運動控制器范文

導語：如何才能寫好一篇運動控制器，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

Abstract: This article is about GT-400-SV series of motion controllers, based on the development of four-axis motion platform, controlled by PC. The paper demonstrates by examples, motion controllers can realize motion control through simple program on PC without special software of NC. It can also realize mutiaxial continuous trajectory control, providing users with great development space.

關鍵詞： 運動控制；數控編程；高級語言VC

Key words: motion control；CNC programming；high-level language of VC

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）11-0018-02

0 引言

傳統的數控機床的數控編程，對于不同的數控系統可采用不同的G代碼可以完成零件圖形的編制，通過數控系統的輸入到數控機床，進行零件的模擬仿真操作后，可通過機床完成零件的加工。固高科技有限公司生產的GT系列運動控制器，也可實現傳統機床中的兩種軌跡的多軸協調運動：直線插補、圓弧插補，通過VC語言同樣可完成傳統零件G代碼程序。

1 坐標映射原理

在采用VC語言編程過著中，運動控制器通過坐標映射將控制軸由單軸運動控制模式轉換為坐標系運動控制模式。在坐標系運動控制模式下，可以實現單段軌跡運動、多段軌跡連續運動。運動控制器開辟了底層運動數據緩沖區，可以實現多段軌跡快速、穩定的連續運動。運動控制器利用一個四維坐標系（X-Y-Z-A），描述直線、圓弧插補軌跡。其中X-Y-Z三個軸構成圖1所示的數控機床所采用的右手笛卡爾坐標系，根據零件圖形的特點，可以在二維（X-Y）、三維（X-Y-Z）坐標系描述運動軌跡。利用直線、圓弧命令完成零件輪廓的描述。

其中X、Y、Z和軸號1、2、3相對應，對于A軸和4軸對應，表示表示繞著X軸旋轉坐標的選擇坐標軸。坐標軸映射函數如下：

void MapAxis() //坐標映射函數

{

short rtn;

double cnt1[5]={1,0,0,0,0}; /* 根據系統設置坐標映射數組 */

double cnt2[5]={0,1,0,0,0}; /* 根據系統設置坐標映射數組 */

double cnt3[5]={0,0,1,0,0}; /* 根據系統設置坐標映射數組 */

double cnt4[5]={0,0,0,1,0}; /*根據系統設置坐標映射數組 */

rtn=GT_MapAxis(1,cnt1); error(rtn); /* 映射第1 軸到X 軸 */

rtn=GT_MapAxis(2,cnt2); error(rtn); /* 映射第2 軸到Y 軸 */

rtn=GT_MapAxis(3,cnt3); error(rtn); /* 映射第3 軸到Z 軸 */

rtn=GT_MapAxis(4,cnt4); error(rtn); /* 映射第4 軸到A 軸 */

}

2 編程實例

2.1 對運動控制器初始化和軸的初始化動作 首先是運動控制器的打開語句（GT_Open();）和運動控制器復位語句（GT_Reset();），以建立主機與運控器之間的通訊定義軸1為模擬量輸出，采用T曲線模式，軸2同軸1設。

2.2 完成運動控制器各個坐標軸的初始化，并進行坐標軸的設置 如對1軸進行初始化，程序如下：

GT_Axis(1);//控制軸為軸1

GT_LmtsOff();//關閉當前軸的限位開關

GT_AlarmOff();//關閉當前軸的報警

GT_ClrSts();//清狀態（解除原來軸的狀態）

GT_CtrlMode(0);//選擇當前軸控制模式，0為模擬量輸出，即閉環控制，采用伺服交流電機

GT_SetKp(1); //設置PID參數

GT_Update();//參數生效

GT_AxisOn();//軸打開

如果在多軸控制中，對于每個坐標軸都應有相應的設置，在設置過程中要根據各個軸所連接伺服單元和電機的形式修改相應的函數。如采用步進電機可設置GT_CtrlMode(1);其中1代表為脈沖量輸出，即開環控制。

軸1運動軌跡進行設置，程序如下：

GT_Axis(1);

GT_PrflT(); //軸1規劃為T形曲線運動軌跡

GT_SetVel(2); //速度的單位是 脈沖每200微秒

GT_SetAcc(1); //加速度單位是 脈沖每100微秒平方

GT_SetPos(50000); //位置的單位是 脈沖

GT_Update();

2.3 坐標系軌跡運動實現的參考程序

2.3.1 采用VC語言，進行面板制作及調試 采用VC程序，進行控制面板的制作，并完成零件程序的調試，見圖2。

2.3.2 圖形編程程序 采用四軸運動開發系統提供的專業的函數，完成圖1零件的編程的編制，參考程序如下：

void CMyDlg::OnButton5()

{

double cnt1[5]={2000,0,0,0,0};

double cnt2[5]={0,2000,0,0,0};

double cnt3[5]={0,0,2000,0,0};

//double cnt4[5]={0,0,0,2000,0};

GT_MapAxis(1,cnt1);

GT_MapAxis(2,cnt2);

GT_MapAxis(3,cnt3);

//GT_MapAxis(4,cnt4);

GT_StrtList();

GT_MvXYZA(0,0,0,0,0.1,0.0000001);

/*設置緩沖區起點定位坐標（0mm,0mm,0mm,0mm），合成速度3m/min,合成加速度

0.9m/min2 */

GT_LnXY(27,0); //圖形加工

GT_LnXYZ(27,0,-5);

GT_LnXY(27,17);

GT_ArcXY(18,18,45);//以坐標（18，18）為圓心，以坐標（27，17）為起點，正向45 度圓弧。

GT_LnXY(-17,27);

GT_ArcXY(-18,18,45);

GT_LnXY(-27,-17);

GT_ArcXY(-18,-18,45);

GT_LnXY(17,-27);

GT_ArcXY(18,-18,45);

GT_LnXY(17,0);

GT_LnXY(0,0);

GT_EndList(); //關閉緩沖區

GT_StrtMtn(); //啟動緩沖區的命令

}

3 結束語

與傳統的數控裝置相比，基于VC的運動控制器具有技術更新，功能更加強大，可以實現多種運動軌跡控制，是傳統數控裝置的換代產品；結構形式模塊化，可以方便地相互組合，建立適用于不同場合、不同功能需求的控制系統；操作簡單，在PC上經簡單編程即可實現運動控制，而不一定需要專門的數控軟件。目前，運動控制技術由面向傳統的數控加工行業專用運動控制技術而發展為具有開放結構、能結合具體應用要求而快速重組的先進運動控制技術。給用戶提供了很大的開發空間，同時在軟件開發過程中，各種算法的綜合應用給專用數控設備的特殊功能的實現提供了可能。

參考文獻：

[1]固高公司.GT2-4002-SV四軸運動控制器用戶手冊，2008.

篇2

關鍵詞： 數控系統； 軟件架構； 數字信號處理器； BIOS

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）20?0065?05

Software system architecture of motion controller based on DSP and BIOS kernel

ZHOU Chen?zhong， LI Jian?wei， PI You?guo

（DOE Key Lab of Autonomous System and Network Control， South China University of Technology， Guangzhou 510640， China）

Abstract： Texas Instruments （TI） company’s BIOS real?time kernel was used on the controller hardware platform， which takes TI’s DSP as the main control chip and FPGA as the auxiliary control device. A software architecture solution for a motion controller is proposed， in which the secondary development and transplantation of functional components can be achieved according to the needs of different users. The modular design is adopted for software source code， which has standardized function interface and good maintainability. The experimental test indicates it can meet the requirements of openness， real time and portability.

Keywords： CNC system； software architecture； DSP； BIOS

0 引 言

作為數控系統核心控制部件的運動控制器，市場上有基于單片機、基于ARM為主控處理+FPGA/CPLD作為輔控處理、基于DSP為主控處理+FPGA/CPLD作為輔控處理等多種硬件平臺的解決方案。在不同的硬件平臺上，軟件系統調度方案可以采用μC/OS?Ⅱ，BIOS，RT?Linux，VxWorks等多種實時操作系統內核，因而衍生出各種軟件系統的架構方案[1]。采用TI公司TMS320C6713系列DSP芯片為主控芯片+FPGA作為輔控芯片的硬件平臺的解決方案，其數據吞吐量和高速浮點運算上具有一般單片機不可比擬的優勢。而采用TI公司的DSP芯片和CCS的開發平臺，可以使用配套的非開放源代碼的BIOS實時內核，在中小型數控系統應用開發上，其更加專業，相比采用ARM硬件平臺而使用的開放性源代碼的實時操作系統內核，采用DSP硬件平臺與BIOS內核的運動控制器穩定性更好，能夠節約實時操作系統移植和測試時間，縮短開發周期，因而其是一種合理有效的解決方案[2]。

為了能夠在該平臺上進行有效的模塊化數控功能組件的開發、維護和移植，本文提出了一種標準化的軟件分層與接口架構方案。該方案可作為一種設計模式，滿足不同用戶的基本功能與二次開發需求。

1 系統整體方案

1.1 運動控制器硬件實現平臺

本文采用的運動控制器的硬件系統[3]框圖如圖1所示。其中，TMS320C6713系列DSP具有浮點運算器，能快速高效地完成工件加工軌跡插補計算。其集成外部擴展擴的EDMA和EMIF總線具有數據吞吐量大的特點。該DSP主頻為225 MHz，對應的指令周期為4.4 ns，相應的運算速度可達1 800 MIPS/1 350 MFLOPS，適用于中小型數控系統主控制器的需求[4]。

ACTEL公司的A3P400系類FPGA是一種高密度，等效40萬門器件，其可配置的I/O可以兼容多種類型的數字電平。另外ACTEL公司提供的Libero集成開發工具，能提供數字PLL、高速FIFO等多種通用型軟核模塊，能夠節約開開發時間與成本，是作為運動控制器外部通信總線接口的一種可靠高效的硬件方案。

圖1 運動控制器硬件結構圖

1.2 系統軟件層次劃分

本文軟件系統采用三層結構劃分[1]，其層次結構如圖2所示。

圖2 軟件架構層次圖

（1） 用戶應用接口層。可根據具體的用戶需求開發各種功能的數控應用模塊，并將各功能模塊作為組件通過接口嵌入到系統軟件中來。本文所開發的基礎用戶組件塊及其功能將在下一節詳細描述。

（2） BIOS內核層。采用TI公司的CCS3.3提供的BIOS內核以及其各種內核組件，可有效縮短內核移植和測試時間。CCS3.3提供圖形化界面接口，如圖3所示。其可對內核各個組件進行配置和應用。它的內核通過編譯后將在文件鏈接時植入程序，生成最后可執行文件。

（3） 硬件驅動層。用于管理運動控制器板卡上與DSP相連的各個硬件設備的驅動，并為內核與用戶應用層提供硬件訪問接口。板卡硬件包括：FIFO通信緩沖器、CNC脈沖發生器、UART總線控制器、SERCOS總線控制器等。外部模擬數字硬件設備采用FPGA或專用IC實現。

圖3 BIOS內核圖形化配置界面

2 用戶應用軟件任務劃分

用戶應用軟件組件模塊可分為基礎組件和擴展組件[5]。基礎組件提供數控系統基本的加工、維護、調試、監控等各種接口控制功能。擴展組件根據特定的用戶需求可選擇性裁剪安裝，一般擴展組件包括軟PLC編程接口，SERCOS總線、脈沖、TCP/IP、UART等各種通信協議數據包解析與格式轉換等功能。BIOS內核是一款多任務實時內核，可以在系統多個用戶基礎任務之間進行調度。本文所描述系統基本用戶組件任務劃分見圖4。

圖4 運動控制器硬件結構圖

2.1 HMI任務

HMI通信數據包幀格式如表1所示。HIM任務處理流程如圖5所示。

（1） 通信數據包格式。通信數據包格式固定，但功能信息結構格式不固定[6]。不同的信息，如調試信息、G代碼腳本信息的內容等采用不同的信息格式，這樣用戶在增加新的功能組件時，只要自己編寫新的信息格式和編碼與解析方式，就能利用原有的通信協議進行開發，使得系統代碼能夠移植和重新利用。

表1 HMI數據包幀格式

圖5 HIM任務處理流程圖

（2） 數據包生成器。從已處理完的HMI信息隊列中按照不同約定信息格式讀取信息，并按照數據包的格式為其添加幀頭、物理地址、校驗碼等，生成一組數據幀，并將該數據幀通過EMIF總線寫入FPGA中的UART發送FIFO，待其轉換為對應數字電平發送給上位機。

（3） 數據包解析器。通過EMIF總線從在FPGA中實現的UART總線接收FIFO中讀取一個數據幀，并按照約定的用戶應用的解析方式解析成對應的信息，并將信息加載到HMI接收信息隊列，等待數據處理與交換任務啟動進行處理。

2.2 用戶數據處理與交換任務

用戶數據處理與交換任務流程如圖6所示。

本系統提供G代碼腳本解釋器、調試維護命令殼、系統錯誤診斷器三個基礎組件。用戶可根據特定需求植入新的組件，并編寫對應組件接口信息編碼與解析方式。

（1） G代碼腳本解釋器[7]

數控G代碼解釋的方案很多。部分廠商采用在上位機解析成配置信息碼，并發送給運動控制器的方案。但此方案會增加數據通信量，使得通信時延增加。本系統采用的方案是：上位機以字符串格式將數控G代碼腳本信息打包發送給運動控制器，運動控制器對字符串進行重新組合，并通過識別組合碼配置數控參數控制塊。該方案可以減少通信負擔，減小通信延時，但是將增大DSP的運算處理量。因為DSP運算速度明顯要塊于通信傳輸速率，所以該方案是一種合理的折中方案。

圖6 用戶數據處理與交換任務流程圖

（2） 調試維護命令殼

該功能用于系統開發階段和系統維護階段。系統集成該功能夠之后，根據開發人員提供的維護指令手冊，在上位機輸入維護指令，返回運動控制器相應的關鍵系統數據結構的運行狀態碼，能幫助維護人員快速地判斷系統運行中的故障，并為數控機床每個加工軸提供電機測試接口。

（3） 系統錯誤診斷器

負責管理和存儲數控系統需要監控運行的重要模塊信息，一旦重要模塊運行發生故障，則把錯誤編碼保存在系統錯誤診斷器中，并在任務運行時將錯誤碼發送給上位機。

2.3 運動控制任務

運動控制任務是運動控制器最核心的部分，也是BIOS內核所管理的任務中優先級最高的一個任務。不同廠商的控制器有不同的實現方案。為了能夠清晰理解與移植本文所述系統的運動控制程序，圖7給出了運動控制的行為與數據流框圖。

根據圖7所描述的運動控制行為，編寫的運動控制任務程序的流程圖如圖8所示。

圖7 運動控制的行為與數據流圖

圖8 運動控制任務流程圖

（1） 加工軌跡計算。加工軌跡計算控制器，綜合數控配置參數與實時的反饋數據，通過各種數值計算方法，進行各種數控插補計算，得到最終的加工數據，可以通過脈沖編碼格式或者SERCOS通信總線，發送給控制CNC的每個軸的伺服電機驅動器，控制電機的旋轉與進給。

（2） 電機驅動管理。實時地管理監控CNC每個軸的電機驅動器。讀取驅動器的工作狀態，將需要上位機進行實時監控的數控實時運行數據寫入CNC接收信息隊列，并通過數據交換控制任務，發送到上位機用于監控。當有電機驅動器運行出現異常時，可以及時進行保護停止，并發送運行故障編碼。

3 軟件方案的驗證性測試

在本實驗室研發的嵌入式數控系統測試平臺如圖9所示。其中，HMI板通過JTAG接口與調試主機1相連，運動控制板通過JTAG接口與調試主機2相連。HMI板與運動控制板通過RS 422總線連接，并在采用UART協議進行通信[6，8]。

由于電機運行軌跡與效果無法很好通過圖片展示，并且本實驗目的主要是驗證整個軟件系統架構的可行性，并修補程序BUG。因而建議采用硬件模擬運行加Matlab仿真的驗證方法。

圖9 運動控制測試平臺

采用圓弧插補測試的方法，在上位機通過G代碼腳本格式導入測試指令腳本，運動控制器讀取數據包，解析出測試腳本信息后，進行處理和運算，得出的運算數據保存后，導入Matlab仿真軟件，生成運行軌跡圖，以便模擬仿真電機的實際運行軌跡。表2為CNC測試腳本的加工軌跡數據。

表2 測試加工軌跡數據

圖10為經過系統運行得到的加工軌跡與原始測試數據的軌跡對照。

圖中點線：測試腳本數據擬合曲線；實線：DSP計算的加工數據擬合曲線。從方案驗證性測試實驗得到的模擬數據擬合圖像和原始腳本測試數據對比，可以驗證該軟件架構方案和基礎用戶組件能在實驗室的CNC系統平臺上穩定可靠地運行，因而驗證了該軟件架構方案的可行性。

圖10 加工軌跡測試與模擬軌跡

4 結 語

本文基于TI公司的C6713系列DSP+FPGA作為硬件實現方案的運動控制器平臺，提出一種可移植性軟件架構方案。通過三層軟件結構模型的描述和基礎性用戶組件與接口的任務劃分，為用戶的功能的二次開發與軟件代碼的維護提供的一個基礎性平臺。并通過加工腳本測試驗證了方案的可行性與穩定性。

參考文獻

[1] 王濤，王太勇，許愛芬，等.嵌入式實時操作系統在數控系統設計中的應用[J].計算機工程，2008，34（4）：250?268.

[2] 孫禾鳳.基于DSP/BIOS的運動控制器軟件開發[D].南京：南京航空航天大學，2008.

[3] 吳，皮佑國.基于DSP和FPGA的運動控制器的設計與實現[J].組合機床與自動化加工技術，2011（2）：75?82.

[4] Texas Instruments Incorporated. TMS320C6713B floating?point digital signal processor SPRS294B [R]. USA： Texas Instruments Incorporated， 2006.

[5] 毛軍紅，李黎川，吳序堂.機床數控軟件化結構體系[J].機械工程學報，2006，36（7）：48?51.

[6] 蔣明柯，皮佑國.數控系統中RS 485串行通信協議的設計[J].組合機床與自動化加工技術，2013（5）：23?26.

[7] [美]凱賽達.計算機數控技術應用：加工中心和切削中心[M].北京：清華大學出版社，2006.

[8] 范德和，皮佑國.基于DSP和FPGA的運動控制器高速串行通信設計[J].組合機床與自動化加工技術，2011（9）：58?62.

篇3

關鍵詞：碼垛機；2軸同步平移；三菱FX3U；三菱20GM

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）35-0234-02

直角碼垛機基于PLC、伺服驅動等技術，實現取箱、放箱控制等功能。其結構簡單、運行平穩，高度約2.8米，可以安裝在普通樓層。

Y軸1和Y軸2平移，如果使用PLC脈沖輸出，進行單軸獨立控制時，由于兩軸運行不同步，加上生產現場的電氣干擾、控制器的性能等原因，運行時有可能導致箱子掉落或者夾壞箱子、伺服驅動器過載報警，使設備運行停止，影響了生產效率。

本文介紹的直角碼垛機使用了三菱FX3U系列PLC控制器、三菱20GM運動控制器（線性插補，Y軸1和Y軸2平移的控制）、松下A5系列伺服驅動器和伺服電機（實現X軸、Y軸1、Y軸2和Z軸的定位控制），實現了Y軸1和Y軸2同步平移，使設備運行性能更加穩定、可靠。碼垛機的外形，如圖1所示。

本文重點介紹Y軸1和Y軸2同步平移的控制，分析Y軸1和Y軸2電氣原點的設定方法、放箱控制的PLC程序設計。

1 Y軸1和Y軸2電氣原點的設定

Y軸1和Y軸2同步平移的運動控制，實現了取箱、放箱的控制功能。本設備的松下A5系列伺服電機安裝有增量式編碼器，在設備斷電后，再次通電運行前，都必須執行軸回原點操作，所以在Y軸1和Y軸2上分別安裝了原點傳感器，前鉤板、后推板上安裝有金屬檢測塊。

Y軸1驅動的前鉤板上安裝的彈簧壓縮適量位置后與金屬檢測塊的距離約為75mm。YS2驅動的后推板與金屬檢測塊的距離約為80mm。兩個原點傳感器的距離約為1189mm。原點傳感器的安裝。

篇4

關鍵詞：W5500；以太網；Socket；C++；服務器；客戶端

引言

隨著自動化控制技術的飛速發展，基于以太網的工業控制總線得到了廣泛的使用，給工業生產帶來了極大的效益，然而主流的現場控制總線成本較高，對維護和使用人員的技術有著較高的要求，這使得一些中小工廠無力享受技術進步帶來的紅利，于是基于嵌入式系統的集成以太網芯片W5500應運而生。相關技術行業的發展，讓基于以太網的運動控制系統變得多元化，有廣泛的應用前景和潛在的經濟價值，在此基礎上研究使用便捷，適應性強，信號傳輸穩定，低成本的嵌入式以太網接口是非常有意義的。

基于嵌入式的以太網接口以往都采用軟協議棧，因此會占用大量的CPU資源，導致傳輸延遲較高，可連接客戶端較少且容易掉線，在這種情況下就需要一種基于硬件協議棧的以太網通信接口來滿足控制信號的穩定高速傳輸。W5500是一款采用全硬件TCP/IP協議棧的嵌入式以太網控制器，它能使嵌入式系統通過SPI（串行外設接口）接口輕松地連接到網絡，通過使用W5500，用戶只需通過使用一個簡單的socket程序就能實現以太網的應用，而不再需要處理一個復雜的以太網控制器了。

1 系統硬件平臺

主控芯片采用意法半導體公司的基于ARM-CortexM3內核的STM32F103VCT6處理器作為系統核心，器件有SPI2332，W5500配上一塊帶電容觸摸輸入的TFT液晶彩屏。

2 以太網客戶機端的搭建

2.1 以太網硬件接口的設計

本控制器通信接口采用W5500方案，將硬件TCP/IP協議棧，MAC層以及PHY層集成到一塊芯片里，大大簡化了硬件設計，通過SPI通信協議與MCU通信，且對CPU性能要求不高，節省了嵌入式處理器的I/O資源（圖1）。

2.2 通信部分軟件設計

由于TCP/IP協議棧已經在W5500中實現，MCU只需要配置和讀取寄存器的數據即可，程序框圖如圖2所示。

3 基于socket編程的服務器端功能的實現

服務器是基于Vc++6.0平臺開發的，采用的是MFC和Socket套接字編程，Socket的版本為2.0.所采用的通信協議是TCP/IP協議。為了適用于多客戶端的連接要求，服務器采取多線程的編程方案，即可以同時響應多客戶鏈接請求事件和數據讀取事件[1]。接下來介紹的是服務器的工作流程：

3.1 響應連接請求

啟動服務器，首先進行初始化，設置監聽端口（監聽的端口號為6000）及綁定計算機，無誤后開啟一個線程等待客戶端連接。當一個客戶端連接成功后，服務器立即開啟一個新線程等待下一個客戶端連接，當客戶端斷開連接后，相應的線程也會隨之結束。這樣服務器便可以響應多客戶端連接了。

3.2 數據區分與轉發

不僅僅是PC端要向服務器上傳數據，客戶機也要向服務器上傳設備運行數據，如何來區分和存儲這些數據顯然是一個頭號問題。這里采用的方法是給數據一個“身份證號”ID，每一個設備發的數據具有唯一的ID，這樣這些數據到任何一臺設備上都能被識別。具體做法在后文中說明。服務器在收到數據后用left（）函數取出前兩位進行“身份識別”，然后將其存入相對應的數組中，這樣便完成了數據的區分存儲。數據轉發是服務器最重要的功能，服務器收到PC端發來的數據后向下位機轉發，服務器收到下位機傳上來的收據后下PC端轉發。

以上功能的實現還需要用到以下幾個函數：

Listen（）：監聽端口；

Accept（）：用于響應連接請求；

Send（）：用于發送數據；

Receive（）：用于接收數據[2]。

還有一些用作數據存儲的數組，如csdata[]，csRundata[].

3.3 服務器工作流程圖（圖3）

4 基于socket編程的PC端的實現

（1）PC端是服務器的控制終端，開發平臺和技術支持和上面服務器一樣，這里不再介紹。PC端的功能是通過連接服務器向下位機傳輸控制數據。

（2）PC端操作界面（圖4）：

操作界面一共五個區域。其中三個操作區，操作區一和二都是指令和數據輸入區，一共10組。每組的指令都相同，一共有六個，分別是：位移，時間，速度，輸入，輸出，掃描和跳轉；每個指令對應唯一的ID，見表1，默認為空。每個數據為四位，和前面的指令ID組成一個數據塊，指令ID在前，數據在后。在發送時，每個數據塊依順序連在一起組成數據鏈。數據塊的個數放在數據鏈的開頭，再加上能夠被其它設備識別的幀頭和幀尾，形成一個數據包。格式如下：

Ni+A5+number+數據塊1+數據塊2+……+數據塊N+5A

Ni：下位機代號（i=1，2，3…）；

A5： 幀頭；

Number： 數據塊個數；

數據塊：指令+數據；

5A： 幀尾。

操作區三是控制區，執行連接服務器和相關操作。還有兩個區是顯示區，其中左顯示區顯示軟件的運行狀況，右顯示區顯示服務器返回的客戶機設備運行數據。

操作界面上的“連接”和“上傳”兩個按鈕分別執行連接服務器和向服務器上傳數據的功能。

（3）PC端工作流程圖（圖5）

5 云端服務器實現

云服務器采用阿里云方案，采用Windows Server操作系統。具體搭建過程：

5.1 租用合適的服務器

進入阿里云首頁，選擇彈性計算中的云服務器ECS，點擊立即購買后選擇服務器配置，由于本控制器不需要做大規模的運算，所以選擇最為廉價的簡約型t1，將服務器地址選為最為便宜的青島地區，由于簡約型t1服務器僅有1核志強E5 CPU和1GB內存，所以在操作系統選項中選擇32位的Windows Server 2008標準版SP2 32位中文版，購買后系統會自動安裝。

5.2 配置服務器系統

服務器系統安裝完成后，在實例詳情中點擊連接管理終端，輸入密碼后可以對云端服務器進行操作。首先，為了今后操作方便，在個性化中把計算機，用戶文件等常用快捷方式添加到桌面，接著，為了程序不因內存過小而運行不了，在計算快捷方式上右鍵，點擊高級系統設置，選擇性能-高級-虛擬內存，將C盤作為托管的系統，然后，為了方便將調試程序傳輸到服務器系統，在服務器系統中下載安裝百度云，至此，服務器系統部分基本搭建完成。

6 服務器與客戶機通信協議的制定和實現

根據事先約定：

（1）客戶機上傳的數據以Di開頭，Di結尾（i是客戶機號，如1、2、3）；（2）PC端上傳的數據格式：Ni+A5+數據個數+數據塊+5A。（i是客戶機號，如1、2、3）。

7 結束語

采用W5500作為以太網接口的運動控制器與云端服務器連接穩定，數據傳送延遲低，PC端客戶機數據傳輸順利，可以及時觀測到運動控制器的工作情況。

參考文獻

[1]汪曉平，鐘軍，等.Visual C++網絡通信協議分析與應用實現[M]. 北京：人民郵電出版社，2003，2.

[2]梁偉.Visual C++網絡編程經典案例詳解[M].北京：清華大學出版社，2010，6.

作者簡介：賀順，性別：男，年齡：21，籍貫：浙江省紹興市，職稱：學生，學歷：在讀本科，南京工程學院，研究方向：自動化。

篇5

ス丶詞:移動機器人編隊；隊形參數化；運動控制；虛結構

ブ型擠擲嗪: TP242.6 文獻標志碼:A

Abstract: This paper studied how to achieve the diversity, stability and continuity of formation change for mobile robots，and solved the problem of obstacle and collision avoidance for the robot formation to reach the destination. The basic formation was analyzed and the idea of formation parameterization was presented. Parametric mathematical model was established for the virtual structure of basic formation. Formation alternated between basic formation and derivative formation by adjusting the parameters. Robot motion can be controlled by using behavior fusion method, follow pilot method, artificial potential field method and virtual structure method. The simulation and experimental results show that this strategy not only retains the advantage of stability and rapid formation of virtual structure method but also improves flexibility.

Key words: mobile robot formation; formation parametrization; motion control;virtual structure

移動機器人編隊是一個具有典型性和通用性的多機器人協調問題，是多機器人協調問題的基礎。所謂編隊控制是指多個機器人在到達目的地的過程中，保持某種隊形，同時又要適應環境約束(例如存在障礙物或者空間的物理限制)的控制技術。通過研究開發及實用化，該技術在工農業生產、柔性制造、無人探險(海洋、太空、核環境)，特別是在國防工業中的巨大應用前景逐步表現出來。目前實現編隊主要方法有產生式方法、行為融合方法、跟隨領航者法、虛結構法等［1-3］，這些方法都有著不同的優、缺點。產生式方法的優點是反應速度很快，缺點是規則不容易制定。行為融合方法的優點是每個機器人都可以兼顧到各種行為，完成各種行為的功能，同時控制意義明確利于實時控制；缺點是各子行為的融合具有不可知性，且融合的方法不容易確定,隊形難以確定。跟隨領航者法優點是僅僅給定領航者的行為或軌跡就可以控制整個機器人群體的行為，缺點是保持隊形困難。虛結構法的優點是容易制定隊列的策略并且在穩定性上有保證，缺點是隊形缺乏靈活性［4-5］。本文提出了一種融合了行為融合方法、跟隨領航者法、虛結構法主要思想，并結合人工勢場法的多機器人編隊控制方法，能較好地克服上述方法存在的不足。

1 主要思想

在軍事上，美軍機械化突擊分隊在戰場上有四種標準隊形，分別為一字形隊形、單列縱隊形、菱形隊形和楔形隊形［6］，如圖1所示。這四種隊形也被稱為移動機器人編隊的基本隊形，移動機器人編隊在工作過程中，常常需要根據執行的任務、環境等因素的變化而改變隊形［7］，許多的隊形由這幾種基本隊形變形而來［8］。

通過對基本隊形的分析，我們發現每個基本隊形都可以用函數進行表示，而修改基本隊形的函數的參數，可以使其變換到另一種基本隊形或其衍生的隊形。基于這一特點，結合虛結構法建立基本隊形的虛結構，將基本隊形進行函數化，建立參數化的基本隊形的虛結構數學模型，通過調整參數使隊形在四個基本隊形及其衍生的隊形間進行連續的變換。然后，建立每個機器人與隊形頂點一一對應的關系，并設定一個領航機器人，領航機器人引領整個編隊奔向最終目標點，其他機器人按照隨領航者法奔向其對應的頂點。機器人在運行的過程中，利用行為融合方法、人工勢場法和隊形變換法進行避障、避碰。這樣使對機器人編隊的控制轉換為對參數的調整，既提高了隊形穩定性、多樣性，實現避障、避碰、到達終點的功能，又克服了靈活性差的不足。

2 機器人編隊數學模型及運動控制

機器人編隊數學模型是機器人編隊幾何圖形中各頂點位置關系的抽象，通過機器人編隊的數學模型可以計算出隊形中各頂點的位置；利用人工勢場法等方法建立機器人的運動控制模型，實現對機器人編隊的運動控制。

2.1 機器人編隊數學模型

通過對基本隊形的分析，我們將基本隊形表示在同心圓上，R0為領航機器人，其坐標為(x0,y0)，Ri為第i個機器人，其坐標為(xi,yi)，如圖2所示。依據圖中所示的關系，建立各隊形的數學模型。

1)一字形隊形、單列縱隊形。

一字形隊形、單列縱隊形用同一個數學模型來表示，定義如式(1)所示:

xi=x0+(-1)i×(i+1)/2×γ×cos α

yi=y0+(-1)i×(i+1)/2×γ×sin α (1)

其中：α為隊形的傾角，改變α的值隊形的方向隨之變化，當│=0時為一字形隊形，α=90時為列縱隊隊形；γ為機器人間的距離，如圖2(a)所示。

2)楔形隊形。

楔形隊形的數學模型如式(2)所示:

xi=x0+(i+1)/2×γ×cos [β+(-1)i×α]yi=y0+(-1)i×(i+1)/2×γ×sin [β+(-1)i×α] (2)

其中：α為隊形的方向角，β為隊形的夾角，γ為機器人間的距離，如圖2(b)所示。

3)菱形。

菱形隊形的數學模型如式(3)所示：

xi=x0-γ+γ×cos (i×360/n+β)yi=y0+γ×sin (i×360/n+β) (3)

其中：β為隊形的夾角，γ為菱形內切圓的半徑，n為編隊機器人的數量，如圖2(c)所示。

對以上四個基本隊形的數學模型進行綜合，建立如下的基本隊形通用數學模型：

xi=x0-M×γ+(-1)(G×i+Q)×K×(i+12)P×

γ×cos(β+H×α)

yi=y0-(-1)i×K×(i+12)P×γ×sin (β+H×α) (4)

式(4)中，M、G、Q、K、P、H為隊形的調速參數，其他參數意義同上。通過對這些參數的修改不但可以實現四種基本隊形間的變換，而且對每一種基本隊進行變形，實現了隊形的連續變化。オ

2.2 機器人編隊運動控制

虛結構法在隊形保持方面具有良好的控制能力，但不能解決編隊在避障和防撞的問題；跟隨領航者法能較好解決編隊奔向目標上的問題；行為融合方法解決了機器人編隊在復雜環境中的避障和防撞問題。本文將機器人編隊的運動過程看做是以上三種控制方法共同作用的結果，每一種控制方法對編隊的影響力通過人工勢場來實現。因此，通過建立每一種方法對編隊中的機器人的人工勢場，從而融合行為融合方法、跟隨領航者法、虛結構法對機器人編隊的控制能力，使這三種方法揚長避短。具體的實現過程是：首先指定一個機器人作為編隊的領航者(Leader)，建立目標點對領航者的人工勢場；然后以領航者用作為隊形的參照點，利用編隊的數學模型計算出隊形的所有頂點作為虛結構法隊形控制點，建立每個機器人與頂點一一對應的關系，建立頂點對除領航者外所有其他機器人的人工勢場；再建立機器人之間的人工勢場及障礙物對機器人的人工勢場，最后根據行為融合的思想將機器人的運動分解為目標跟隨運動、避障運動、機器人間的防撞運動，每一種運動都是受相關的勢場力的作用的結果，如圖3所示，合力的方向和強度決定了機器人最終運動的方向和速度。

1)目標跟隨運動。

對于領航者而者，跟隨運動的目標是整個編隊的目標，對于其他機器人而言，跟隨運動的目標是該機器人所對應的隊形頂點。目標對相關的機器人產引力勢場，從而對該機器人產生引力，引力場函數如式(5)所示：

U┆att(q)=εKρ(q,q┆goal)(5)

其中:Е攀且桓穌的引力比例因子，K目標點吸引力強度，ρ(q,q┆goal)是機器人q和目標q┆goal之間的距離。相應的斥力函數可表示如下：オ

F┆att(q)=-ΔU┆att(q)=εK(6)

2)避障運動。

避障運動是由于障礙物對機器人所產生產斥力引起，避障運動的方向和速度取決于障礙物對機器人的斥力強度和方向，斥力如下式所示。

F┆obs(q)=η1ρ(q,q┆obs)-1ρ0Δρ(q,q┆obs)ρ2(q,q┆obs),

ρ(q,q┆obs)≤ρ0

0, ρ(q,q┆obs)>ρ0 (7)

其中:η是一個正的斥力比例因子;ρ(q,qobs)為機器人到障礙物的距離;ρ0為障礙物的影響距離，超出了這個距離，障礙物對機器人就沒有斥力的作用。オ

3)機器人間的防撞運動。

為了防止機器人相互碰撞，設計了機器人間人工斥力勢場，每個機器人對其他機器人所產生的勢力的數學模型與障礙物斥力模型相同，如式(7)所示，每個機器人的所受的斥力為其他機器人對該機器的所施加的斥力合力，如式(8)所示。

F┆rob=∑NiF┆robi(8)

機器人總受力為目標點的吸引力、所有障礙對其產生的斥力及所有機器人對其產生的斥力的合力，即：

F┆total=F┆att+∑NiF┆ropi+∑MiF┆repi(9)

機器人的運動方向為合力的方向，機器人的運動速度與其所受有合力成正比，即：

V=λ×F┆total(10)

其中λ為合力、速度比例因子。オ

3 仿真實驗及結果分析

本研究的仿真程序設計采用Visual C# 2005進行開發，仿真顯示在計算機的繪圖空間內進行；機器人設計為智能體(Agent)，機器人能感知自己的位置信息，并通過通信獲知其他機器人的位置信息。障礙物為4個圓形的二維障礙物，其位置和大小在一定的范圍內隨機生成,分別進行了隊形變換的仿真實驗和避障、避碰仿真實驗。

1)隊形變換仿真。

隊形變換仿真測試了機器人編隊四種隊形變換的過程，隊形的數學模型為式(4)，Фㄒt為仿真過程的時間。t=0時刻，隨機產生5個機器人，仿真參數設為M=0，G=1，Q=0，K=1，P=0，H=1，β=0，α=90，γ=70,在t=39時刻，Щ器人列排成單列縱隊，如圖4(a)所示；гt=40時刻隊形的傾角α設為45°，其他參數不變，編隊經過41個單位時間，在t=81時刻，編隊變換成45°的斜隊形，如圖4(b)所示。г詎t=82時刻隊形參數設為：M=1，G=1，Q=0，K=2，P=1，H=(-1)i，β=0，α=90，γ=70，在t=141時刻，編隊變換成楔形隊形，如圖4(c)所示；гt=142時刻隊形參數設為：M=1，G=1，Q=0，K=1，P=0，H=360/n，β=0，γ=70，在t=267時刻，П嘍穎浠懷閃廡味有危如圖4(d)所示。從仿真的過程中，可以看出機器人編隊能隨著參數的改變迅速改變隊形，隊形準確且穩定性好；在隊形的變換過程中，機器人能避免互相碰撞。

2)避障、避碰仿真對比。

在避障、避碰仿真對比過程中，分別進行行為融合方法和本文策略控制的機器人編隊通過障礙物的仿真；障礙物為4個圓形的障礙物，其位置和大小在一定的范圍內隨機生成。圖5(a)所示為采用行為融合方法控制的機器人編隊通過障礙物的仿真結果；圖5(b)所示為采用本研究策略控制的機器人編隊通過障礙物的仿真結果。從圖5(a)、圖5(b)看出兩種方法在通過障礙物時都能順利避開障礙物，機器人間沒有發生碰撞；同時還可以看出采用本研究策略的圖5(b)比圖5(a)在運行過程中在避障、避碰的前提下保持隊形更好，在通過障礙物區后，在更短的時間內完成了隊形的重整。

以上的兩組仿真實驗結果表明：采用本策略可以使機器人編隊在運行過程中通過調整隊形數學模型參數的方式實現隊形的變換；同時具有避障、避碰的作用和隊形穩定、歸建迅速的優點。

4 結語

機器人編隊和運動控制是一項復雜的工程，將目前成功應用于機器人編隊和運動控制的策略綜合起來揚長避短不失為一種很好的思路。本文通過建立隊形的數學模型將隊形進行參數化，實現了隊形變換的連貫性；利用虛結構法對隊形進行約束，從而使隊形的穩定；在機器人運動過程中利用人工勢場法、行為融合、領航者法實現機器人的避障、避碰。仿真結果表明該策略既能彌補單一算法的不足又能保留其優點，達到了預期的目標，為相關的研究提供了很好的借鑒。

げ慰嘉南:

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篇6

關鍵詞：電氣；控制技術；自動化；運用實踐

如今科學技術發展速度不斷加快，我國工業也隨之發展起來。當前，電氣自動化控制技術已經被廣泛的應用在工業領域當中，該技術的應用，是我國工業成為現代化的一種重要標志。電氣自動化不僅能夠節省企業成本的投入，同時在提升操作精準性方面有著積極的意義。對于工業企業而言，應用電氣自動化技術，可以提升企業的生產效率，同時也能夠提升企業產品的質量，因此不斷研究電氣自動化控制技術，能夠推動社會的發展，必須高度重視電氣自動化技術的發展。

一、電氣自動化控制技術發展現狀分析

隨著信息時代的快速發展，信息技術的運用使得各個企業發展速度不斷加快。如今，信息技術已經滲透到電氣自動化控制技術當中，實現了電氣自動化系統信息化目標。在該過程中，信息技術滲透到管理層當中，這使得業務處理與信息處理效率不斷提升。為此，確保電氣自動化控制技術實現全方位監控目標，為生產信息真實性提供有效保障已經成為相關企業的重要任務。另外，受到該種滲透作用的影響，設備與有效控制系統得到了高度重視，通信能力不斷加強，多媒體技術得到了更好的推廣。

二、電氣自動化控制技術存在的特點以及相關設計理念闡述

（一）電氣自動化控制技術存在的特點

電氣自動化控制技術與以往的其他技術方法之間存在著極大的差異，其特點主要表現在以下幾個方面，即：

第一，電氣自動化控制技術實際控制比較少，信息量較少，但是電氣自動化控制技術具有準確性與快速性的特點；第二，電氣自動化控制技術的信號傳遞速度較快，同時反應速度也較快，完成所有信息傳遞所耗費的時間比較短，同時能夠實現兼容遠程操控目標；第三，電氣自動化控制技術的控制時間不長，但是擁有較高的控制效率；第四個特點也是最為重要的特點，即數據的采集和遠程控制操作。

（二）電氣自動化控制技術設計理念

電氣自動化控制技術在設計過程中，主要實行三種設計方案，這三種方案能夠實現遠程監測、集中監測以及針對總線的監測，在設計中設計理念主要體現在以下幾個方面：

首先電氣自動化控制技術在實施集中監測過程中，一個處理器能夠完成處理整個控制操作，加之其所應用的方式簡單靈活，這便為運行維護等提供了極大的便利。

其次電氣自動化控制技g在遠程監測過程中，能夠更加穩定的采集與傳輸信號，并且能夠將現場的情況及時的反饋給相應的工作人員，工作人員便能夠根據具體的情況對控制信號進行修正。

最后電氣自動化控制技術在監測總線過程中，實現了集中控制功能，該功能的實現，使得高效監控的目標得以實現。

立足于電氣自動化控制技術整體框架，電氣自動化控制技術系統設計理念體現在很多方面，同時也取得了一定的設計成效。為此，在電氣自動化控制技術設計過程中，需要依據實際情況選擇最為合理科學的設計方案，從而為電氣自動化控制技術作用的發揮提供有力的保障。

三、電氣自動化控制技術的運用實踐與未來發展趨勢以及發展意義

（一）電氣自動化控制技術的運用實踐

當前電氣自動化控制技術已經被應用在工業領域以及建筑領域當中，在信息技術以及PC客戶機的幫助之下，電氣自動化控制技術已經得到了一定的創新。受到市場需求的影響，電氣自動化控制技術中的自動化與信息技術結合更加緊密，與此同時，電子商務的不斷推動，電氣自動化控制技術的發展速度不斷提升。

（二）電氣自動化控制技術未來發展趨勢

虛擬現實技術與視頻處理技術的應用已經成為未來的重要發展趨勢，該種發展趨勢對自動化產品設計以及更新等有著極為重要的意義。自動化設計過程中，需要對新型技術的運用給予高度重視，確保能夠全面監控。另外，虛擬技術與視頻處理，與之相對應的配套組件等需要不斷強化，從而確保其周邊配套設施能夠更好的發展，能夠向集成化發展方向邁進，實現未來電氣自動化控制技術發展目標。現階段，伴隨企業現代化措施的不斷實施，電氣自動化控制系統已經不斷加強，在管理方面信息技術不斷發展，這為企業自動化控制系統能夠更加符合企業發展要求提供了有力的保障，使其能夠更加適應經濟的發展，確保生產中設備能夠實現安全管理的目標，最終促進企業現代化進程。

（三）電氣自動化控制技術發展意義

當前電氣自動化控制技術發展前景十分廣闊，對于企業發展而言，電氣自動化控制技術已經成為其生產的重要部分。與此同時，電氣自動化控制技術也是現代電氣自動化企業科學的核心技術，為此電氣自動化控制技術也是企業現代化發展中的重要物質基石，是企業發展現代化的重要標志。許多工廠以及企業在產品生產中，由于受到環境的影響，很多操作無法通過人工完成，為此只有通過機器替代其人工操作，這在一定程度上不僅節約了生產時間，同時也在一定程度上節省了成本投入，工業生產效率不斷提升。為此，電氣自動化控制技術的應用，在推動我國社會經濟發展方面有著積極的意義。

四、總結

伴隨科技的不斷發展，電氣自動化控制技術已經被廣泛的應用，例如在建筑領域、在工業領域內，電氣自動化控制技術都發揮著不可替代的作用。電氣自動化控制技術之所以被廣泛應用，其原因在于，該技術自身存在著一定的優點，例如控制時間短，但是工作效率高等。為此我們可以認為，電氣自動化控制技術是人類現代文明社會發展到一定階段的必然產物，它的存在必將不斷的推動各個行業快速發展。所以加大對電氣自動化控制技術的研究力度極為必要，我國相關企業必須給予高度重視。

篇7

關鍵詞：自動化控制；化工企業；智能化

引言

隨著科學技術的發展和計算機技術的成熟，使自動化控制系統越來越趨向自動化、智能化。因此，它被廣泛應用于企業生產中，以實現生產的連續性，提高生產的自動化水平，減少企業人力、財力和物力的投入，降低生產的成本，提高企業的經濟效益。因化工生產的工藝復雜、危險性高，所以應強化自動化控制在化工企業中的運用。

1化工自動化控制技術的概述

將過程自動化控制技術運用于化工企業中，它控制的主要對象是化工生產過程，通過運用相應的控制方案及控制技術，自動、連續地完成原料加工、產品生產、成品包裝及出廠。此外，自動化控制技術還能控制生產過程中的各種條件，如生產所需的溫度、壓力、流量和液位等[1]。要實現化工企業生產的全方位自動化控制，必須具備先進的自動化設備及整套的控制系統，需建立科學的控制平臺及制定合理的實施方案，相關技術人員也必須具備專業的技術能力和優秀的個人素養，進行科學地管理，規范操作流程。

2過程自動化控制在化工企業中運用的重要性

化工行業是一個高危行業，生產過程中會涉及使用和生產各種有毒有害、易燃易爆和腐蝕性強的化學物質。因此，在生產過程中若存在操作失誤或受到客觀因素的影響，都可能引發安全事故，不僅會影響到生產的順利進行，還會危機員工的生命安全和影響企業的發展。化工生產過程中對生產條件要求苛刻，對工藝控制的指標要求嚴格，僅依靠人為地控制很難避免偏差出現。因自動化控制技術能準確地控制生產條件，規范操作流程，所以將自動化控制技術應用于化工企業生產中，可以提高企業生產的安全性。此外，自動化控制技術能促使生產自動、連續地完成，極大地節約了人力資源、降低了生產成本、提高了生產效率和企業的經濟效益。

3過程自動化控制在化工企業生產中的運用分析

在現代化工企業生產中，需要準確地控制工藝生產的各項指標，才能保證生產的安全和產品的質量。目前，在化工企業生產中，使用得較普遍的自動控制系統主要有三種：DCS（分散控制系統）、PLC（可編程控制系統）及FCS（現場控制系統）。

3.1DCS在化工企業中的運用

DCS是一個多級計算機系統。它不僅涉及到過程控制級方面，還涉及監控級方面，二者以通信網絡作為紐帶，容納了通訊、顯示、計算機及控制多個方面。DCS最為核心的部分是微處理機，構建的主要方式是組合組裝式，控制技術主要是集中操作、監視、管理和分散控制企業生產過程。如今，DCS已越來越完善，功能越來越齊全、可靠性不斷提高和提升了企業管理效率。該系統解決了傳統儀表控制系統在過程控制中存在的缺陷，因此DCS在企業生產過程中得到了越來越廣泛的應用，且應用水平在不斷提高。DCS最初被應用于石油化工領域，20世紀80年代被應用于控制煉油化工的生產過程。目前，DCS已經廣泛應用于石油化工企業的乙烯裝置及煉油生產中，如催化裂化、常減壓和加氫裂化等工藝環節。相關統計數據表明，國內石化、石油及化工系統中DCS的應用總計超過3000套，其中在石化行業的應用近50%[2]。此外，DCS還被廣泛應用于大型化肥廠和乙烯廠的生產過程控制，現已有65.4%的中型化肥廠開始引進該技術。由于DCS大量的市場需求，國內的DCS制造公司得到了發展壯大，致使DCS的價格逐漸降低，降低近50%，因此中小型的化工企業也開始在生產控制中引進該技術。DCS在化工生產過程中的應用，具有重大意義。例如，我國研制的新型DCS系統，安裝了與我國石化企業生產過程相符的軟件，提高了DCS的功能和裝置的準確性。

3.2PLC在化工企業中的運用

PLC的關鍵技術在于建立了可編制用戶程序的存儲器，便于內部程序儲存。它主要負責用戶指令的執行，如邏輯運算、順序控制和定時等，通過模擬式輸入、輸出或利用數字有效地控制生產的流程及機械的運作[3]。實際上，PLC是小型計算機的縮影，它有效地控制了生產的各個環節，保證了每一道工序順利完成，極大地提高了生產效率，同時還減少了維修次數，降低了生產成本。如今，PLC已發展得十分成熟，在一些規模較大的化工企業自動化控制生產中扮演著重要的角色。此外，一些化工設備的生產廠商將PLC與DCS相結合，進一步提高了自動化控制技術水平，為有效控制大型化工設備提供了技術保障。

3.3FCS在化工企業中的運用

FCS作為一種新型的控制系統，是在DCS和PLC兩種系統的基礎上形成，有效地繼承了它們的成熟技術。FCS的特點主要表現在系統中引入了科學合理的總線標準，使生產的設備實現了智能化、網絡化及數據化。如今，FCS已成為自動化控制技術發展的主要方向，深受業界人士的重視，是工業控制領域的一大突破。盡管FCS獲得了一定發展，但該系統仍有待完善，例如，需建立一個統一的標準[4]。此外，該系統的調試及后期的維護仍存在著較大的難度，限制了該系統在化工生產中的發展。相對于DCS而言，FCS應用的領域較窄。

4過程自動化控制在化工企業中的發展趨勢

過程自動化控制系統應用在化工企業中，促使了生產過程和企業管理的自動化。自動化控制技術應用于化工生產中，需滿足兩方面的要求：一是自動化控制的硬件必須具備較高的標準，不能因為更換其中的一個過程控制設備而影響整個生產運營；二是對數據信息集成的要求。隨著化工行業的蓬勃發展，它必然朝著大型化、集約化和控制化的方向發展。因此，DCS、PLC及FCS會更廣泛地應用在化工生產中，也會進一步推動這三種控制技術的完善，并促進它們彼此間的結合及兼容，從而實現控制與管理的一體化。例如，新型的DCS中，將現場總線的互操作性和開放性的原理融入其中，并連接通信接口，互聯PLC設備，利用Internet與高速數據公路將多臺PLC連接起來，構建相應的順序控制，通過聯合第三方管理軟件平臺，實現自動化的生產過程管理，提升DCS控制的速度、功能、準確性及分散作用[5]。如今，將兩種控制系統有機融合已經成為自動化控制發展的一大趨勢。而隨著科技的不斷發展，引入各自動控制技術的成本也在不斷降低，全開放式的現場總線控制系統將有望成為化工企業生產中的主要控制技術。

5結語

隨著我國經濟的不斷發展，科技的不斷進步，自動化控制技術廣泛應用在各大行業，特別是在化工企業生產中的應用有著重大的意義。本文主要探討了DCS、PLC和FCS在化工生產中的具體應用，分析了三種自動控制系統在生產中的作用及特點，期望自動化控制技術在實踐中不斷地發展進步，更好地服務于化工企業的生產管理，進而促進化工企業的發展。

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篇8

近年來，微型計算機和數字控制技術的發展，將作為數控系統執行部件的步進電機迅速推廣到眾多領域。目前，步進電機應用領域仍在繼續擴大，由于其優越特性，將在很多領域取代其他電機的使用。步進電機國內外市場空間十分廣闊。

鳴志電器（603728.SH）是國內混合式步進電機領域領先的高新技術企業，公司在步進電機領域掌握了核心研發技術、驅動技術和尖端制造技術，步進電機被國內外客戶廣泛采用，應用于高端信息化技術領域。公司擁有國內外專利技術86項，軟件著作權76項。

改變HB步進電機競爭格局

鳴志電器的核心業務專注于信息化技術應用領域的控制執行元器件及其集成產品的研發和經營，并在自動化和智能化領域中有所拓展。公司正在推進專業化全球跨境電商平臺打造計劃。

鳴志電器的混合式步進電機、步進電機驅動器、集成式智能步進伺服控制技術在全球處于前列水平。公司打造精密的控制電機及其驅動系統，努力成為世界級的運動控制產品研發與制造企業。公司在全球HB步進電機市場占有較高的行業地位，約占全球市場份額的8%以上，是近十年之內唯一改變HB步進電機全球競爭格局的新興企業，打破了日本企業對該行業的壟斷。

鳴志電器50%以上的步進電機產品對外出口，為步進電機的全球供應商。2016年公司HB步進電機產量1004 萬臺，PM步進電機產量322萬臺。公司客戶涵蓋了施樂、NCR、富士通、Thermo Fisher、美國大陸電子、華為、理光、愛立信、NIXDORF、日本 JUKI、SCHNEIDER、 西門子醫療、松下等國韌庵名企業。

鳴志電器LED控制與驅動產品應用從戶外功能性照明、景觀照明和智能樓宇照明，涵蓋到汽車車燈、醫療照明、工廠自動化領域CCD精準照明等特殊應用，產品銷往日本、美國及歐洲、東南亞等市場。公司的客戶主要是國內外知名的智能系統廠商、LED應用廠商和全球著名的電子元器件銷售商，包括斯坦雷、艾睿、Acuity Brands、Schreder、Secom、Iguzzinni、歐普、山西光宇、浩洋電子等。

2014-2016年，公司營業收入分別為112219萬元、117305萬元、147455萬元，凈利潤分別為9334萬元、9807萬元、15688萬元，實現了持續穩健增長。

三個領域技術處于國際前列

鳴志電器是全球運動控制領域先進制造商，以其優秀的產品品質和完善的客戶服務在全球市場上贏得了良好的聲譽，與國內外著名企業之間建立了良好的長期合作關系。經過十幾年的發展，公司現擁有1800余家全球客戶，公司控制電機及其驅動系統的市場占有率將保持穩定并持續擴大。

鳴志電器在混合式步進電機、步進電機驅動器及集成式智能步進伺服系統三個領域具備國際居于前列的技術和產品，全球只有極少數大型專業電機企業能夠同時做到。公司近幾年在全球HB步進電機市場一直占有較高的行業地位，2011-2015年，一直占據全球市場份額的8%以上。

公司控制電機類產品產量受制于現有產能，目前公司正著力技術改造，全方位提高自動化生產水平，隨著產能與產量的提高，未來公司全球市場占有率還將進一步提高。在工廠自動化、通信、醫療、3D打印等細分應用市場領域，公司步進電機及其驅動系統擁有較大的市場份額和競爭優勢。

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關鍵詞 電氣自動化；人工智能；技術；應用

中圖分類號TM92 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）108-0069-02

1 電氣自動化控制中人工智能技術的含義

人工智能技術作為一項新型科學技術，對哲學、數學、任職科學、計算機科學、心理學、不定性論以及控制學方面都有所涉及，在自然科學與社會科學中，存在范圍較廣的研究，例如：知識表現、推力、自然語言和處理、只能搜索、及其學習、感知問題、規劃、知識獲取、邏輯程序涉及、模式識別、人工生命、軟計算、不精確及不確定的控制、語言及圖像理解等，在遺傳編程上相當于催化劑，促使工作能夠合理有效的實施。現階段，無論是生產方面，還是生活方面，最為重要的則是效率的提升。當今社會發展中，計算機技術的大范圍應用作為有效保障，被大范圍的普及。通過對人腦機能的模范，使其工作實現自動化操作，不僅將大量的人力資源得到減少，而且還便于生產、傳播及運輸。在電氣自動化控制中，則是通過該原理實施生產等工作，進一步將其工作的效率得到提升，加快經濟的發展。

2 電力自動化控制中人工智能技術的優勢

通常情況下，人工智能控制的不同在討論中會有不同的方法存在。而人工控制技術可將模糊、神經、遺傳算法等看為一種非線性函數近似器。該分類方式能夠使總結理解得到較好的接受，促使統一對控制策略實施開發。

與常規估算方法相比，人工智能控制有以下特點存在：

1）該設計無需對對象的模型進行控制。在大多數場合中，很難對實際控制對象的精確動態方程進行獲取，在控制器設計時，實際對象有較多不確定性因素存在，例如：參數變化等；

2）通過實施有效調整，能夠將其性能得到提升；

3）與古典控制方法相比，該方法更容易進行調節；

4）在缺乏專家指示時，可通過對數據進行響應的方法進行設計；

5）在設計時可通過語言和響應信息進行實現；

6）存在良好的一致性，和驅動器不存在聯系；

7）對于新信息或新數據來說，有良好的適應性存在；

8）能夠將常規無法有效解決的問題進行處理；

9）具有良好的抗干擾能力；

10）控制的實現具有較低成本，特別是在對最小配置進行使用時，對擴展和修改發揮著一定幫助。

也就是說，在對自適應模糊神經控制器進行運用時，在模糊化和反模糊化過程中，規則庫及隸屬函數能夠進行自動實施確定。該過程的實現有許多方法能夠進行，但最終還能通過系統技術對穩定的解進行獲取，并將相對簡單的結構配置進行找出，從而達到最終目的。

3人工智能技術在電氣自動化領域中的應用

3.1對電氣設備的設計原理進行優化

不僅對應用電路、電氣電器以及電磁場等專業知識進行涉及，而且還對傳統產品設計中存在的經驗進行運用，具有極其復雜的過程存在。它是幾何傳統的試驗方式與手工方法相結合進行使用的，因此，要想對最佳設計方案進行獲取，還需進行不斷的探索來實現。其次，隨著計算機技術的逐漸發展，通過運用CAD技術（計算機輔助技術）能夠促使電器產品設計的難度得到較大程度的減少，縮短產品的開發周期。通過引進人工和智能技術，進一步將CAD技術與現階段的時代需求相結合，大大增長了產品的數量及質量。在人工智能技術中，最常運用的優化設計技術則是遺傳算法和專家系統，在該類優化設計技術應用中，遺傳算法作為先進且與產品優化設計相適宜的一項技術被得到使用。因此，在電氣自動化控制中人工智能技術的應用較為廣泛。

3.2在電氣自動化控制中，人工智能對故障進行診斷

從人類社會向工業化階段發展以后，越來越多的復雜及其設備逐漸產生，設備故障診斷作為一項重要的研究課題被廣泛關注。從診斷方法進行分析，現階段，診斷中除了傳統的單一參數和單一故障的技術方法以外，多故障、多參量也被大范圍的應用。隨著科學技術發展的逐漸興起，故障診斷技術及方法也被逐漸完善，從而向智能化階段發展。在故障診斷中，人工智能的發展作為一種智能化的診斷方法，不僅在理論上故障診斷被逐漸應用，而且還在實際操作中被有效使用。同時，人工神經網絡的探索也逐漸朝故障診斷方向發展，逐漸成為故障診斷中的一項研究熱點被逐漸關注。通過結合人工神經網絡和專家系統，將其自身獨特的優勢得以展現。

3.3實現智能控制的目的

3.3.1處理數據的收集

在所有模擬量、開關量以及人工智能控制器中都可對數據進行采集，確保在要求明確的狀況下，人工智能控制器能夠實時自動存貯或處理。

3.3.2界面的顯示

當設備和系統處于運行狀態時，都會真實的在模擬畫面上進行顯示，從而可以對計算量、模擬量、斷路器以及隔離開關的實際狀況進行了解。當出現問題時，畫面上會出現掛牌檢修功能，還能將其對應的歷史趨勢圖進行形成。

3.3.3運行過程中的監視

當設備出現開關量狀態、模擬數值等問題時，智能監視的目的則會逐漸發揮，出現自動報警的現象，還會將事件發生的整個過程進行記錄。

3.3.4人工控制

良好人機界面，操作人員可通過鍵盤或鼠標對斷路器及電動隔離開關進行控制，操作人員會受到系統的操作限制，對值班過程發揮著重要效果。

3.3.5故障錄波

故障錄波的記錄及其詳細，主要包括記錄開關量、波形以及順序等。

3.3.6對不對稱的應用進行分析，并對負序量進行計算

3.3.7對參數的設定及修改進行及時處理，并實施合理保護

3.3.8在人工智能控制中，神經網絡控制、模糊控制以及專家系統控制作為三種主要方法被得到運用

4結論

總之，在特種設備開發制造以及運行控制的自動化系統中，人工智能技術的應用存在較好的發展前景。隨著特種設備發展的逐漸加快，特種設備開發制造以及運行控制系統數據總量也在持續增長，大幅度增加了管理的復雜程度，加大特種設備市場的競爭影響，促使在特種設備開發制造以及運行控制系統中人工智能技術的應用提供條件。因此，在特種設備開發制造中人工智能科學技術應用及科研的加強，進一步將特種設備安全、經濟及穩定效果得以實現。

參考文獻

[1]耿英會.智能化技術在電氣工程自動化控制中的應用[J].科技創新導報，2012（2）.

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關鍵詞：煤礦自動化技術；單片機；控制技術

1 煤礦電氣生產自動化概述

1.1 煤礦科學技術的發展特點

煤礦生產中最原始的開采工作辦法就是以人工作業為主，隨著經濟的高速發展，科學技術的不斷更新換代，煤礦的生產技術取得了很高的成就。從剛開始的人工作業到機械作業，再到如今現代的信息化和自動化，煤礦的電氣自動化生產同樣取得了很大的成就。自動化作業由機械化作業為基礎，極大地促進了現代科技的發展，在煤礦的科學技術發展過程中有著中間樞紐的作用。煤礦開采較發達的國家無論在掘進工作面、采煤工作面還是排水、供電等裝置都在微處理器的基礎上增加了保護和監控系統，大大提高了煤礦生產作業的可靠性和安全性。

1.2 我國煤礦自動化發展的意義

我國煤礦資源豐富，是世界上很重要的產煤大國之一。但是，近些年來頻發的煤礦生產技術比如：瓦斯爆炸、礦井透水、礦井坍塌等眾多問題也給國家民眾的生產做成巨大不良的影響，要想促進煤礦生產的不斷發展，首要條件就是要做好煤礦生產的安全工作，根據不同煤礦生產的條件積極采用新技術，不僅可以提高煤礦生產的采礦效率，還能保障煤礦生產的安全效果。就目前現階段來看，因為各種因素的影響，我們國家煤礦開采新技術還存在著很大的問題所在，只有找出這些問題，并且制定出有針對性的解決方案是辦證煤礦生產作業安全的首要條件。

2 單片機在煤礦電氣自動化發展中的重要意義

單片機介紹：在煤礦企業生產開采過程中，電氣控制技術的主要作用是提高生產運營的自動化程度，隨著電氣控制系統應用的不斷發展，各種電動機動力傳輸裝置的研究也逐漸成為業內的研究熱點。單片機是一種網絡化的自動管理系統，其在煤礦電氣自動化設備中的應用大大提高了我國煤礦生產機械化的水平，促進生產效率及產量的提升。單片機的主要組成部分包括存儲器、電源、通信模塊、漏電閉鎖模塊等，其工作原理是對電氣設備進行實時保護與監控，再通過通信模塊采集電氣設備的運行信息，從而實現對電氣設備的自動化控制。運行過程中，單片機的通信模塊會將電信號轉換為電壓信號，單片機的中央處理器接收到電壓信號后再將其轉換為數字信號，PC終端接收到數字信號后通過顯示器顯示出來，最終實現信號的閉瑣。單片機技術作為煤礦電氣行業的新技術，不僅有著簡單的設備操控和較廣的運行范圍，同時在它運行過程中，更聯合其他的自動化技術、計算機技術以及微電子的技術等，實現了現代化煤礦電氣設備的智能化和自動化。單片機在煤礦電氣化生產的過程中，主要起到監測、監控煤礦生產過程的作用，為煤礦安全生產提供技術保障，并且大大提高了煤礦生產的智能化與自動化程度，促進企業經濟效益的提升。

3 單片機在煤礦電氣化控制技術中的應用

具體而言，單片機在煤礦電氣化控制中的應用包括以下幾個方面。

3.1 漏電保護

使用單片機進行漏電保護，可提高煤礦井下施工的安全系。傳統漏電保護主要采用分立元件，這種利用總饋電開關運行繼電器，再將絕緣電阻下降至整定值的電源切斷的方法失誤極為頻繁，無法保證其保護動作的可靠性。而單片機系統的智能化程度更高，執行檢測迅速，且可以保證更加準確的檢測結果，大大提高系統運行的安全性與可靠性。如果煤礦開采過程中發生漏電事故，單片機系統中的互感器會把參與電流迅速轉換為信號，放大器再將其進行發大后傳送至端口，單片機在檢測電流信號后再將電網頻率輸送至單片機，漏電檢測即可完成。

3.2 井下安全監控系統

傳統的煤礦生產中，井下環境的監測是通過手持直讀式就地檢測裝置來完成的，這種裝置無法準確、有效地監控井下的瓦斯濃度，故為煤礦的安全生產埋下一系列隱患。而在井下監控系統中采用單片機控制系統，可以對監控到測量間隔時間段內的變化進行全程監控，體現出安全性高、反應靈敏的優勢，且可以對安全隱患做出準確預測。由此可見，單片機技術可有效監控井下安全環境，提高煤礦生產的安全性。

3.3 變電所運行記錄

在煤礦生產過程中，變電所是一個重要部門，其運行的安全性與可靠性會對煤礦的安全生產產生決定性作用。但是傳統煤礦生產過程中，多采用人工操作統計煤礦所用電量。由于能源的緊張，電力部門加大了對各工礦企業用電的限制，如有超出部門則要接受電力部門的處罰，因此智能電表在煤礦生產中的應用有著重要的現實意義。具體而言，智能電表的作用包括以下幾個方面：（1）全礦各個用電部門的用電負荷均可通過智能電表計算出來，可以細化到每小時的用電量、每15min的一均負荷、用電是的分時累計等。（2）打印功能。可以利用智能電表將全礦的正點負荷、每小時用電量、各用電部分的正點負荷每小時用電量等相關指標打印出來，此外還可統計日最高負荷、高峰用電量、每日總用電量、每日連續15min平均最大負荷等。（3）超負荷處理。如果全礦在用電高峰期超負荷，則智能電表則會發出連續報警，直至值班人員通知全礦生產調度室對次要部門壓負荷為止，由此可見，智能電表實現了調度室統一指揮全礦用電的管理模式，大大提高了用電效率及效益。

4 結束語

隨著經濟的飛速發展以及科技的進步，計算機日益成熟的技術成果推動了單片機技術的大力發展，對于當前的煤礦產業有著深遠的影響。作為一種新技術，在煤礦自動化設備中的運用可以實現現代煤礦電氣自動化技術設備的智能化和自動化運行。單片機在煤礦電氣自動化設備控制技術中的應用，不僅實現了煤礦產業的自動化，還能對我們國家礦業生產產業的快速發展和生產能力的提升有著積極的作用。

參考文獻

[1]王玉英，王文魁.單片機在煤礦電氣自動化控制技術中的應用研究[J].電腦知識與技術，2011，7（32）：8055-8057.

[2]卜桂鑫.試論單片機在煤礦電氣自動化控制技術中的應用[J].電氣制作，2013（13）：213+206.