基于决策树的多终端半导体封装设备运行状态监控系统设计
这是一篇关于半导体封装,监控系统,Modbus,决策树的论文, 主要内容为目前半导体行业发展迅速,产业需求强劲,半导体封装设备在半导体行业发展中起到至关重要的作用。保障生产线上半导体封装设备的安全稳定运行是首要任务,而国内对该类设备的故障维护目前主要以人工检修为主,此手段已经不能满足行业发展需求,为此设计了一套基于决策树的多终端半导体封装设备监控系统,实现了对半导体封装设备的远程实时监控和故障预测,研究的主要内容及结论如下:1、系统相关理论及开发技术,针对本系统中所运用的决策树算法进行了详细介绍,对开发本系统所运用到的JAVA编程语言、Modbus通信协议以及MVC设计模式等一系列相关技术进行了阐述。2、监控系统设计,针对系统涉及到的半导体封装设备进行选取,随后对系统用户登录模块以及界面的设计进行阐述,并且对机房进行三维建模,还原内部真实情景,显示至前端界面,接着对系统包含的设备实时监控、设备通信、系统告警、系统日志四大功能模块的设计进行详细阐述,最后对存放系统数据的数据库表进行设计。3、设备故障数据采集及构建决策树,以固晶机为例,对该设备可能发生故障类型进行简单介绍,利用代码编写Modbus通信协议与该设备建立连接并获取故障数据加以处理,随后利用获取到的故障数据集对故障决策树的生成步骤进行说明,包含故障属性划分、确立,最后利用编译软件运行决策树算法代码生成决策树模型,并且对决策树算法加以优化,使模型生成效率提高40%。4、系统测试,针对所开发系统中的功能模块进行详细测试,经测试结果显示,该系统能够实时获取设备数据并展示至前端页面,且告警等功能均能正常使用,最后利用采集到样本数据的对决策树模型进行故障预测功能测试,结果表明故障预测准确率达92%以上,符合该系统设计预期实现的目标。
基于ARM的实时混合试验控制系统研究
这是一篇关于实时混合试验,STM32控制器,卡尔曼优化遗传PID,LabVIEW,Modbus的论文, 主要内容为实时混合试验系统通过将结构拆分为试验子结构与数值子结构,使用液压设备对试验子结构进行加载,Open Sees软件对数值子结构进行仿真分析,实现了数值仿真与物理加载的结合,经济有效地复现了结构在地震下的动态响应。但混合试验系统的核心技术控制器仍受国外掣肘,且门槛较高,并未在很多实验室得到应用。本文基于ARM的STM32F407控制器,结合Open Sees数值仿真软件,使用Matlab作为中间平台来实现STM32控制器与Open Sees之间的通信,同时使用Lab VIEW平台作为混合试验系统的副控制器实现伺服油源的间接控制,构建了基于ARM的混合试验控制系统,并使用该系统对加设了线性弹簧的框架结构进行了一系列的试验验证。本文主要研究工作包含以下几个部分:(1)详细介绍了基于ARM的实时混合试验系统的整体设计以及开发。首先,对混合试验系统的组成部分及优点进行介绍;其次,从混合试验系统整体角度介绍了系统的设计方案和工作流程;最后,从系统硬件设计和软件设计两个方面,详细介绍了硬件部分:液压伺服作动器系统、STM32控制器以及外围电路的具体选型和工作原理,软件部分:Open Sees、Matlab、Lab VIEW以及STM32控制器所使用到的编程软件Keil的设计思路及程序开发;(2)针对实时混合试验系统的内环控制部分即液压伺服系统,在位置控制中存在的响应慢、精度差、抗干扰能力弱等问题,提出了卡尔曼优化遗传PID控制算法。首先,针对液压伺服系统中存在的内泄漏和油液压缩性等非线性问题,建立了液压伺服系统的数学模型,并通过设备工作特性,确定了数学模型中的参数;其次,利用遗传算法(GA)搜索液压伺服系统的最优比例积分微分(PID)控制器增益,实现液压伺服系统中阀控液压缸排量的精确控制;最后,为了解决GA优化PID引起的幅度波动并减少外部干扰的影响,将卡尔曼滤波算法添加到液压伺服系统中,以减少幅度波动和外部干扰对系统的影响。通过仿真结果表明,所设计的卡尔曼优化遗传PID控制器可以更好地应用于液压伺服系统的位置控制,提高了系统的响应速度和控制精度,同时减少了外部干扰对液压伺服系统的影响;(3)针对伺服油源部分的控制,开发了基于Lab VIEW的系统副控制器,并对其与STM32控制器之间的通信方法进行研究。首先,对基于Lab VIEW的系统副控制器与STM32控制器之间数据传输以及通讯连接的整体设计进行了介绍;其次,针对Lab VIEW和STM32控制器能够实现Modbus通讯的方法进行了详细介绍;接着,根据STM32控制器可以实现的Modbus通讯方法:RS232、RS485以及TCP在Lab VIEW中进行对应的程序开发;最后,通过输入步长位移,记录各通讯方法所需要的试验时间进行比较分析。实验表明,基于RS232的Modbus通讯的副控制器能够较好的实现伺服驱动器的控制,从而实现伺服油源中电机的控制;(4)通过一系列的实验来验证基于ARM的实时混合试验系统。首先,通过弹簧性能试验,验证了该系统对于设备性能测试的可行性以及适用性;接着,通过比较系统内环控制试验的实际位移与目标位移,验证了提出的内环控制算法的准确性以及所选通讯方式的实时性;最后,通过比较单层以及三层框架结构的混合试验结果与对应的Open Sees仿真分析结果,验证了混合试验系统整体测试结果的准确性以及鲁棒性。本文创新之处主要在于以下两点:(1)构建了基于ARM的实时混合试验系统,并针对该系统提出了卡尔曼优化遗传PID控制算法,提升了实时混合试验系统内环控制精度以及抗干扰性;(2)基于构建的实时混合试验系统平台的伺服驱动器控制部分,设计了基于Lab VIEW的系统副控制器,节省了混合试验设备成本,并针对副控制器与控制器之间的通讯方式进行研究,缩短了系统通讯所需的时间,提升了系统的实时性。
基于物联网云平台的智能网关设计
这是一篇关于智能网关,Modbus,MQTT,自适应心跳机制,边缘计算的论文, 主要内容为随着物联网技术的发展,通过物联网云平台对终端设备进行远程监控的需求不断增加,智能网关作为连接终端设备与云平台的中间枢纽,在物联网的发展中起着至关重要的作用。智能网关主要功能是对终端数据进行采集,然后将采集的终端数据上传至云平台,实现对现场环境的监控和管理。在智能网关实现过程中如何对海量终端数据进行有效的采集和传输是目前亟需研究的问题。因此,本文基于物联网云平台设计了一款智能网关,在实现数据稳定采集和可靠传输的基础上降低网络流量消耗。首先,本文对Modbus协议及MQTT协议的数据传输格式以及工作原理进行探究,并针对MQTT协议心跳机制存在流量和电量消耗的问题,提出基于黄金分割搜索查找方法的自适应心跳机制。其次,针对终端设备产生的海量数据为智能网关数据传输带来的压力,提出基于边缘计算的数据处理方案,通过自定义数据处理规则,实现在智能网关内对采集的终端数据进行预处理之后再上传到云端,以达到节省网络流量、减少网络带宽需求及减轻云计算压力的目的。再次,基于上述对通信协议、自适应心跳机制、边缘计算的研究,设计智能网关总体方案,并完成相应软硬件平台的设计和开发,以实现智能网关数据采集、数据传输、协议转换、边缘计算的功能。其中,智能网关的硬件平台以STM32F407单片机为核心,设计RS485模块电路、4G模块电路、存储模块电路以及电源电路。智能网关的软件部分主要完成Modbus数据采集、MQTT数据传输、协议转换以及边缘计算程序的开发。并且,开发相应的配置软件完成对智能网关通信参数的配置。最后,搭建智能网关测试环境,对智能网关各项功能进行测试,结果表明该智能网关满足设计需求,具有一定的实用性。
基于决策树的多终端半导体封装设备运行状态监控系统设计
这是一篇关于半导体封装,监控系统,Modbus,决策树的论文, 主要内容为目前半导体行业发展迅速,产业需求强劲,半导体封装设备在半导体行业发展中起到至关重要的作用。保障生产线上半导体封装设备的安全稳定运行是首要任务,而国内对该类设备的故障维护目前主要以人工检修为主,此手段已经不能满足行业发展需求,为此设计了一套基于决策树的多终端半导体封装设备监控系统,实现了对半导体封装设备的远程实时监控和故障预测,研究的主要内容及结论如下:1、系统相关理论及开发技术,针对本系统中所运用的决策树算法进行了详细介绍,对开发本系统所运用到的JAVA编程语言、Modbus通信协议以及MVC设计模式等一系列相关技术进行了阐述。2、监控系统设计,针对系统涉及到的半导体封装设备进行选取,随后对系统用户登录模块以及界面的设计进行阐述,并且对机房进行三维建模,还原内部真实情景,显示至前端界面,接着对系统包含的设备实时监控、设备通信、系统告警、系统日志四大功能模块的设计进行详细阐述,最后对存放系统数据的数据库表进行设计。3、设备故障数据采集及构建决策树,以固晶机为例,对该设备可能发生故障类型进行简单介绍,利用代码编写Modbus通信协议与该设备建立连接并获取故障数据加以处理,随后利用获取到的故障数据集对故障决策树的生成步骤进行说明,包含故障属性划分、确立,最后利用编译软件运行决策树算法代码生成决策树模型,并且对决策树算法加以优化,使模型生成效率提高40%。4、系统测试,针对所开发系统中的功能模块进行详细测试,经测试结果显示,该系统能够实时获取设备数据并展示至前端页面,且告警等功能均能正常使用,最后利用采集到样本数据的对决策树模型进行故障预测功能测试,结果表明故障预测准确率达92%以上,符合该系统设计预期实现的目标。
电动执行机构控制系统设计
这是一篇关于电动执行机构控制系统,前后台,三相电源的相序,Modbus的论文, 主要内容为电动执行机构在工业自动化控制系统中具有举足轻重的地位,是工业自动化生产过程中的核心元件,而控制系统是电动执行机构的中枢部分,对电动执行机构的智能化和可靠性水平起着决定性的作用。本文以开关型电动执行机构的控制系统为研究对象,提出符合设计要求的开关型电动执行机构控制系统设计方案,在可靠性和智能化水平方面做了以下四点优化:(1)电动执行机构一般工作在复杂的电磁干扰环境中,对主控芯片会产生强烈影响。现有的控制系统大部分采用2到3片的微处理器,分别进行液晶显示、数据采集、电机驱动等,各处理器之间采用RS232或RS485接口进行串行通信。减少微处理器的数量可以减小电磁干扰对系统影响的机率,本文只采用一片高性能的MSP430F5418A作为微处理器对所有任务进行处理,增强了系统的可靠性。(2)电动执行机构控制系统具有自动纠正相序的功能,目前文献中大多采用分离元件,利用相位差法对三相电源的相序进行识别和缺相检测。本文采用以集成芯片DF783A为核心的电路来检测三相电源的相序和缺相状态,该电路具有体积小、低功耗、输入阻抗高、外接元件少、集成度高等优点,相比用分离元件实现的电路具有更高的可靠性。(3)本文在控制系统硬件电路设计过程中,尽量选用工业级的集成电路芯片,贴片封装;在PCB的布局过程中,尽量把元件只放在顶层,这样在把控制系统固定在执行机构中时,把放有元件的一方背对电机,并在控制系统和电机之间加入铝板进行隔离,可以有效防止电磁干扰对控制系统的影响。(4)在智能化方面,主要体现在控制策略上,采集、过滤、识别输入数据,糅合控制算法对输入数据进行运算处理,输出控制信号和指示信号。控制策略上电机保护优先,辅以故障自诊断并实时报警、主动屏蔽错误输入信号、行程传感器过零检测、电机瞬时反转保护等功能。在以上四点优化的基础上,根据对电动执行控制系统的需求分析设计硬件电路,采用前后台的程序架构,根据实时性要求,利用MSP430系列单片机汇编语言编写软件系统。合理分配微处理器资源,协调各个硬件模块,发挥系统最优性能,设计完成一个集人机交互界面、现场控制、远程控制、Modbus总线控制、非侵入式信号输入、远程接点信号输出等功能于一体的智能化控制系统。经测试,系统性能良好,具有很高的稳定性和可靠性。
基于ARM的实时混合试验控制系统研究
这是一篇关于实时混合试验,STM32控制器,卡尔曼优化遗传PID,LabVIEW,Modbus的论文, 主要内容为实时混合试验系统通过将结构拆分为试验子结构与数值子结构,使用液压设备对试验子结构进行加载,Open Sees软件对数值子结构进行仿真分析,实现了数值仿真与物理加载的结合,经济有效地复现了结构在地震下的动态响应。但混合试验系统的核心技术控制器仍受国外掣肘,且门槛较高,并未在很多实验室得到应用。本文基于ARM的STM32F407控制器,结合Open Sees数值仿真软件,使用Matlab作为中间平台来实现STM32控制器与Open Sees之间的通信,同时使用Lab VIEW平台作为混合试验系统的副控制器实现伺服油源的间接控制,构建了基于ARM的混合试验控制系统,并使用该系统对加设了线性弹簧的框架结构进行了一系列的试验验证。本文主要研究工作包含以下几个部分:(1)详细介绍了基于ARM的实时混合试验系统的整体设计以及开发。首先,对混合试验系统的组成部分及优点进行介绍;其次,从混合试验系统整体角度介绍了系统的设计方案和工作流程;最后,从系统硬件设计和软件设计两个方面,详细介绍了硬件部分:液压伺服作动器系统、STM32控制器以及外围电路的具体选型和工作原理,软件部分:Open Sees、Matlab、Lab VIEW以及STM32控制器所使用到的编程软件Keil的设计思路及程序开发;(2)针对实时混合试验系统的内环控制部分即液压伺服系统,在位置控制中存在的响应慢、精度差、抗干扰能力弱等问题,提出了卡尔曼优化遗传PID控制算法。首先,针对液压伺服系统中存在的内泄漏和油液压缩性等非线性问题,建立了液压伺服系统的数学模型,并通过设备工作特性,确定了数学模型中的参数;其次,利用遗传算法(GA)搜索液压伺服系统的最优比例积分微分(PID)控制器增益,实现液压伺服系统中阀控液压缸排量的精确控制;最后,为了解决GA优化PID引起的幅度波动并减少外部干扰的影响,将卡尔曼滤波算法添加到液压伺服系统中,以减少幅度波动和外部干扰对系统的影响。通过仿真结果表明,所设计的卡尔曼优化遗传PID控制器可以更好地应用于液压伺服系统的位置控制,提高了系统的响应速度和控制精度,同时减少了外部干扰对液压伺服系统的影响;(3)针对伺服油源部分的控制,开发了基于Lab VIEW的系统副控制器,并对其与STM32控制器之间的通信方法进行研究。首先,对基于Lab VIEW的系统副控制器与STM32控制器之间数据传输以及通讯连接的整体设计进行了介绍;其次,针对Lab VIEW和STM32控制器能够实现Modbus通讯的方法进行了详细介绍;接着,根据STM32控制器可以实现的Modbus通讯方法:RS232、RS485以及TCP在Lab VIEW中进行对应的程序开发;最后,通过输入步长位移,记录各通讯方法所需要的试验时间进行比较分析。实验表明,基于RS232的Modbus通讯的副控制器能够较好的实现伺服驱动器的控制,从而实现伺服油源中电机的控制;(4)通过一系列的实验来验证基于ARM的实时混合试验系统。首先,通过弹簧性能试验,验证了该系统对于设备性能测试的可行性以及适用性;接着,通过比较系统内环控制试验的实际位移与目标位移,验证了提出的内环控制算法的准确性以及所选通讯方式的实时性;最后,通过比较单层以及三层框架结构的混合试验结果与对应的Open Sees仿真分析结果,验证了混合试验系统整体测试结果的准确性以及鲁棒性。本文创新之处主要在于以下两点:(1)构建了基于ARM的实时混合试验系统,并针对该系统提出了卡尔曼优化遗传PID控制算法,提升了实时混合试验系统内环控制精度以及抗干扰性;(2)基于构建的实时混合试验系统平台的伺服驱动器控制部分,设计了基于Lab VIEW的系统副控制器,节省了混合试验设备成本,并针对副控制器与控制器之间的通讯方式进行研究,缩短了系统通讯所需的时间,提升了系统的实时性。
智能工厂与后台数据服务平台的设计
这是一篇关于Modbus,监控软件,MFC,数据服务平台,Spring的论文, 主要内容为互联网与物联网的发展,为企业实现智能工厂提供了技术基础。智能工厂就是基于工业4.0模式,将互联网技术、信息化技术、自动化技术进行融合,基于车间传感网络实现生产的智能化、远程化、实时化、信息化管理。在工控领域,基于嵌入式工控、数据采集和通信一体化终端机的工厂智能化和后台服务的应用需求日益明显,智能工厂的实现要依托车间联网和远程监控,后台数据服务有利于实现企业生产过程的智能化与信息化管理。研究工业车间联网与远程监控、后台数据服务对现代企业有着深远的意义。本文以智能工厂与后台数据服务平台的设计为课题,通过研究课题背景与意义以及国内外研究现状,结合对塑料挤出机监控改造项目的需求分析与性能体现,提出了本文的设计方案,即主要从车间联网、现场级监控软件、后台数据服务平台三个模块来进行设计与实现。针对车间联网,提出了串口与网口两种车间联网方式。基于串口的车间联网采用CAN总线实现一个车间内多台串口嵌入式终端机的联网与布线,通信协议为ModbusRT U协议,多个车间生产线的联网采用以太网络,协议为TCP/IP。基于网口的车间联网采用以太网络直接将嵌入式终端机接入网络,通信协议为ModbusTCP协议。不但提高了车间联网的健壮性,而且也解决了车间高温、强电磁干扰等恶劣环境因素对数据传输不稳定的影响。针对现场级监控软件的设计,结合C/S结构,采用VC++语言和MFC框架开发,采用Modbus协议实现了串口通讯与网口通讯功能,采用ADO程序对象实现了数据上传至数据中心,采用多线程编程技术解决了多任务多界面的处理,采用多定时器实现监控数据的周期性查询与解析,采用加权平均算法实现参数的优化控制,实现了生产线各温度节点、电机节点、电能表节点的集中监控,提高了监控的实时性和车间智能化程度。后台数据服务平台采用JAVA语言编写,软件为B/S结构,采用ECS实例为软件系统提供运行环境,采用Spring框架编写后台控制器与业务逻辑,采用Hibernate实现对数据库的访问与事务管理,采用ExtJS编写前端页面框架与界面显示功能。数据存储于RDS实例提供MySQL数据库中。实现了系统管理、生产统计、设备状态监测、生产信息管理、数据存储等功能,提高了后台数据计算能力,解决传统软件结构耦合严重,不利于系统扩展,并且升级成本高、周期长等缺点。最后对本文进行了总结,并提出了下一步展望建议。通过对智能工厂与后台数据服务平台的设计与实现,为生产设备及车间联网与远程监控和企业信息化管理方式提供了一个可应用和借鉴的方案,为工业控制软件的体系结构提供了一个全新的设计思路。
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