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LIN总线

随着信息技术的高速发展，汽车电子产品在汽车上的应用比例越来越大，汽车电子技术逐渐成为汽车的特征之一。LIN（Local Interconnect Network）是一种的串行通信网络，现在更多地运用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN的目标是为现有汽车网络（例如CAN总线）提供辅助功能。LIN总线基于本来是点对点的计算机的通用异步串行口（UART），配以适用于多点通信的总线式驱动器，加上LIN总线通信协议，构成廉价的串行总线式控制系统，LIN总线是高端通信总线，例如CAN（Controller Area Network）总线，的辅助总线。在不需要CAN总线的带宽和功能的场合，如门、窗、后视镜的控制、智能传感器和制动装置之间的通信，使用LIN总线可大大节省成本。 LIN总线驱动器MC33661

过去的LIN总线驱动器有MC33399等。随着时间的推移，它们的不足渐渐地显露了出来，如模式过于单一、无法有效调节翻转频率致使有时器件功耗较大，而有时又显得驱动功率不够等等。MC33661的诞生使这种情况有了较大的改善。

MC33661芯片采用普通的8引脚塑封装。

MC33661芯片主要有以下几个特点：

● 翻转频率可以选择，以实现10kbps和20kbps波特率下通信的较优化

● 在测试与编程操作特殊模式下，通信波特率可**100kbps

● 带有的波形整型电路，提供了优异的电磁兼容性能

● 常规直流供电电压6～18V，可耐27V，可承受电源突然卸载时高至40V的回充电压

● LIN总线引脚可承受 +40V～-18V的直流电压

运行模式与应用电路

MC33661的多种操作模式使LIN总线驱动器的性能大大改善。MC33661有正常模式、低速模式、高速模式、休眠模式等一系列操作模式。这极大地丰富了该芯片的功能，用户可根据不同的需要对芯片模式做相应的设置，在尽可能减少损耗的情况下又提高了芯片的效率。这使它在与同类型芯片的竞争中拥有了极大的优势，是对LIN总线应用强有力的支持。

当MC33661选为正常模式时，LIN总线处在一般工作状态下，器件的工作频率和时序符合LIN总线协议规范，通信速率20kbps。

当LIN总线在ECU测试和向单片机下载程序时，MC33661可选用高速模式，通信频率可达100kbps。

MC33661可进入低速模式，以进一步降低LIN总线的电磁辐射水平，虽然正常工作模式下的电磁辐射水平并不高。

MC33661有休眠模式，休眠模式下功耗极低，休眠时快速启动时所需的信息得到了保留，故可实现快速启动。

将MC33661用作主节点的典型电路。用作从节点驱动时，*接Mask node pull up端的二极管和上拉电阻，直接接LIN总线驱动端LIN bus。在单片机一端，直接使用SCI口的发送和接收端控制通信，用单片机的一个I/O端口作输出，控制工作模式。电源端直接接12V汽车电瓶。汽车整车断电时驱动器进入休眠模式。本文介绍了虚拟制造技术的一些基本概念，着重阐述了在采用复杂曲面五轴联动数控技术过程中，如何应用VERICUT软件对复杂曲面五轴联动数控加工进行机床的方法，以实现对程序的校验和优化，从而提高实际制造过程中程序编制的效率，降低制造成本，缩短制造周期。该技术在现代制造业中具有广阔的应用前景。

一、引言

复杂曲面的五轴联动数控加工技术是当今制造业中的，它是一个涉及到计算机三维造型、CAM自动编程技术、测量技术、制造工艺学、切削技术等多学科交叉的综合技术，因此具有较高的技术难度。但由于五轴联动加工技术所具有的高精度、率、加工适应性强等特点，也使它能够更好地适应复杂曲面的数控加工。如今，五轴联动加工技术已经在发电设备制造业、飞机制造业、轮船制造业中得到了广泛的应用。

对于复杂曲面的五轴联动数控编程来说，由于曲面复杂，且大多为不可展开的雕塑曲面，在编程时容易产生不易察觉的过切等干涉现象。并且，在五轴联动数控机床的加工中，NC铣头的旋转或工件旋转很容易发生干涉和碰撞现象，造成工件、甚至机床的损坏。因此，在实际加工中，即使很有经验的工程师也需要进行试切，对程序进行反复的调试，造成了人力、时间、能源和材料的浪费，且效率低下。

虚拟制造系统VMS（VirtualManufacturing System)是实际制造系统在不消耗能源和资源的信息世界里的完全映射。虚拟制造是在上世纪80年代由美国提出的，是对真实产品制造的动态模拟，是一种在计算机上进行而不消耗物理资源的模拟制造软件技术。

虚拟制造机床系统是现实制造机床系统在虚拟空间的映射，它是由虚拟的机床→→夹具→工件所组成的虚拟系统，具备现实机床加工系统的全部功能、特征和行为，能够完成现实机床加工系统同样的虚拟生产任务。通过虚拟制造机床对复杂曲面的五轴联动数控加工进行，能够真实地反映制造加工过程中的过切、碰撞等干涉现象，为程序的修改提供了数据；能够对加工程序进行反复调试，在不消耗材料、能源，不占用机床时间的情况下得到正确的数控加工程序。虚拟制造机床系统能够提供加工过程中的关键数据，如优化后的切削参数、总的加工时间等，通过它们可以评价加工策略的优劣并改进加工方案；能够进一步对加工程序进行优化，缩短切削加工过程中的空行程走时间和调整复杂曲面不同位置的加工进给率。

二、虚拟制造机床系统

针对复杂曲面五轴联动系统加工存在的问题，运用商业软件建立虚拟制造机床系统，需要进行以下的技术研究。

1. 虚拟制造机床的构成

虚拟制造机床要能够完全真实地反应现实机床，无论是在机床拓扑结构、外型尺寸，还是运动功能方面都同现实机床一致或相似。虚拟制造机床的建立主要包括机床几何结构、控制系统和库的建立。虚拟机床要能够真实地反应现实机床，首先要求有同样的机床拓扑结构，其次机床各运动轴的几何尺寸要求同现实机床一致，特别是五轴联动机床有两个旋转轴的NC铣头和Z轴滑枕的尺寸更需要同现实机床完全一致，另外，机床各运动轴的运动极限及相对关系也要同现实机床一致。控制系统的建立目的是使虚拟控制系统具备同现实系统相同的功能，并且能够对机床功能，如G代码、M代码等功能代码进行定义，并实现对虚拟机床的控制功能。建立机床库主要是建立用于实际制造系统中相同尺寸规格的各种，以真实模拟切削的过程。

2. 机床及校验

在虚拟制造机床上添加工件毛坯、和夹具，设置编程坐标系和机床坐标系的相对位置关系，加载加工程序后，就可以实现对现实机床加工的了。能够真实地模拟出过切、碰撞等各种现象，并发出警报，标明发生该现象的位置。

3. 程序优化

程序优化首先需要针对不同的产品材料和材料建立个性化的程序优化库，这个优化库需要通过做大量的切削试验来建立。在程序优化时根据不同的加工材料和，选择优化库中的实例对程序进行优化。通过优化后，在复杂曲面不同的加工区域自动设置不同的切削进给率，来保持每齿切削量和金属去除率的恒定，从而提高加工效率。

三、虚拟制造在复杂曲面加工中的应用实例

水轮机叶片的加工属于大型复杂雕塑曲面的加工，其毛坯体积大，材料价格昂贵，采用虚拟制造技术对加工过程进行加工，能够很好的规避各种制造中的风险，提高零件加工质量和加工效率。用虚拟制造技术对水轮机叶片进行机床的流程如图1所示。




图1 水轮机叶片加工流程示意图


我们应用VERICUT机床软件，通过它在计算机上建立虚拟制造机床，就能够实现对水轮机叶片加工过程的机床、程序校验以及程序优化。下面以某混流式水轮机叶片的机床为例介绍运用VERICUT软件实现复杂曲面虚拟机床制造的方法。

1.FKSA1800机床模型系统的建立

FKSA1800是某水轮机制造厂的一台单臂五轴联动铣床，具有X、Y、Z三个直线轴和B、C两个旋转轴。Y轴依附于Z轴，旋转轴C轴依附于Z轴，旋转轴B轴依附于C轴，属于Head-Head型的五轴联动机床。工作台大小为1.6m×4m，X、Y、Z轴行程分别为3m、2m、1m，C轴行程0°～＋360°，B轴行程-105°～＋105°。

通过V E R I C U T软件首先建立机床的拓扑结构，然后添加机床以及各运动轴的三维几何实体。对于形状复杂的几何实体，如两轴N C铣头等，可通过C A D软件造出实体模型，再通过数据接口读入到VERICUT，并按正确的位置关系装配。FKSA1800的控制系统为SIEMENS840D的系统，VERICUT带有多种控制系统模板库，可以挑选适当的控制系统，并根据需要，运用VERICUT自带的编程语言，添加适当的G代码和M代码功能。加工叶片的为φ100R10面铣、φ63立铣、φ6钻头等，在VERICUT中定义这些所需。运用VERICUT软件建立的FKSA1800虚拟机床模型如图2所示。




图2 FKSA1800虚拟机床模型


2.复杂曲面五轴联动加工机床、校验以及程序优化

在V E R I C U T上时，调入FKSA1800机床，添加毛坯、夹具，加载加工程序以及所需就可以进行加工。通过机床能够真实地反映出水轮机叶片实际加工情况，能够检查过切、碰撞等现象，能够计算加工所需时间，并且能够通过软件的分析功能检查加工后水轮机叶片的尺寸精度，也可以调入设计模型同加工后的模型进行比较，对采取不同加工方案和加工策略的程序进行。根据加工得到的数据可以判别加工方案和加工策略的优劣，有利于工程师对加工方案的选取。通过能够发现程序中存在的问题，并在实际加工发生之前进行修改，大大提高了编程效率，节约了成本。应用VERICUT进行程序优化，需要事先根据以往的加工经验和加工试验建立适合水轮机叶片加工的程序优化实例库，时选择合适的程序加工优化实例（根据直径、材料，零件材料等）对程序进行优化，改变程序不同位置的进给率以保持每齿切削量和金属去除率的恒定。对优化后的程序可以再进行切削以检验其是否令人满意，觉得不合适可以适当调整参数再优化，直到满意为止。

由于性能需求的增加，无线电射频（RF）环境的变化和物理环境的变化，无线网络的性能也随着时间变化。本文探究无线诊断过程控制的对象链接与嵌入（OPC）服务器技术把诊断信息嵌入人机界面（HMI），因此优化工业无线网络能。

引言
无线通信在工厂和过程控制自动化系统中日益流行。该增长部分由于非常可靠的无线电频率技术的出现，有能力处理工业工厂中存在的极端条件。其他促使其增长的原因是无线实现的好处，包括降低安装成本、远程站点的电话线费用、降低移动平台的机械磨损（因此改进物料输送系统的性能），并为生产和维护提供无论何处需要的至关重要的信息。

接受降和改进生产力的无线策略已经促使很多关键过程依赖无线。随着更多的系统依赖无线网络，包括在它们发生前探测网络降级和防止通信故障的智能诊断，这一点很重要。然而，大多数工厂都存在影响无线性能变化的条件。因此，良好的习惯做法是对RF网络进行持续监视，这样才能降低意外停机的几率。

不同工业无线制造商的诊断技术差别很大。有一些工业无线设备并没有任何诊断信息，因此接收正确或错误的数据。可以想象，当遇到问题时，解决故障是多么困难。为访问诊断信息，其他系统在通信必须停止的地方提供离线诊断。这些系统至少提供原因的一些提示，但是仅仅在故障发生后。

在线无线诊断提供无线性能和本地与远程的整个无线系统的硬件条件的持续诊断。这些工具不仅能探测故障，而且显示降级的条件。因为正在实时监视诊断方法，不需要为检查系统而停止通信。然而，没有免费的午餐！因为诊断数据和系统数据在相同的无线链接上传输，当诊断时，同时也降低了网络能。在具有大量远程站点和的系统中，在线诊断是不现实的。

不同制造商和无线系统的在线访问诊断信息的方法是不同的。一些无线串行系统使用第二个串口，使用能从哑终端程序（例如，超级终端）访问的菜单接口进行通信。其他的在线诊断系统在PC连接到第二个串口或PC是以太网网络的一部分的地方使用私有软件程序，并使用其显示关于RF网络的重要信息。其他的系统仍有用于诊断信息的嵌入式网络服务器。使用网络浏览器显示诊断信息。在基于以太网的无线网络中，在以太网网络上的任何人都能潜在地查看本地和远程无线设备的诊断页面。

以前描述的方法缺乏直接把诊断状态和信息容易地集成到控制系统的能力。这对缺乏计算机技巧和技术能力的工厂操作员是非常繁重的。例如，期待废水厂的三班倒操作员理解供应商的诊断程序（或诊断网页）并诊断程序是不现实的。因此，在控制工程师能恰当嵌入诊断数据的地方进行远程RF诊断是非常必要的。

在常见方法中，简单网络管理协议（SNMP）是一个访问诊断信息的可能方法。SNMP是标准的诊断语言，主要开发用于信息技术设备的管理。SNMP提供一种管理和监视不同供应商制造的设备的诊断软件工具方法。现在一些工业设备具有支持SNMP的能力，而大多数工业软件程序并没有这种能力。因此基于SNMP的管理工具对工业无线系统是非常不现实的。

集成诊断
这促使我们考虑什么是在工业系统中集成无线诊断的较好方法。OPC可能是较好的方法，因为它是专门开发用于工业系统的软件数据交换标准，受到广泛的采用和支持。使用OPC作为RF诊断的基础提供任何兼容OPC的软件程序（例如，大多数主要的HMI和SA软件包）直接访问诊断信息。因为控制工程师精通使用这些程序开发项目，很容易在操作员界面中嵌入无线诊断数据，就像任何其他的标签数据点一样。

使用具有无线诊断功能的OPC服务器揭示了监视和优化无线网络的很多可能。为完全理解这种可能，检查通常监视的关键诊断方法是特别有用的。在RF系统中，使用预先确定的RF信道和认证程序在无线设备（有时称为无线访问点、网桥和客户端）之间建立链接。每个无线设备即传输也接收数据（但是不是同时）。当传输RF信号时，需要一定量的能量（用dBm度量）。当通过空气时，距离和前进路上的障碍物造成一定的损失。当远程站点的天线接收到信号时，信号必须强到能进行成功的才行。接收信号的强度用RSSI（接收信号强度指标）表示。

另一个非常重要的测量方法是信道中的噪声。接收的信号必须比解码信息波段中的噪声高。噪声的单位也是dBm。我们在本文的后面将讨论噪声及其原因。

另一个常见的测量方法是信噪比，它使用测量的信号强度（RSSI）和噪声计算。比率越高，系统运行越可靠。当交换数据包时，大多数工业无线设备都包括一个纠错算法从而确保成功地接收数据包，如果必要，再转发。诊断工具能报告成功传输的数据包数量和接收的坏包数量。这提供一种计算RF错误率的方法，它是另一种关键的方法。

诊断也能监视连接的节点（客户端）数量。该方法是令人感兴趣的，它能报告/报警链接是否故障，也报告连接的客户端的数量是否比期待的数量多，因此表示一个可能的安全威胁。监视连接的无线客户端身份（地址），增加额外的安全，也是可能的。

较终，传输字节的数量是有用的测量方法，因为它显示无线链接的实际利用率。通过计算每秒传输的字节与无线技术的能力比较，监视带宽利用率。

无线诊断包括很多其他的属性，但是只考虑重要的属性。其他可以监视的属性包括环境条件（温度，供电电压）、用于探测天线、同轴电缆问题和信道频率漂移的电压驻波比（VSWR）