运动控制器范文

导语：如何才能写好一篇运动控制器，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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.

关键词： 运动控制；数控编程；高级语言VC

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

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）11-0018-02

0 引言

传统的数控机床的数控编程，对于不同的数控系统可采用不同的G代码可以完成零件图形的编制，通过数控系统的输入到数控机床，进行零件的模拟仿真操作后，可通过机床完成零件的加工。固高科技有限公司生产的GT系列运动控制器，也可实现传统机床中的两种轨迹的多轴协调运动：直线插补、圆弧插补，通过VC语言同样可完成传统零件G代码程序。

1 坐标映射原理

在采用VC语言编程过着中，运动控制器通过坐标映射将控制轴由单轴运动控制模式转换为坐标系运动控制模式。在坐标系运动控制模式下，可以实现单段轨迹运动、多段轨迹连续运动。运动控制器开辟了底层运动数据缓冲区，可以实现多段轨迹快速、稳定的连续运动。运动控制器利用一个四维坐标系（X-Y-Z-A），描述直线、圆弧插补轨迹。其中X-Y-Z三个轴构成图1所示的数控机床所采用的右手笛卡尔坐标系，根据零件图形的特点，可以在二维（X-Y）、三维（X-Y-Z）坐标系描述运动轨迹。利用直线、圆弧命令完成零件轮廓的描述。

其中X、Y、Z和轴号1、2、3相对应，对于A轴和4轴对应，表示表示绕着X轴旋转坐标的选择坐标轴。坐标轴映射函数如下：

void MapAxis() //坐标映射函数

{

short rtn;

double cnt1[5]={1,0,0,0,0}; /* 根据系统设置坐标映射数组 */

double cnt2[5]={0,1,0,0,0}; /* 根据系统设置坐标映射数组 */

double cnt3[5]={0,0,1,0,0}; /* 根据系统设置坐标映射数组 */

double cnt4[5]={0,0,0,1,0}; /*根据系统设置坐标映射数组 */

rtn=GT_MapAxis(1,cnt1); error(rtn); /* 映射第1 轴到X 轴 */

rtn=GT_MapAxis(2,cnt2); error(rtn); /* 映射第2 轴到Y 轴 */

rtn=GT_MapAxis(3,cnt3); error(rtn); /* 映射第3 轴到Z 轴 */

rtn=GT_MapAxis(4,cnt4); error(rtn); /* 映射第4 轴到A 轴 */

}

2 编程实例

2.1 对运动控制器初始化和轴的初始化动作 首先是运动控制器的打开语句（GT_Open();）和运动控制器复位语句（GT_Reset();），以建立主机与运控器之间的通讯定义轴1为模拟量输出，采用T曲线模式，轴2同轴1设。

2.2 完成运动控制器各个坐标轴的初始化，并进行坐标轴的设置 如对1轴进行初始化，程序如下：

GT_Axis(1);//控制轴为轴1

GT_LmtsOff();//关闭当前轴的限位开关

GT_AlarmOff();//关闭当前轴的报警

GT_ClrSts();//清状态（解除原来轴的状态）

GT_CtrlMode(0);//选择当前轴控制模式，0为模拟量输出，即闭环控制，采用伺服交流电机

GT_SetKp(1); //设置PID参数

GT_Update();//参数生效

GT_AxisOn();//轴打开

如果在多轴控制中，对于每个坐标轴都应有相应的设置，在设置过程中要根据各个轴所连接伺服单元和电机的形式修改相应的函数。如采用步进电机可设置GT_CtrlMode(1);其中1代表为脉冲量输出，即开环控制。

轴1运动轨迹进行设置，程序如下：

GT_Axis(1);

GT_PrflT(); //轴1规划为T形曲线运动轨迹

GT_SetVel(2); //速度的单位是 脉冲每200微秒

GT_SetAcc(1); //加速度单位是 脉冲每100微秒平方

GT_SetPos(50000); //位置的单位是 脉冲

GT_Update();

2.3 坐标系轨迹运动实现的参考程序

2.3.1 采用VC语言，进行面板制作及调试 采用VC程序，进行控制面板的制作，并完成零件程序的调试，见图2。

2.3.2 图形编程程序 采用四轴运动开发系统提供的专业的函数，完成图1零件的编程的编制，参考程序如下：

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);

/*设置缓冲区起点定位坐标（0mm,0mm,0mm,0mm），合成速度3m/min,合成加速度

0.9m/min2 */

GT_LnXY(27,0); //图形加工

GT_LnXYZ(27,0,-5);

GT_LnXY(27,17);

GT_ArcXY(18,18,45);//以坐标（18，18）为圆心，以坐标（27，17）为起点，正向45 度圆弧。

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(); //关闭缓冲区

GT_StrtMtn(); //启动缓冲区的命令

}

3 结束语

与传统的数控装置相比，基于VC的运动控制器具有技术更新，功能更加强大，可以实现多种运动轨迹控制，是传统数控装置的换代产品；结构形式模块化，可以方便地相互组合，建立适用于不同场合、不同功能需求的控制系统；操作简单，在PC上经简单编程即可实现运动控制，而不一定需要专门的数控软件。目前，运动控制技术由面向传统的数控加工行业专用运动控制技术而发展为具有开放结构、能结合具体应用要求而快速重组的先进运动控制技术。给用户提供了很大的开发空间，同时在软件开发过程中，各种算法的综合应用给专用数控设备的特殊功能的实现提供了可能。

参考文献：

[1]固高公司.GT2-4002-SV四轴运动控制器用户手册，2008.

篇2

关键词： 数控系统； 软件架构； 数字信号处理器； BIOS

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 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

作为数控系统核心控制部件的运动控制器，市场上有基于单片机、基于ARM为主控处理+FPGA/CPLD作为辅控处理、基于DSP为主控处理+FPGA/CPLD作为辅控处理等多种硬件平台的解决方案。在不同的硬件平台上，软件系统调度方案可以采用μC/OS?Ⅱ，BIOS，RT?Linux，VxWorks等多种实时操作系统内核，因而衍生出各种软件系统的架构方案[1]。采用TI公司TMS320C6713系列DSP芯片为主控芯片+FPGA作为辅控芯片的硬件平台的解决方案，其数据吞吐量和高速浮点运算上具有一般单片机不可比拟的优势。而采用TI公司的DSP芯片和CCS的开发平台，可以使用配套的非开放源代码的BIOS实时内核，在中小型数控系统应用开发上，其更加专业，相比采用ARM硬件平台而使用的开放性源代码的实时操作系统内核，采用DSP硬件平台与BIOS内核的运动控制器稳定性更好，能够节约实时操作系统移植和测试时间，缩短开发周期，因而其是一种合理有效的解决方案[2]。

为了能够在该平台上进行有效的模块化数控功能组件的开发、维护和移植，本文提出了一种标准化的软件分层与接口架构方案。该方案可作为一种设计模式，满足不同用户的基本功能与二次开发需求。

1 系统整体方案

1.1 运动控制器硬件实现平台

本文采用的运动控制器的硬件系统[3]框图如图1所示。其中，TMS320C6713系列DSP具有浮点运算器，能快速高效地完成工件加工轨迹插补计算。其集成外部扩展扩的EDMA和EMIF总线具有数据吞吐量大的特点。该DSP主频为225 MHz，对应的指令周期为4.4 ns，相应的运算速度可达1 800 MIPS/1 350 MFLOPS，适用于中小型数控系统主控制器的需求[4]。

ACTEL公司的A3P400系类FPGA是一种高密度，等效40万门器件，其可配置的I/O可以兼容多种类型的数字电平。另外ACTEL公司提供的Libero集成开发工具，能提供数字PLL、高速FIFO等多种通用型软核模块，能够节约开开发时间与成本，是作为运动控制器外部通信总线接口的一种可靠高效的硬件方案。

图1 运动控制器硬件结构图

1.2 系统软件层次划分

本文软件系统采用三层结构划分[1]，其层次结构如图2所示。

图2 软件架构层次图

（1） 用户应用接口层。可根据具体的用户需求开发各种功能的数控应用模块，并将各功能模块作为组件通过接口嵌入到系统软件中来。本文所开发的基础用户组件块及其功能将在下一节详细描述。

（2） BIOS内核层。采用TI公司的CCS3.3提供的BIOS内核以及其各种内核组件，可有效缩短内核移植和测试时间。CCS3.3提供图形化界面接口，如图3所示。其可对内核各个组件进行配置和应用。它的内核通过编译后将在文件链接时植入程序，生成最后可执行文件。

（3） 硬件驱动层。用于管理运动控制器板卡上与DSP相连的各个硬件设备的驱动，并为内核与用户应用层提供硬件访问接口。板卡硬件包括：FIFO通信缓冲器、CNC脉冲发生器、UART总线控制器、SERCOS总线控制器等。外部模拟数字硬件设备采用FPGA或专用IC实现。

图3 BIOS内核图形化配置界面

2 用户应用软件任务划分

用户应用软件组件模块可分为基础组件和扩展组件[5]。基础组件提供数控系统基本的加工、维护、调试、监控等各种接口控制功能。扩展组件根据特定的用户需求可选择性裁剪安装，一般扩展组件包括软PLC编程接口，SERCOS总线、脉冲、TCP/IP、UART等各种通信协议数据包解析与格式转换等功能。BIOS内核是一款多任务实时内核，可以在系统多个用户基础任务之间进行调度。本文所描述系统基本用户组件任务划分见图4。

图4 运动控制器硬件结构图

2.1 HMI任务

HMI通信数据包帧格式如表1所示。HIM任务处理流程如图5所示。

（1） 通信数据包格式。通信数据包格式固定，但功能信息结构格式不固定[6]。不同的信息，如调试信息、G代码脚本信息的内容等采用不同的信息格式，这样用户在增加新的功能组件时，只要自己编写新的信息格式和编码与解析方式，就能利用原有的通信协议进行开发，使得系统代码能够移植和重新利用。

表1 HMI数据包帧格式

图5 HIM任务处理流程图

（2） 数据包生成器。从已处理完的HMI信息队列中按照不同约定信息格式读取信息，并按照数据包的格式为其添加帧头、物理地址、校验码等，生成一组数据帧，并将该数据帧通过EMIF总线写入FPGA中的UART发送FIFO，待其转换为对应数字电平发送给上位机。

（3） 数据包解析器。通过EMIF总线从在FPGA中实现的UART总线接收FIFO中读取一个数据帧，并按照约定的用户应用的解析方式解析成对应的信息，并将信息加载到HMI接收信息队列，等待数据处理与交换任务启动进行处理。

2.2 用户数据处理与交换任务

用户数据处理与交换任务流程如图6所示。

本系统提供G代码脚本解释器、调试维护命令壳、系统错误诊断器三个基础组件。用户可根据特定需求植入新的组件，并编写对应组件接口信息编码与解析方式。

（1） G代码脚本解释器[7]

数控G代码解释的方案很多。部分厂商采用在上位机解析成配置信息码，并发送给运动控制器的方案。但此方案会增加数据通信量，使得通信时延增加。本系统采用的方案是：上位机以字符串格式将数控G代码脚本信息打包发送给运动控制器，运动控制器对字符串进行重新组合，并通过识别组合码配置数控参数控制块。该方案可以减少通信负担，减小通信延时，但是将增大DSP的运算处理量。因为DSP运算速度明显要块于通信传输速率，所以该方案是一种合理的折中方案。

图6 用户数据处理与交换任务流程图

（2） 调试维护命令壳

该功能用于系统开发阶段和系统维护阶段。系统集成该功能够之后，根据开发人员提供的维护指令手册，在上位机输入维护指令，返回运动控制器相应的关键系统数据结构的运行状态码，能帮助维护人员快速地判断系统运行中的故障，并为数控机床每个加工轴提供电机测试接口。

（3） 系统错误诊断器

负责管理和存储数控系统需要监控运行的重要模块信息，一旦重要模块运行发生故障，则把错误编码保存在系统错误诊断器中，并在任务运行时将错误码发送给上位机。

2.3 运动控制任务

运动控制任务是运动控制器最核心的部分，也是BIOS内核所管理的任务中优先级最高的一个任务。不同厂商的控制器有不同的实现方案。为了能够清晰理解与移植本文所述系统的运动控制程序，图7给出了运动控制的行为与数据流框图。

根据图7所描述的运动控制行为，编写的运动控制任务程序的流程图如图8所示。

图7 运动控制的行为与数据流图

图8 运动控制任务流程图

（1） 加工轨迹计算。加工轨迹计算控制器，综合数控配置参数与实时的反馈数据，通过各种数值计算方法，进行各种数控插补计算，得到最终的加工数据，可以通过脉冲编码格式或者SERCOS通信总线，发送给控制CNC的每个轴的伺服电机驱动器，控制电机的旋转与进给。

（2） 电机驱动管理。实时地管理监控CNC每个轴的电机驱动器。读取驱动器的工作状态，将需要上位机进行实时监控的数控实时运行数据写入CNC接收信息队列，并通过数据交换控制任务，发送到上位机用于监控。当有电机驱动器运行出现异常时，可以及时进行保护停止，并发送运行故障编码。

3 软件方案的验证性测试

在本实验室研发的嵌入式数控系统测试平台如图9所示。其中，HMI板通过JTAG接口与调试主机1相连，运动控制板通过JTAG接口与调试主机2相连。HMI板与运动控制板通过RS 422总线连接，并在采用UART协议进行通信[6，8]。

由于电机运行轨迹与效果无法很好通过图片展示，并且本实验目的主要是验证整个软件系统架构的可行性，并修补程序BUG。因而建议采用硬件模拟运行加Matlab仿真的验证方法。

图9 运动控制测试平台

采用圆弧插补测试的方法，在上位机通过G代码脚本格式导入测试指令脚本，运动控制器读取数据包，解析出测试脚本信息后，进行处理和运算，得出的运算数据保存后，导入Matlab仿真软件，生成运行轨迹图，以便模拟仿真电机的实际运行轨迹。表2为CNC测试脚本的加工轨迹数据。

表2 测试加工轨迹数据

图10为经过系统运行得到的加工轨迹与原始测试数据的轨迹对照。

图中点线：测试脚本数据拟合曲线；实线：DSP计算的加工数据拟合曲线。从方案验证性测试实验得到的模拟数据拟合图像和原始脚本测试数据对比，可以验证该软件架构方案和基础用户组件能在实验室的CNC系统平台上稳定可靠地运行，因而验证了该软件架构方案的可行性。

图10 加工轨迹测试与模拟轨迹

4 结 语

本文基于TI公司的C6713系列DSP+FPGA作为硬件实现方案的运动控制器平台，提出一种可移植性软件架构方案。通过三层软件结构模型的描述和基础性用户组件与接口的任务划分，为用户的功能的二次开发与软件代码的维护提供的一个基础性平台。并通过加工脚本测试验证了方案的可行性与稳定性。

参考文献

[1] 王涛，王太勇，许爱芬，等.嵌入式实时操作系统在数控系统设计中的应用[J].计算机工程，2008，34（4）：250?268.

[2] 孙禾凤.基于DSP/BIOS的运动控制器软件开发[D].南京：南京航空航天大学，2008.

[3] 吴，皮佑国.基于DSP和FPGA的运动控制器的设计与实现[J].组合机床与自动化加工技术，2011（2）：75?82.

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

[5] 毛军红，李黎川，吴序堂.机床数控软件化结构体系[J].机械工程学报，2006，36（7）：48?51.

[6] 蒋明柯，皮佑国.数控系统中RS 485串行通信协议的设计[J].组合机床与自动化加工技术，2013（5）：23?26.

[7] [美]凯赛达.计算机数控技术应用：加工中心和切削中心[M].北京：清华大学出版社，2006.

[8] 范德和，皮佑国.基于DSP和FPGA的运动控制器高速串行通信设计[J].组合机床与自动化加工技术，2011（9）：58?62.

篇3

关键词：码垛机；2轴同步平移；三菱FX3U；三菱20GM

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）35-0234-02

直角码垛机基于PLC、伺服驱动等技术，实现取箱、放箱控制等功能。其结构简单、运行平稳，高度约2.8米，可以安装在普通楼层。

Y轴1和Y轴2平移，如果使用PLC脉冲输出，进行单轴独立控制时，由于两轴运行不同步，加上生产现场的电气干扰、控制器的性能等原因，运行时有可能导致箱子掉落或者夹坏箱子、伺服驱动器过载报警，使设备运行停止，影响了生产效率。

本文介绍的直角码垛机使用了三菱FX3U系列PLC控制器、三菱20GM运动控制器（线性插补，Y轴1和Y轴2平移的控制）、松下A5系列伺服驱动器和伺服电机（实现X轴、Y轴1、Y轴2和Z轴的定位控制），实现了Y轴1和Y轴2同步平移，使设备运行性能更加稳定、可靠。码垛机的外形，如图1所示。

本文重点介绍Y轴1和Y轴2同步平移的控制，分析Y轴1和Y轴2电气原点的设定方法、放箱控制的PLC程序设计。

1 Y轴1和Y轴2电气原点的设定

Y轴1和Y轴2同步平移的运动控制，实现了取箱、放箱的控制功能。本设备的松下A5系列伺服电机安装有增量式编码器，在设备断电后，再次通电运行前，都必须执行轴回原点操作，所以在Y轴1和Y轴2上分别安装了原点传感器，前钩板、后推板上安装有金属检测块。

Y轴1驱动的前钩板上安装的弹簧压缩适量位置后与金属检测块的距离约为75mm。YS2驱动的后推板与金属检测块的距离约为80mm。两个原点传感器的距离约为1189mm。原点传感器的安装。

篇4

关键词：W5500；以太网；Socket；C++；服务器；客户端

引言

随着自动化控制技术的飞速发展，基于以太网的工业控制总线得到了广泛的使用，给工业生产带来了极大的效益，然而主流的现场控制总线成本较高，对维护和使用人员的技术有着较高的要求，这使得一些中小工厂无力享受技术进步带来的红利，于是基于嵌入式系统的集成以太网芯片W5500应运而生。相关技术行业的发展，让基于以太网的运动控制系统变得多元化，有广泛的应用前景和潜在的经济价值，在此基础上研究使用便捷，适应性强，信号传输稳定，低成本的嵌入式以太网接口是非常有意义的。

基于嵌入式的以太网接口以往都采用软协议栈，因此会占用大量的CPU资源，导致传输延迟较高，可连接客户端较少且容易掉线，在这种情况下就需要一种基于硬件协议栈的以太网通信接口来满足控制信号的稳定高速传输。W5500是一款采用全硬件TCP/IP协议栈的嵌入式以太网控制器，它能使嵌入式系统通过SPI（串行外设接口）接口轻松地连接到网络，通过使用W5500，用户只需通过使用一个简单的socket程序就能实现以太网的应用，而不再需要处理一个复杂的以太网控制器了。

1 系统硬件平台

主控芯片采用意法半导体公司的基于ARM-CortexM3内核的STM32F103VCT6处理器作为系统核心，器件有SPI2332，W5500配上一块带电容触摸输入的TFT液晶彩屏。

2 以太网客户机端的搭建

2.1 以太网硬件接口的设计

本控制器通信接口采用W5500方案，将硬件TCP/IP协议栈，MAC层以及PHY层集成到一块芯片里，大大简化了硬件设计，通过SPI通信协议与MCU通信，且对CPU性能要求不高，节省了嵌入式处理器的I/O资源（图1）。

2.2 通信部分软件设计

由于TCP/IP协议栈已经在W5500中实现，MCU只需要配置和读取寄存器的数据即可，程序框图如图2所示。

3 基于socket编程的服务器端功能的实现

服务器是基于Vc++6.0平台开发的，采用的是MFC和Socket套接字编程，Socket的版本为2.0.所采用的通信协议是TCP/IP协议。为了适用于多客户端的连接要求，服务器采取多线程的编程方案，即可以同时响应多客户链接请求事件和数据读取事件[1]。接下来介绍的是服务器的工作流程：

3.1 响应连接请求

启动服务器，首先进行初始化，设置监听端口（监听的端口号为6000）及绑定计算机，无误后开启一个线程等待客户端连接。当一个客户端连接成功后，服务器立即开启一个新线程等待下一个客户端连接，当客户端断开连接后，相应的线程也会随之结束。这样服务器便可以响应多客户端连接了。

3.2 数据区分与转发

不仅仅是PC端要向服务器上传数据，客户机也要向服务器上传设备运行数据，如何来区分和存储这些数据显然是一个头号问题。这里采用的方法是给数据一个“身份证号”ID，每一个设备发的数据具有唯一的ID，这样这些数据到任何一台设备上都能被识别。具体做法在后文中说明。服务器在收到数据后用left（）函数取出前两位进行“身份识别”，然后将其存入相对应的数组中，这样便完成了数据的区分存储。数据转发是服务器最重要的功能，服务器收到PC端发来的数据后向下位机转发，服务器收到下位机传上来的收据后下PC端转发。

以上功能的实现还需要用到以下几个函数：

Listen（）：监听端口；

Accept（）：用于响应连接请求；

Send（）：用于发送数据；

Receive（）：用于接收数据[2]。

还有一些用作数据存储的数组，如csdata[]，csRundata[].

3.3 服务器工作流程图（图3）

4 基于socket编程的PC端的实现

（1）PC端是服务器的控制终端，开发平台和技术支持和上面服务器一样，这里不再介绍。PC端的功能是通过连接服务器向下位机传输控制数据。

（2）PC端操作界面（图4）：

操作界面一共五个区域。其中三个操作区，操作区一和二都是指令和数据输入区，一共10组。每组的指令都相同，一共有六个，分别是：位移，时间，速度，输入，输出，扫描和跳转；每个指令对应唯一的ID，见表1，默认为空。每个数据为四位，和前面的指令ID组成一个数据块，指令ID在前，数据在后。在发送时，每个数据块依顺序连在一起组成数据链。数据块的个数放在数据链的开头，再加上能够被其它设备识别的帧头和帧尾，形成一个数据包。格式如下：

Ni+A5+number+数据块1+数据块2+……+数据块N+5A

Ni：下位机代号（i=1，2，3…）；

A5： 帧头；

Number： 数据块个数；

数据块：指令+数据；

5A： 帧尾。

操作区三是控制区，执行连接服务器和相关操作。还有两个区是显示区，其中左显示区显示软件的运行状况，右显示区显示服务器返回的客户机设备运行数据。

操作界面上的“连接”和“上传”两个按钮分别执行连接服务器和向服务器上传数据的功能。

（3）PC端工作流程图（图5）

5 云端服务器实现

云服务器采用阿里云方案，采用Windows Server操作系统。具体搭建过程：

5.1 租用合适的服务器

进入阿里云首页，选择弹性计算中的云服务器ECS，点击立即购买后选择服务器配置，由于本控制器不需要做大规模的运算，所以选择最为廉价的简约型t1，将服务器地址选为最为便宜的青岛地区，由于简约型t1服务器仅有1核志强E5 CPU和1GB内存，所以在操作系统选项中选择32位的Windows Server 2008标准版SP2 32位中文版，购买后系统会自动安装。

5.2 配置服务器系统

服务器系统安装完成后，在实例详情中点击连接管理终端，输入密码后可以对云端服务器进行操作。首先，为了今后操作方便，在个性化中把计算机，用户文件等常用快捷方式添加到桌面，接着，为了程序不因内存过小而运行不了，在计算快捷方式上右键，点击高级系统设置，选择性能-高级-虚拟内存，将C盘作为托管的系统，然后，为了方便将调试程序传输到服务器系统，在服务器系统中下载安装百度云，至此，服务器系统部分基本搭建完成。

6 服务器与客户机通信协议的制定和实现

根据事先约定：

（1）客户机上传的数据以Di开头，Di结尾（i是客户机号，如1、2、3）；（2）PC端上传的数据格式：Ni+A5+数据个数+数据块+5A。（i是客户机号，如1、2、3）。

7 结束语

采用W5500作为以太网接口的运动控制器与云端服务器连接稳定，数据传送延迟低，PC端客户机数据传输顺利，可以及时观测到运动控制器的工作情况。

参考文献

[1]汪晓平，钟军，等.Visual C++网络通信协议分析与应用实现[M]. 北京：人民邮电出版社，2003，2.

[2]梁伟.Visual C++网络编程经典案例详解[M].北京：清华大学出版社，2010，6.

作者简介：贺顺，性别：男，年龄：21，籍贯：浙江省绍兴市，职称：学生，学历：在读本科，南京工程学院，研究方向：自动化。

篇5

ス丶词:移动机器人编队；队形参数化；运动控制；虚结构

ブ型挤掷嗪: TP242.6 文献标志码: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

移动机器人编队是一个具有典型性和通用性的多机器人协调问题，是多机器人协调问题的基础。所谓编队控制是指多个机器人在到达目的地的过程中，保持某种队形，同时又要适应环境约束(例如存在障碍物或者空间的物理限制)的控制技术。通过研究开发及实用化，该技术在工农业生产、柔性制造、无人探险(海洋、太空、核环境)，特别是在国防工业中的巨大应用前景逐步表现出来。目前实现编队主要方法有产生式方法、行为融合方法、跟随领航者法、虚结构法等［1-3］，这些方法都有着不同的优、缺点。产生式方法的优点是反应速度很快，缺点是规则不容易制定。行为融合方法的优点是每个机器人都可以兼顾到各种行为，完成各种行为的功能，同时控制意义明确利于实时控制；缺点是各子行为的融合具有不可知性，且融合的方法不容易确定,队形难以确定。跟随领航者法优点是仅仅给定领航者的行为或轨迹就可以控制整个机器人群体的行为，缺点是保持队形困难。虚结构法的优点是容易制定队列的策略并且在稳定性上有保证，缺点是队形缺乏灵活性［4-5］。本文提出了一种融合了行为融合方法、跟随领航者法、虚结构法主要思想，并结合人工势场法的多机器人编队控制方法，能较好地克服上述方法存在的不足。

1 主要思想

在军事上，美军机械化突击分队在战场上有四种标准队形，分别为一字形队形、单列纵队形、菱形队形和楔形队形［6］，如图1所示。这四种队形也被称为移动机器人编队的基本队形，移动机器人编队在工作过程中，常常需要根据执行的任务、环境等因素的变化而改变队形［7］，许多的队形由这几种基本队形变形而来［8］。

通过对基本队形的分析，我们发现每个基本队形都可以用函数进行表示，而修改基本队形的函数的参数，可以使其变换到另一种基本队形或其衍生的队形。基于这一特点，结合虚结构法建立基本队形的虚结构，将基本队形进行函数化，建立参数化的基本队形的虚结构数学模型，通过调整参数使队形在四个基本队形及其衍生的队形间进行连续的变换。然后，建立每个机器人与队形顶点一一对应的关系，并设定一个领航机器人，领航机器人引领整个编队奔向最终目标点，其他机器人按照随领航者法奔向其对应的顶点。机器人在运行的过程中，利用行为融合方法、人工势场法和队形变换法进行避障、避碰。这样使对机器人编队的控制转换为对参数的调整，既提高了队形稳定性、多样性，实现避障、避碰、到达终点的功能，又克服了灵活性差的不足。

2 机器人编队数学模型及运动控制

机器人编队数学模型是机器人编队几何图形中各顶点位置关系的抽象，通过机器人编队的数学模型可以计算出队形中各顶点的位置；利用人工势场法等方法建立机器人的运动控制模型，实现对机器人编队的运动控制。

2.1 机器人编队数学模型

通过对基本队形的分析，我们将基本队形表示在同心圆上，R0为领航机器人，其坐标为(x0,y0)，Ri为第i个机器人，其坐标为(xi,yi)，如图2所示。依据图中所示的关系，建立各队形的数学模型。

1)一字形队形、单列纵队形。

一字形队形、单列纵队形用同一个数学模型来表示，定义如式(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为队形的倾角，改变α的值队形的方向随之变化，当│=0时为一字形队形，α=90时为列纵队队形；γ为机器人间的距离，如图2(a)所示。

2)楔形队形。

楔形队形的数学模型如式(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为队形的方向角，β为队形的夹角，γ为机器人间的距离，如图2(b)所示。

3)菱形。

菱形队形的数学模型如式(3)所示：

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

其中：β为队形的夹角，γ为菱形内切圆的半径，n为编队机器人的数量，如图2(c)所示。

对以上四个基本队形的数学模型进行综合，建立如下的基本队形通用数学模型：

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为队形的调速参数，其他参数意义同上。通过对这些参数的修改不但可以实现四种基本队形间的变换，而且对每一种基本队进行变形，实现了队形的连续变化。オ

2.2 机器人编队运动控制

虚结构法在队形保持方面具有良好的控制能力，但不能解决编队在避障和防撞的问题；跟随领航者法能较好解决编队奔向目标上的问题；行为融合方法解决了机器人编队在复杂环境中的避障和防撞问题。本文将机器人编队的运动过程看做是以上三种控制方法共同作用的结果，每一种控制方法对编队的影响力通过人工势场来实现。因此，通过建立每一种方法对编队中的机器人的人工势场，从而融合行为融合方法、跟随领航者法、虚结构法对机器人编队的控制能力，使这三种方法扬长避短。具体的实现过程是：首先指定一个机器人作为编队的领航者(Leader)，建立目标点对领航者的人工势场；然后以领航者用作为队形的参照点，利用编队的数学模型计算出队形的所有顶点作为虚结构法队形控制点，建立每个机器人与顶点一一对应的关系，建立顶点对除领航者外所有其他机器人的人工势场；再建立机器人之间的人工势场及障碍物对机器人的人工势场，最后根据行为融合的思想将机器人的运动分解为目标跟随运动、避障运动、机器人间的防撞运动，每一种运动都是受相关的势场力的作用的结果，如图3所示，合力的方向和强度决定了机器人最终运动的方向和速度。

1)目标跟随运动。

对于领航者而者，跟随运动的目标是整个编队的目标，对于其他机器人而言，跟随运动的目标是该机器人所对应的队形顶点。目标对相关的机器人产引力势场，从而对该机器人产生引力，引力场函数如式(5)所示：

U┆att(q)=εKρ(q,q┆goal)(5)

其中:Е攀且桓稣的引力比例因子，K目标点吸引力强度，ρ(q,q┆goal)是机器人q和目标q┆goal之间的距离。相应的斥力函数可表示如下：オ

F┆att(q)=-ΔU┆att(q)=εK(6)

2)避障运动。

避障运动是由于障碍物对机器人所产生产斥力引起，避障运动的方向和速度取决于障碍物对机器人的斥力强度和方向，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是一个正的斥力比例因子;ρ(q,qobs)为机器人到障碍物的距离;ρ0为障碍物的影响距离，超出了这个距离，障碍物对机器人就没有斥力的作用。オ

3)机器人间的防撞运动。

为了防止机器人相互碰撞，设计了机器人间人工斥力势场，每个机器人对其他机器人所产生的势力的数学模型与障碍物斥力模型相同，如式(7)所示，每个机器人的所受的斥力为其他机器人对该机器的所施加的斥力合力，如式(8)所示。

F┆rob=∑NiF┆robi(8)

机器人总受力为目标点的吸引力、所有障碍对其产生的斥力及所有机器人对其产生的斥力的合力，即：

F┆total=F┆att+∑NiF┆ropi+∑MiF┆repi(9)

机器人的运动方向为合力的方向，机器人的运动速度与其所受有合力成正比，即：

V=λ×F┆total(10)

其中λ为合力、速度比例因子。オ

3 仿真实验及结果分析

本研究的仿真程序设计采用Visual C# 2005进行开发，仿真显示在计算机的绘图空间内进行；机器人设计为智能体(Agent)，机器人能感知自己的位置信息，并通过通信获知其他机器人的位置信息。障碍物为4个圆形的二维障碍物，其位置和大小在一定的范围内随机生成,分别进行了队形变换的仿真实验和避障、避碰仿真实验。

1)队形变换仿真。

队形变换仿真测试了机器人编队四种队形变换的过程，队形的数学模型为式(4)，Фㄒt为仿真过程的时间。t=0时刻，随机产生5个机器人，仿真参数设为M=0，G=1，Q=0，K=1，P=0，H=1，β=0，α=90，γ=70,在t=39时刻，Щ器人列排成单列纵队，如图4(a)所示；гt=40时刻队形的倾角α设为45°，其他参数不变，编队经过41个单位时间，在t=81时刻，编队变换成45°的斜队形，如图4(b)所示。г讵t=82时刻队形参数设为：M=1，G=1，Q=0，K=2，P=1，H=(-1)i，β=0，α=90，γ=70，在t=141时刻，编队变换成楔形队形，如图4(c)所示；гt=142时刻队形参数设为：M=1，G=1，Q=0，K=1，P=0，H=360/n，β=0，γ=70，在t=267时刻，П喽颖浠怀闪庑味有危如图4(d)所示。从仿真的过程中，可以看出机器人编队能随着参数的改变迅速改变队形，队形准确且稳定性好；在队形的变换过程中，机器人能避免互相碰撞。

2)避障、避碰仿真对比。

在避障、避碰仿真对比过程中，分别进行行为融合方法和本文策略控制的机器人编队通过障碍物的仿真；障碍物为4个圆形的障碍物，其位置和大小在一定的范围内随机生成。图5(a)所示为采用行为融合方法控制的机器人编队通过障碍物的仿真结果；图5(b)所示为采用本研究策略控制的机器人编队通过障碍物的仿真结果。从图5(a)、图5(b)看出两种方法在通过障碍物时都能顺利避开障碍物，机器人间没有发生碰撞；同时还可以看出采用本研究策略的图5(b)比图5(a)在运行过程中在避障、避碰的前提下保持队形更好，在通过障碍物区后，在更短的时间内完成了队形的重整。

以上的两组仿真实验结果表明：采用本策略可以使机器人编队在运行过程中通过调整队形数学模型参数的方式实现队形的变换；同时具有避障、避碰的作用和队形稳定、归建迅速的优点。

4 结语

机器人编队和运动控制是一项复杂的工程，将目前成功应用于机器人编队和运动控制的策略综合起来扬长避短不失为一种很好的思路。本文通过建立队形的数学模型将队形进行参数化，实现了队形变换的连贯性；利用虚结构法对队形进行约束，从而使队形的稳定；在机器人运动过程中利用人工势场法、行为融合、领航者法实现机器人的避障、避碰。仿真结果表明该策略既能弥补单一算法的不足又能保留其优点，达到了预期的目标，为相关的研究提供了很好的借鉴。

げ慰嘉南:

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关键词：电气；控制技术；自动化；运用实践

如今科学技术发展速度不断加快，我国工业也随之发展起来。当前，电气自动化控制技术已经被广泛的应用在工业领域当中，该技术的应用，是我国工业成为现代化的一种重要标志。电气自动化不仅能够节省企业成本的投入，同时在提升操作精准性方面有着积极的意义。对于工业企业而言，应用电气自动化技术，可以提升企业的生产效率，同时也能够提升企业产品的质量，因此不断研究电气自动化控制技术，能够推动社会的发展，必须高度重视电气自动化技术的发展。

一、电气自动化控制技术发展现状分析

随着信息时代的快速发展，信息技术的运用使得各个企业发展速度不断加快。如今，信息技术已经渗透到电气自动化控制技术当中，实现了电气自动化系统信息化目标。在该过程中，信息技术渗透到管理层当中，这使得业务处理与信息处理效率不断提升。为此，确保电气自动化控制技术实现全方位监控目标，为生产信息真实性提供有效保障已经成为相关企业的重要任务。另外，受到该种渗透作用的影响，设备与有效控制系统得到了高度重视，通信能力不断加强，多媒体技术得到了更好的推广。

二、电气自动化控制技术存在的特点以及相关设计理念阐述

（一）电气自动化控制技术存在的特点

电气自动化控制技术与以往的其他技术方法之间存在着极大的差异，其特点主要表现在以下几个方面，即：

第一，电气自动化控制技术实际控制比较少，信息量较少，但是电气自动化控制技术具有准确性与快速性的特点；第二，电气自动化控制技术的信号传递速度较快，同时反应速度也较快，完成所有信息传递所耗费的时间比较短，同时能够实现兼容远程操控目标；第三，电气自动化控制技术的控制时间不长，但是拥有较高的控制效率；第四个特点也是最为重要的特点，即数据的采集和远程控制操作。

（二）电气自动化控制技术设计理念

电气自动化控制技术在设计过程中，主要实行三种设计方案，这三种方案能够实现远程监测、集中监测以及针对总线的监测，在设计中设计理念主要体现在以下几个方面：

首先电气自动化控制技术在实施集中监测过程中，一个处理器能够完成处理整个控制操作，加之其所应用的方式简单灵活，这便为运行维护等提供了极大的便利。

其次电气自动化控制技g在远程监测过程中，能够更加稳定的采集与传输信号，并且能够将现场的情况及时的反馈给相应的工作人员，工作人员便能够根据具体的情况对控制信号进行修正。

最后电气自动化控制技术在监测总线过程中，实现了集中控制功能，该功能的实现，使得高效监控的目标得以实现。

立足于电气自动化控制技术整体框架，电气自动化控制技术系统设计理念体现在很多方面，同时也取得了一定的设计成效。为此，在电气自动化控制技术设计过程中，需要依据实际情况选择最为合理科学的设计方案，从而为电气自动化控制技术作用的发挥提供有力的保障。

三、电气自动化控制技术的运用实践与未来发展趋势以及发展意义

（一）电气自动化控制技术的运用实践

当前电气自动化控制技术已经被应用在工业领域以及建筑领域当中，在信息技术以及PC客户机的帮助之下，电气自动化控制技术已经得到了一定的创新。受到市场需求的影响，电气自动化控制技术中的自动化与信息技术结合更加紧密，与此同时，电子商务的不断推动，电气自动化控制技术的发展速度不断提升。

（二）电气自动化控制技术未来发展趋势

虚拟现实技术与视频处理技术的应用已经成为未来的重要发展趋势，该种发展趋势对自动化产品设计以及更新等有着极为重要的意义。自动化设计过程中，需要对新型技术的运用给予高度重视，确保能够全面监控。另外，虚拟技术与视频处理，与之相对应的配套组件等需要不断强化，从而确保其周边配套设施能够更好的发展，能够向集成化发展方向迈进，实现未来电气自动化控制技术发展目标。现阶段，伴随企业现代化措施的不断实施，电气自动化控制系统已经不断加强，在管理方面信息技术不断发展，这为企业自动化控制系统能够更加符合企业发展要求提供了有力的保障，使其能够更加适应经济的发展，确保生产中设备能够实现安全管理的目标，最终促进企业现代化进程。

（三）电气自动化控制技术发展意义

当前电气自动化控制技术发展前景十分广阔，对于企业发展而言，电气自动化控制技术已经成为其生产的重要部分。与此同时，电气自动化控制技术也是现代电气自动化企业科学的核心技术，为此电气自动化控制技术也是企业现代化发展中的重要物质基石，是企业发展现代化的重要标志。许多工厂以及企业在产品生产中，由于受到环境的影响，很多操作无法通过人工完成，为此只有通过机器替代其人工操作，这在一定程度上不仅节约了生产时间，同时也在一定程度上节省了成本投入，工业生产效率不断提升。为此，电气自动化控制技术的应用，在推动我国社会经济发展方面有着积极的意义。

四、总结

伴随科技的不断发展，电气自动化控制技术已经被广泛的应用，例如在建筑领域、在工业领域内，电气自动化控制技术都发挥着不可替代的作用。电气自动化控制技术之所以被广泛应用，其原因在于，该技术自身存在着一定的优点，例如控制时间短，但是工作效率高等。为此我们可以认为，电气自动化控制技术是人类现代文明社会发展到一定阶段的必然产物，它的存在必将不断的推动各个行业快速发展。所以加大对电气自动化控制技术的研究力度极为必要，我国相关企业必须给予高度重视。

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关键词：自动化控制；化工企业；智能化

引言

随着科学技术的发展和计算机技术的成熟，使自动化控制系统越来越趋向自动化、智能化。因此，它被广泛应用于企业生产中，以实现生产的连续性，提高生产的自动化水平，减少企业人力、财力和物力的投入，降低生产的成本，提高企业的经济效益。因化工生产的工艺复杂、危险性高，所以应强化自动化控制在化工企业中的运用。

1化工自动化控制技术的概述

将过程自动化控制技术运用于化工企业中，它控制的主要对象是化工生产过程，通过运用相应的控制方案及控制技术，自动、连续地完成原料加工、产品生产、成品包装及出厂。此外，自动化控制技术还能控制生产过程中的各种条件，如生产所需的温度、压力、流量和液位等[1]。要实现化工企业生产的全方位自动化控制，必须具备先进的自动化设备及整套的控制系统，需建立科学的控制平台及制定合理的实施方案，相关技术人员也必须具备专业的技术能力和优秀的个人素养，进行科学地管理，规范操作流程。

2过程自动化控制在化工企业中运用的重要性

化工行业是一个高危行业，生产过程中会涉及使用和生产各种有毒有害、易燃易爆和腐蚀性强的化学物质。因此，在生产过程中若存在操作失误或受到客观因素的影响，都可能引发安全事故，不仅会影响到生产的顺利进行，还会危机员工的生命安全和影响企业的发展。化工生产过程中对生产条件要求苛刻，对工艺控制的指标要求严格，仅依靠人为地控制很难避免偏差出现。因自动化控制技术能准确地控制生产条件，规范操作流程，所以将自动化控制技术应用于化工企业生产中，可以提高企业生产的安全性。此外，自动化控制技术能促使生产自动、连续地完成，极大地节约了人力资源、降低了生产成本、提高了生产效率和企业的经济效益。

3过程自动化控制在化工企业生产中的运用分析

在现代化工企业生产中，需要准确地控制工艺生产的各项指标，才能保证生产的安全和产品的质量。目前，在化工企业生产中，使用得较普遍的自动控制系统主要有三种：DCS（分散控制系统）、PLC（可编程控制系统）及FCS（现场控制系统）。

3.1DCS在化工企业中的运用

DCS是一个多级计算机系统。它不仅涉及到过程控制级方面，还涉及监控级方面，二者以通信网络作为纽带，容纳了通讯、显示、计算机及控制多个方面。DCS最为核心的部分是微处理机，构建的主要方式是组合组装式，控制技术主要是集中操作、监视、管理和分散控制企业生产过程。如今，DCS已越来越完善，功能越来越齐全、可靠性不断提高和提升了企业管理效率。该系统解决了传统仪表控制系统在过程控制中存在的缺陷，因此DCS在企业生产过程中得到了越来越广泛的应用，且应用水平在不断提高。DCS最初被应用于石油化工领域，20世纪80年代被应用于控制炼油化工的生产过程。目前，DCS已经广泛应用于石油化工企业的乙烯装置及炼油生产中，如催化裂化、常减压和加氢裂化等工艺环节。相关统计数据表明，国内石化、石油及化工系统中DCS的应用总计超过3000套，其中在石化行业的应用近50%[2]。此外，DCS还被广泛应用于大型化肥厂和乙烯厂的生产过程控制，现已有65.4%的中型化肥厂开始引进该技术。由于DCS大量的市场需求，国内的DCS制造公司得到了发展壮大，致使DCS的价格逐渐降低，降低近50%，因此中小型的化工企业也开始在生产控制中引进该技术。DCS在化工生产过程中的应用，具有重大意义。例如，我国研制的新型DCS系统，安装了与我国石化企业生产过程相符的软件，提高了DCS的功能和装置的准确性。

3.2PLC在化工企业中的运用

PLC的关键技术在于建立了可编制用户程序的存储器，便于内部程序储存。它主要负责用户指令的执行，如逻辑运算、顺序控制和定时等，通过模拟式输入、输出或利用数字有效地控制生产的流程及机械的运作[3]。实际上，PLC是小型计算机的缩影，它有效地控制了生产的各个环节，保证了每一道工序顺利完成，极大地提高了生产效率，同时还减少了维修次数，降低了生产成本。如今，PLC已发展得十分成熟，在一些规模较大的化工企业自动化控制生产中扮演着重要的角色。此外，一些化工设备的生产厂商将PLC与DCS相结合，进一步提高了自动化控制技术水平，为有效控制大型化工设备提供了技术保障。

3.3FCS在化工企业中的运用

FCS作为一种新型的控制系统，是在DCS和PLC两种系统的基础上形成，有效地继承了它们的成熟技术。FCS的特点主要表现在系统中引入了科学合理的总线标准，使生产的设备实现了智能化、网络化及数据化。如今，FCS已成为自动化控制技术发展的主要方向，深受业界人士的重视，是工业控制领域的一大突破。尽管FCS获得了一定发展，但该系统仍有待完善，例如，需建立一个统一的标准[4]。此外，该系统的调试及后期的维护仍存在着较大的难度，限制了该系统在化工生产中的发展。相对于DCS而言，FCS应用的领域较窄。

4过程自动化控制在化工企业中的发展趋势

过程自动化控制系统应用在化工企业中，促使了生产过程和企业管理的自动化。自动化控制技术应用于化工生产中，需满足两方面的要求：一是自动化控制的硬件必须具备较高的标准，不能因为更换其中的一个过程控制设备而影响整个生产运营；二是对数据信息集成的要求。随着化工行业的蓬勃发展，它必然朝着大型化、集约化和控制化的方向发展。因此，DCS、PLC及FCS会更广泛地应用在化工生产中，也会进一步推动这三种控制技术的完善，并促进它们彼此间的结合及兼容，从而实现控制与管理的一体化。例如，新型的DCS中，将现场总线的互操作性和开放性的原理融入其中，并连接通信接口，互联PLC设备，利用Internet与高速数据公路将多台PLC连接起来，构建相应的顺序控制，通过联合第三方管理软件平台，实现自动化的生产过程管理，提升DCS控制的速度、功能、准确性及分散作用[5]。如今，将两种控制系统有机融合已经成为自动化控制发展的一大趋势。而随着科技的不断发展，引入各自动控制技术的成本也在不断降低，全开放式的现场总线控制系统将有望成为化工企业生产中的主要控制技术。

5结语

随着我国经济的不断发展，科技的不断进步，自动化控制技术广泛应用在各大行业，特别是在化工企业生产中的应用有着重大的意义。本文主要探讨了DCS、PLC和FCS在化工生产中的具体应用，分析了三种自动控制系统在生产中的作用及特点，期望自动化控制技术在实践中不断地发展进步，更好地服务于化工企业的生产管理，进而促进化工企业的发展。

参考文献

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[4]冯大明.自动化控制系统在精细化工企业中的应用[J].中小企业管理与科技，2014，（1）：232-233.

篇8

近年来，微型计算机和数字控制技术的发展，将作为数控系统执行部件的步进电机迅速推广到众多领域。目前，步进电机应用领域仍在继续扩大，由于其优越特性，将在很多领域取代其他电机的使用。步进电机国内外市场空间十分广阔。

鸣志电器（603728.SH）是国内混合式步进电机领域领先的高新技术企业，公司在步进电机领域掌握了核心研发技术、驱动技术和尖端制造技术，步进电机被国内外客户广泛采用，应用于高端信息化技术领域。公司拥有国内外专利技术86项，软件著作权76项。

改变HB步进电机竞争格局

鸣志电器的核心业务专注于信息化技术应用领域的控制执行元器件及其集成产品的研发和经营，并在自动化和智能化领域中有所拓展。公司正在推进专业化全球跨境电商平台打造计划。

鸣志电器的混合式步进电机、步进电机驱动器、集成式智能步进伺服控制技术在全球处于前列水平。公司打造精密的控制电机及其驱动系统，努力成为世界级的运动控制产品研发与制造企业。公司在全球HB步进电机市场占有较高的行业地位，约占全球市场份额的8%以上，是近十年之内唯一改变HB步进电机全球竞争格局的新兴企业，打破了日本企业对该行业的垄断。

鸣志电器50%以上的步进电机产品对外出口，为步进电机的全球供应商。2016年公司HB步进电机产量1004 万台，PM步进电机产量322万台。公司客户涵盖了施乐、NCR、富士通、Thermo Fisher、美国大陆电子、华为、理光、爱立信、NIXDORF、日本 JUKI、SCHNEIDER、 西门子医疗、松下等国韧庵名企业。

鸣志电器LED控制与驱动产品应用从户外功能性照明、景观照明和智能楼宇照明，涵盖到汽车车灯、医疗照明、工厂自动化领域CCD精准照明等特殊应用，产品销往日本、美国及欧洲、东南亚等市场。公司的客户主要是国内外知名的智能系统厂商、LED应用厂商和全球著名的电子元器件销售商，包括斯坦雷、艾睿、Acuity Brands、Schreder、Secom、Iguzzinni、欧普、山西光宇、浩洋电子等。

2014-2016年，公司营业收入分别为112219万元、117305万元、147455万元，净利润分别为9334万元、9807万元、15688万元，实现了持续稳健增长。

三个领域技术处于国际前列

鸣志电器是全球运动控制领域先进制造商，以其优秀的产品品质和完善的客户服务在全球市场上赢得了良好的声誉，与国内外著名企业之间建立了良好的长期合作关系。经过十几年的发展，公司现拥有1800余家全球客户，公司控制电机及其驱动系统的市场占有率将保持稳定并持续扩大。

鸣志电器在混合式步进电机、步进电机驱动器及集成式智能步进伺服系统三个领域具备国际居于前列的技术和产品，全球只有极少数大型专业电机企业能够同时做到。公司近几年在全球HB步进电机市场一直占有较高的行业地位，2011-2015年，一直占据全球市场份额的8%以上。

公司控制电机类产品产量受制于现有产能，目前公司正着力技术改造，全方位提高自动化生产水平，随着产能与产量的提高，未来公司全球市场占有率还将进一步提高。在工厂自动化、通信、医疗、3D打印等细分应用市场领域，公司步进电机及其驱动系统拥有较大的市场份额和竞争优势。

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关键词 电气自动化；人工智能；技术；应用

中图分类号TM92 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）108-0069-02

1 电气自动化控制中人工智能技术的含义

人工智能技术作为一项新型科学技术，对哲学、数学、任职科学、计算机科学、心理学、不定性论以及控制学方面都有所涉及，在自然科学与社会科学中，存在范围较广的研究，例如：知识表现、推力、自然语言和处理、只能搜索、及其学习、感知问题、规划、知识获取、逻辑程序涉及、模式识别、人工生命、软计算、不精确及不确定的控制、语言及图像理解等，在遗传编程上相当于催化剂，促使工作能够合理有效的实施。现阶段，无论是生产方面，还是生活方面，最为重要的则是效率的提升。当今社会发展中，计算机技术的大范围应用作为有效保障，被大范围的普及。通过对人脑机能的模范，使其工作实现自动化操作，不仅将大量的人力资源得到减少，而且还便于生产、传播及运输。在电气自动化控制中，则是通过该原理实施生产等工作，进一步将其工作的效率得到提升，加快经济的发展。

2 电力自动化控制中人工智能技术的优势

通常情况下，人工智能控制的不同在讨论中会有不同的方法存在。而人工控制技术可将模糊、神经、遗传算法等看为一种非线性函数近似器。该分类方式能够使总结理解得到较好的接受，促使统一对控制策略实施开发。

与常规估算方法相比，人工智能控制有以下特点存在：

1）该设计无需对对象的模型进行控制。在大多数场合中，很难对实际控制对象的精确动态方程进行获取，在控制器设计时，实际对象有较多不确定性因素存在，例如：参数变化等；

2）通过实施有效调整，能够将其性能得到提升；

3）与古典控制方法相比，该方法更容易进行调节；

4）在缺乏专家指示时，可通过对数据进行响应的方法进行设计；

5）在设计时可通过语言和响应信息进行实现；

6）存在良好的一致性，和驱动器不存在联系；

7）对于新信息或新数据来说，有良好的适应性存在；

8）能够将常规无法有效解决的问题进行处理；

9）具有良好的抗干扰能力；

10）控制的实现具有较低成本，特别是在对最小配置进行使用时，对扩展和修改发挥着一定帮助。

也就是说，在对自适应模糊神经控制器进行运用时，在模糊化和反模糊化过程中，规则库及隶属函数能够进行自动实施确定。该过程的实现有许多方法能够进行，但最终还能通过系统技术对稳定的解进行获取，并将相对简单的结构配置进行找出，从而达到最终目的。

3人工智能技术在电气自动化领域中的应用

3.1对电气设备的设计原理进行优化

不仅对应用电路、电气电器以及电磁场等专业知识进行涉及，而且还对传统产品设计中存在的经验进行运用，具有极其复杂的过程存在。它是几何传统的试验方式与手工方法相结合进行使用的，因此，要想对最佳设计方案进行获取，还需进行不断的探索来实现。其次，随着计算机技术的逐渐发展，通过运用CAD技术（计算机辅助技术）能够促使电器产品设计的难度得到较大程度的减少，缩短产品的开发周期。通过引进人工和智能技术，进一步将CAD技术与现阶段的时代需求相结合，大大增长了产品的数量及质量。在人工智能技术中，最常运用的优化设计技术则是遗传算法和专家系统，在该类优化设计技术应用中，遗传算法作为先进且与产品优化设计相适宜的一项技术被得到使用。因此，在电气自动化控制中人工智能技术的应用较为广泛。

3.2在电气自动化控制中，人工智能对故障进行诊断

从人类社会向工业化阶段发展以后，越来越多的复杂及其设备逐渐产生，设备故障诊断作为一项重要的研究课题被广泛关注。从诊断方法进行分析，现阶段，诊断中除了传统的单一参数和单一故障的技术方法以外，多故障、多参量也被大范围的应用。随着科学技术发展的逐渐兴起，故障诊断技术及方法也被逐渐完善，从而向智能化阶段发展。在故障诊断中，人工智能的发展作为一种智能化的诊断方法，不仅在理论上故障诊断被逐渐应用，而且还在实际操作中被有效使用。同时，人工神经网络的探索也逐渐朝故障诊断方向发展，逐渐成为故障诊断中的一项研究热点被逐渐关注。通过结合人工神经网络和专家系统，将其自身独特的优势得以展现。

3.3实现智能控制的目的

3.3.1处理数据的收集

在所有模拟量、开关量以及人工智能控制器中都可对数据进行采集，确保在要求明确的状况下，人工智能控制器能够实时自动存贮或处理。

3.3.2界面的显示

当设备和系统处于运行状态时，都会真实的在模拟画面上进行显示，从而可以对计算量、模拟量、断路器以及隔离开关的实际状况进行了解。当出现问题时，画面上会出现挂牌检修功能，还能将其对应的历史趋势图进行形成。

3.3.3运行过程中的监视

当设备出现开关量状态、模拟数值等问题时，智能监视的目的则会逐渐发挥，出现自动报警的现象，还会将事件发生的整个过程进行记录。

3.3.4人工控制

良好人机界面，操作人员可通过键盘或鼠标对断路器及电动隔离开关进行控制，操作人员会受到系统的操作限制，对值班过程发挥着重要效果。

3.3.5故障录波

故障录波的记录及其详细，主要包括记录开关量、波形以及顺序等。

3.3.6对不对称的应用进行分析，并对负序量进行计算

3.3.7对参数的设定及修改进行及时处理，并实施合理保护

3.3.8在人工智能控制中，神经网络控制、模糊控制以及专家系统控制作为三种主要方法被得到运用

4结论

总之，在特种设备开发制造以及运行控制的自动化系统中，人工智能技术的应用存在较好的发展前景。随着特种设备发展的逐渐加快，特种设备开发制造以及运行控制系统数据总量也在持续增长，大幅度增加了管理的复杂程度，加大特种设备市场的竞争影响，促使在特种设备开发制造以及运行控制系统中人工智能技术的应用提供条件。因此，在特种设备开发制造中人工智能科学技术应用及科研的加强，进一步将特种设备安全、经济及稳定效果得以实现。

参考文献

[1]耿英会.智能化技术在电气工程自动化控制中的应用[J].科技创新导报，2012（2）.

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关键词：煤矿自动化技术；单片机；控制技术

1 煤矿电气生产自动化概述

1.1 煤矿科学技术的发展特点

煤矿生产中最原始的开采工作办法就是以人工作业为主，随着经济的高速发展，科学技术的不断更新换代，煤矿的生产技术取得了很高的成就。从刚开始的人工作业到机械作业，再到如今现代的信息化和自动化，煤矿的电气自动化生产同样取得了很大的成就。自动化作业由机械化作业为基础，极大地促进了现代科技的发展，在煤矿的科学技术发展过程中有着中间枢纽的作用。煤矿开采较发达的国家无论在掘进工作面、采煤工作面还是排水、供电等装置都在微处理器的基础上增加了保护和监控系统，大大提高了煤矿生产作业的可靠性和安全性。

1.2 我国煤矿自动化发展的意义

我国煤矿资源丰富，是世界上很重要的产煤大国之一。但是，近些年来频发的煤矿生产技术比如：瓦斯爆炸、矿井透水、矿井坍塌等众多问题也给国家民众的生产做成巨大不良的影响，要想促进煤矿生产的不断发展，首要条件就是要做好煤矿生产的安全工作，根据不同煤矿生产的条件积极采用新技术，不仅可以提高煤矿生产的采矿效率，还能保障煤矿生产的安全效果。就目前现阶段来看，因为各种因素的影响，我们国家煤矿开采新技术还存在着很大的问题所在，只有找出这些问题，并且制定出有针对性的解决方案是办证煤矿生产作业安全的首要条件。

2 单片机在煤矿电气自动化发展中的重要意义

单片机介绍：在煤矿企业生产开采过程中，电气控制技术的主要作用是提高生产运营的自动化程度，随着电气控制系统应用的不断发展，各种电动机动力传输装置的研究也逐渐成为业内的研究热点。单片机是一种网络化的自动管理系统，其在煤矿电气自动化设备中的应用大大提高了我国煤矿生产机械化的水平，促进生产效率及产量的提升。单片机的主要组成部分包括存储器、电源、通信模块、漏电闭锁模块等，其工作原理是对电气设备进行实时保护与监控，再通过通信模块采集电气设备的运行信息，从而实现对电气设备的自动化控制。运行过程中，单片机的通信模块会将电信号转换为电压信号，单片机的中央处理器接收到电压信号后再将其转换为数字信号，PC终端接收到数字信号后通过显示器显示出来，最终实现信号的闭琐。单片机技术作为煤矿电气行业的新技术，不仅有着简单的设备操控和较广的运行范围，同时在它运行过程中，更联合其他的自动化技术、计算机技术以及微电子的技术等，实现了现代化煤矿电气设备的智能化和自动化。单片机在煤矿电气化生产的过程中，主要起到监测、监控煤矿生产过程的作用，为煤矿安全生产提供技术保障，并且大大提高了煤矿生产的智能化与自动化程度，促进企业经济效益的提升。

3 单片机在煤矿电气化控制技术中的应用

具体而言，单片机在煤矿电气化控制中的应用包括以下几个方面。

3.1 漏电保护

使用单片机进行漏电保护，可提高煤矿井下施工的安全系。传统漏电保护主要采用分立元件，这种利用总馈电开关运行继电器，再将绝缘电阻下降至整定值的电源切断的方法失误极为频繁，无法保证其保护动作的可靠性。而单片机系统的智能化程度更高，执行检测迅速，且可以保证更加准确的检测结果，大大提高系统运行的安全性与可靠性。如果煤矿开采过程中发生漏电事故，单片机系统中的互感器会把参与电流迅速转换为信号，放大器再将其进行发大后传送至端口，单片机在检测电流信号后再将电网频率输送至单片机，漏电检测即可完成。

3.2 井下安全监控系统

传统的煤矿生产中，井下环境的监测是通过手持直读式就地检测装置来完成的，这种装置无法准确、有效地监控井下的瓦斯浓度，故为煤矿的安全生产埋下一系列隐患。而在井下监控系统中采用单片机控制系统，可以对监控到测量间隔时间段内的变化进行全程监控，体现出安全性高、反应灵敏的优势，且可以对安全隐患做出准确预测。由此可见，单片机技术可有效监控井下安全环境，提高煤矿生产的安全性。

3.3 变电所运行记录

在煤矿生产过程中，变电所是一个重要部门，其运行的安全性与可靠性会对煤矿的安全生产产生决定性作用。但是传统煤矿生产过程中，多采用人工操作统计煤矿所用电量。由于能源的紧张，电力部门加大了对各工矿企业用电的限制，如有超出部门则要接受电力部门的处罚，因此智能电表在煤矿生产中的应用有着重要的现实意义。具体而言，智能电表的作用包括以下几个方面：（1）全矿各个用电部门的用电负荷均可通过智能电表计算出来，可以细化到每小时的用电量、每15min的一均负荷、用电是的分时累计等。（2）打印功能。可以利用智能电表将全矿的正点负荷、每小时用电量、各用电部分的正点负荷每小时用电量等相关指标打印出来，此外还可统计日最高负荷、高峰用电量、每日总用电量、每日连续15min平均最大负荷等。（3）超负荷处理。如果全矿在用电高峰期超负荷，则智能电表则会发出连续报警，直至值班人员通知全矿生产调度室对次要部门压负荷为止，由此可见，智能电表实现了调度室统一指挥全矿用电的管理模式，大大提高了用电效率及效益。

4 结束语

随着经济的飞速发展以及科技的进步，计算机日益成熟的技术成果推动了单片机技术的大力发展，对于当前的煤矿产业有着深远的影响。作为一种新技术，在煤矿自动化设备中的运用可以实现现代煤矿电气自动化技术设备的智能化和自动化运行。单片机在煤矿电气自动化设备控制技术中的应用，不仅实现了煤矿产业的自动化，还能对我们国家矿业生产产业的快速发展和生产能力的提升有着积极的作用。

参考文献

[1]王玉英，王文魁.单片机在煤矿电气自动化控制技术中的应用研究[J].电脑知识与技术，2011，7（32）：8055-8057.

[2]卜桂鑫.试论单片机在煤矿电气自动化控制技术中的应用[J].电气制作，2013（13）：213+206.