的研究3；海軍工程大學的李洪科等人在通信專網(wǎng)ARM 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設計10中，開發(fā)設計了基于ARM7的固定電話專網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，解決通信專網(wǎng)的數(shù)據(jù)的遠程計算機采集和處理的問題；上海交通大學的倪紹徐等人在基于故障樹的智能故障診斷方法研究中針對傳統(tǒng)故障診斷方法的不足 ,提出了一種基于故

8、障樹的故障診斷方法.該方法在對系統(tǒng)故障現(xiàn)象進行分析判斷的基礎上 ,按照任務和功能關系，建立包含各功能單元的故障樹模型，求得系統(tǒng)的最小割集 ,并計算出單元關鍵重要度.在綜合考慮平均故障檢測時間因素的同時，提出了故障判明效時比的概念，并以此為依據(jù)，從大到小排序，確定故障診斷的最優(yōu)程序8；張榮濤對遠程監(jiān)控智能監(jiān)測、診斷與維護技術，對不確定性診斷問題進行較為深入的研究,并且取得了一些研究成果14。2.3 基于ARM的嵌入式智能前端工業(yè)現(xiàn)場中對設備的工作和運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測和故障診斷具有十分重要的意義。在線監(jiān)測和故障診斷技術為設備管理和維修決策的制定提供了重要依據(jù)。嵌入式智能前端是在線監(jiān)測和故障診斷系

9、統(tǒng)的必要的組成部分，是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集源。而人與設備，設備與設備的交流的要求也越來越高，Ethernet進入工業(yè)控制領域，林永君，金理鵬，劉瑞的基于ARM 的嵌入式智能前端的設計與實現(xiàn)4一文提出了一種基于ARM的通用的面向高速以太網(wǎng)的現(xiàn)場智能前端，它提供Ethernet和現(xiàn)場設備間的標準接口。南京理工大學的陸寶春在引入智能單元概念后 ,提出了智能前端的功能實現(xiàn)模式;，基于 IEEE1451 標準和Lonworks現(xiàn)場總線技術,結合了ARM嵌入式技術，設計了智能前端的原型3。主要參考文獻1 李寧.基于MDK的STM32處理器開發(fā)應用M.北 京航天航空大學出版社，2008.2 陸寶春. 液壓機嵌入式

10、智能監(jiān)控與維護單元P. 中國專利：2，2010-4-28.3陸寶春，張衛(wèi)，孫宇.制造系統(tǒng)智能前端的研究J 機械科學與技術23(9) 2004：1057-10674林永君，金理鵬，劉瑞，基于ARM 的嵌入式智能前端的設計與實現(xiàn) J。微計算機信息，23 (2)，2007：146-1485Andreas Metzger.Feature interactions in embedded control systemsJ，computer Network，45，2004：625-6446Fitzpatrick T，Live remote control of a robot via the intern

11、etJ，Robotics&Automation Magazine，6(3)，1999，7-87 De Arcas， G.;Ruiz， M.;Lopez， J.M.;Gutierrez， R.;Villamayor， V.;Gomez， L.;Montojo， M.T. Design of an Intelligent Front-End Signal Conditioning Circuit for IR Sensors .IEEE Transactions on Nuclear Science. 55(1):2008，14-208倪紹徐，張裕芳，易宏，梁曉鋒，基于故障樹的智能故障診斷

12、方法J，上海交通大學學報，2008.8，1372-13769林志琦， 王巖， 郎永輝 .ARM微控制器與液晶屏接口的研究J. 長春大學學報，20(2) ，2010:1-410李洪科，黃麟舒，徐慨. 通信專網(wǎng)ARM遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設計J. 計算機工程與應用， 2010， 46(1O):54-5611王鐵流， 李宗方，陳東升.基于STM32的USB數(shù)據(jù)采集模塊的設計與實現(xiàn)J.測控技術，2009，28(8):37-4012張齊，勞熾元.輕量級協(xié)議棧LWIP 的分析與改進J.計算機工程與設計，31 (10) 2010:2169-2171 13李偉堯. 基于以太網(wǎng)控制器ENC28J60嵌入式TCP/

13、IP技術的研究J計算機與網(wǎng)絡，30，2009，239-24014張榮濤. 復雜裝備遠程智能監(jiān)測、診斷與維護系統(tǒng)研究D.南京理工大學，2002.15黃玲玲, 楊剴, 王穎. 在VB 中使用Winsock 控件實現(xiàn)局域網(wǎng)通信 J . 信息技術, 2005, ( 6) : 24- 26.16路勇, 姚英學, 董申. 基于客戶/服務器模式的數(shù)控加工單元遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究. 計算機集成制造系統(tǒng), 2000, 03. 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：課題研究內容 面向大型精密成型液壓機的嵌入式智能監(jiān)控與維護，研究大型精密成型液壓機的監(jiān)測、控制、維護策略及其嵌入式智能監(jiān)控與維護單元的實現(xiàn)。 智能前端硬件設計，基于嵌入式設計，搭建硬件平臺；采用模塊式設計方式，實現(xiàn)智能前段與PLC通訊與遠程知識服務。具體設計任務如下：1.查閱國內外文獻資料，獲得液壓機智能監(jiān)控和診斷技術的相關前沿知識。 2.熟悉在嵌入式系統(tǒng)平臺上開發(fā)、仿真相關功能軟件，了解液壓機智能監(jiān)控和診斷功能。3.結合液壓機運行工況，實驗、調試軟件原型，針對監(jiān)控大型精密成型液壓機設計出其硬件電路。課題研究途徑1. 研究大型精密成型液壓機的監(jiān)測、控制、維護策略及其嵌入式智能監(jiān)控與維護單元的實現(xiàn)；2. 學習ARM STM3