组合机床毕业论文摘要

plc及其有关设备，都应按照易于与工业控制形成一个整体，易于扩充其功能的原则来设计。下面是我为大家精心推荐的plc毕业设计论文，希望能够对您有所帮助。

浅谈PLC的应用

【摘 要】可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计的。可编程控制器采用可编程序的存储器，用来在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入或输出，控制各类型的机械或生产过程。可编程控制器在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

【关键词】可编程控制器;模拟量

可编程控制器是可编程序控制器(Programmable Controller)的简称，通常缩写为PC。但它不是个人计算机的PC(Personal Computer)。也不仅是(但包括)早期的可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)、可编程顺序控制器PSC(Programmable Sequenec Controller)及可编程矩阵控制器PMC(Programmable Matrix Controller)。

可编程控制器及其有关设备，都应按照易于与工业控制形成一个整体，易于扩充其功能的原则来设计。目前 ，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、 交通 运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：

1.开关量逻辑控制

取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2.工业过程控制

在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节 方法 。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

3.运动控制

可编程控制器可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4.数据处理

可编程控制器具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

5.通信及联网

可编程控制器通信含可编程控制器间的通信及可编程控制器与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

可编程控制器是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证可编程控制器的正常运行，要提高可编程控制器控制系统可靠性，一方面要求可编程控制器生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。

当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。本文介绍了一个智能交通灯系统的设计。该智能交通灯控制系统可以实现的功能有：对某市区的四个主要交通路口进行监控;各路口有固定的工作周期，并且在道路拥挤时中控中心能改变其周期;对路口违章的机动车能够即时拍照，并提取车牌号。在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。

随着城市和经济的发展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交通信号灯，才使车流、人流有了规范，同时，减少了交通事故发生的概率。然而，交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺畅。

交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出行进或停止的指令，使各同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口畅通和安全。

十字路口交通信号灯现场示意图如图1所示，南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯，为确保交通安全，要求如下。

1)采用PLC构成十字路口的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。系统上电后，交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45°时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图2所示工作时序周而复始，循环往复工作。SA1手柄指向中间0°时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，。SA1手柄指向右45°时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮。

2)正常控制时

①当东西方向允许通行(绿灯)时，南北方向应禁止通行(红灯);同样，当南北方向允许通行(绿灯)时，东西方向应禁止通行(红灯)。②在绿灯信号要切换为红灯信号之前，为提醒司机提前减速并刹车，应有明显的提示信号：绿灯闪烁同时黄灯亮。③信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。

信号灯动作的时序图如图2所示，它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮。

3)输入/输出信号分配

随着微处理器、网络通信、人―机界面技术的迅速发展，工业自动化技术日新月异，各种产品竞争激烈，新产品不断涌现。PLC也由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据，加之与DCS、pid调节器、工业pc等技术相结合，使之不再是一种简单的控制设备，而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。可编程控制器在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

PLC工程应用分析

摘要：文章针对PLC工程应用开发过程中的使用特点，研究了PLC硬件组成、软件结构，分析了PLC控制使用的工作过程，最后探讨了PLC编程语言语句，对PLC在控制系统的应用有一定指导意义。

关键词：PLC工程;硬件系统;软件系统;编程语言语句;控制系统 文献标识码：A

中图分类号：TP27 文章编号：1009-2374(2015)34-0033-03 DOI：

可编程序控制器(Programmable Logical Controller，PLC)是一种新型的工业自动化装置，PLC的核心是微处理器，由自动化、通信、计算机技术三者融合而成。PLC的特征是具有简单灵活的可编程性、能够抵抗恶劣工作环境的高抗压能力以及适应性能强。PLC凭借体积小、价格便宜、重量轻等优势，广泛应用于工业控制上，在热电厂自动化工程的应用也日益广泛。

1 PLC的结构研究

不同型号可编程逻辑控制器的结构及组成基本原理相同，研究可编程控制原理应该从硬件结构与软件开发入手。

PLC的硬件组成部分

PLC的硬件系统组成部分包括CPU板、输入和输出电路、存储器扩展接口等。

CPU板：PLC的核心系统就是CPU板，CPU板中包含中央处理器、只读存储器、随机存储器、并行接口及串行接口等等组成部件。CPU板在PLC的作用是运算和控制程序，对不同的逻辑运算、算术运算以及系统整体的部件起到管理、控制的作用。随机存储器和只读存储器配备在PLC程序内部，具有存储各种系统程序的作用。并行接口和串行接口实现中央处理器与每一个接口电路之间的信息交换。

输入/输出电路：输入电路包括直流输入和交流输入两种电路。输入电路能够对现场输入设备所提示的控制信号程序进行接收，接收后光电耦合器可将控制信号隔离进行程序编码，从而转换为PLC程序中的标准使用的信号格式，再经过CPU实现信号读入，从而传输至存储器内。

输出电路在PLC中，主要作用是实现输出信号，在PLC系统中的控制信号输出时，输出电路负责将控制信号传送至其他外部输出设备中，实现输出电路的工作。输出电路的形式分为三种：(1)继电器形式的输出电路，该形式的输出电路对继电器的线圈进行控制，使继电器的触点发生通断，从而达到电气隔离的目的;(2)晶体管输出型电路，该电路运用光电耦合器达到电路开关晶体管出现通断的目的，以此来对输出设备进行控制;(3)可控硅输出型，以可控硅为媒介对输出设备进行控制，当触发可控硅，即可出现电路通断。

存储器扩展接口：是只读存储器与随机存储器所运用的扩展卡盒。扩展卡盒常用的类型有三种：(1)COMS ROM，COMS可由主板上的锂电池提供备用电量，该卡盒的优点在于停电或断电故障下确保数据及程序不会丢失;(2)可擦除可编程ROM卡盒，该卡盒在写入时需要运用专门的编程器，才能将调试好的ROM内的资料进行写入，在擦写时，透过紫外线照射可见内部芯片，从而擦除其内的数据，且在写入时，需具备一定的编程电压，可以重复进行擦除和编程;(3)EEPROM卡盒，电可擦可编程只读存储器，是一种断电情况下也不会出现数据丢失，实施编程与擦除操作时运用专用编程器即可实现。

输入/输出扩展接口：CPU与输入、输出扩展接口之间通过总线连接法进行连接，它对所有的扩展单元均可连接，从而让信号点数规模具备更强的灵活性。输入/输出扩展接口也可与模拟量、高速脉冲等其他适配器进行连接，从而扩展、增强PLC的作用。

编程器及其接口：编程器在PLC中的作用是对数据和信息的输入进行调试、编辑以及检测输入数据的安全性。正常运行状态下的PLC不需要编程器进行编程数据，所以编程器作为PLC部件中独立设计的存在。PLC上通常设有一个编程器专用接口，该接口适应于连接不同类型的编程器，以便完成对PLC程序的写入及调试。

对可编程控制的研究分析

一个控制系统如要实现自身的控制功能，必须借助相应的控制程序才能得以实现。控制程序分为以下两种类型：

固定布线程序控制。在旧模式下的继电器中，如果要对各种程序进行控制，继电器的电路连接需为布线形式，输入设备的作用是将控制信号送入控制系统，如按钮开关、传感器等。输出设备的作用是将被控制者的动作进行控制。该设备对输出的控制信号的控制方式是由连线来完成的。接线完成后，控制程序也随之确定，如需要重新对控制程序改动时，需要将原先控制程序的整个连线重新布线连接，制定新的连接方式。在复杂的控制系统中，该类型的程序控制难度较大，编程可行性不高。

可编程序控制。可编程序控制对系统进行控制时，只需运用专用编程器，通过相应的程序语言实现编程，将控制程序下装至存储器中，最后借助可编程序控制器对编程实施各项操作。如要改动可编程系统，只需将程序存储器中的程序语言进行相应改动，通过编程器即可完成，无需改动电路连接重新布线。通俗地说就是使用特定的软件程序语言编写程序代码实现被控对象的各种动作控制。

2 PLC工程的工作原理

PLC的核心电子部件是微处理器，也可视为由继电器、定时器、状态器等的综合组成部件。PLC中，输入继电器通过外部开关进行驱动，输出继电器则安装有许多触点。PLC开展工作，其实就是执行程序。PLC在工作状态下，CPU以分时操作为工作原理，在一个周期内执行相应的操作，即CPU的程序扫描。CPU在对程序进行运算处理时速度很快，因此从宏观角度看其数据结果可发现CPU的程序运算似乎是在极短时间内完成。PLC对程序的执行过程分为以下三个部分：

输入处理 PLC在执行程序过程中，运用重复扫描来完成。执行前，CPU将所有的输入信号以地址中出现的编码顺序为标准编程至输入存储器中，随后开始开展程序执行。在CPU执行程序时，即使输入状态发生了变化，但输入寄存器中的数据内容不会随着输入状态的变化而发生变化，直至扫描周期结束CPU才对输入状态进行重新读取。

程序执行

PLC在执行程序时，依据顺序对用户程序进行扫描。完成一条程序的执行后，所需信息将经过寄存器由程序读出，并参与程序运算，接着再将程序执行的数据结果编程到相关的寄存器中。

输出处理

当PLC将所有指令全部执行结束后，PLC会把所有程序结果输入到输出锁存寄存器中，最终传送至程序执行终端。

3 PLC的软件系统组成部分

一个完整的PLC控制系统由硬件系统和软件组成，两者结合构成复杂的控制功能。在PLC软件系统中，分为系统程序和用户程序。

系统程序在PLC中的作用是管理、服务和翻译用户程序，可将其视为一个软件平台。系统程序的质量与PLC的性能具有直接联系，系统程序质量好，则PLC的性能强，反之性能弱。系统软件是固定存在于程序中的，无法自行修改或存取。用户程序即应用程序，是用户根据控制系统的要求运用程序语言进行编制的应用，其存放于系统程序指定的存储位置。

4 PLC的编程语言

运用面向顺序和面向过程对程序进行控制的“自然语言”，即为PLC的编程语言，PLC的编程语言有很多，如梯形图、逻辑方程式、语名表或布尔代数式等语言种类。下面对常用的PLC编程语言进行介绍。

PLC的基本指令(如三菱FX2系列为例)如下所示：

逻辑联取及输出(LD/LDI/OUT)指令

LD/LDI指令用于取常开触点/常闭触点于母线相连。另外，在分支开始处，这些指令与后述的ANB(块与)指令组合使用;OUT指令用于驱动输出继电器，辅助继电器、状态器、定时器及计数器的线圈，但不能用来驱动输入继电器的线圈。对于定时器、计数器的线圈，在输出指令(OUT)后必须设定适当的常数。

触点串联指令

AND(与)，ANI(非)指令，AND为常开触点串联连接，ANI即常闭触点串联连接，AND与ANI均可用于对触电进行串联连接，同时运算于逻辑。对串联触点并不限制其个数，是可以重复使用的程序指令。

触点并联指令

OR(或)，ORI(或非)指令，OR常开触点并联连接，ORI常闭触点并联连接，两者可对触点进行并联连接或使用于逻辑运算。对并联触点的设置并不限制其个数，是可以重复使用的程序指令。当两个以上触点的串联电路块进行并联连接时，应使用后述的ORB(块或)指令。

串联电路块的并联指令(ORB)块

串联电路块是指将两个以上的触点电路进行串联连接，一般情况下，一个串联电路块就是一条线路分支。在对串联电路块实施并联连接的形式时，各分支的始端用LD或LDI指令，在分支的终点用ORB指令。在多重并联电路中，若每个串联电路块的终点分别使用ORB指令，则并联的串联电路块的数量不受限制。ORB指令与后述的ANB指令一样都是无操作元件号的独立指令。

并联电路块的串联指令

ANB(块与)并联电路块的串联连接两个以上的触点并联接的电路称为并联电路块，通常每一个并联电路块称为一条分支。在进行并联电路块的串联连接时，各分支的始端用LD或LDI指令，并联电路块结束后，使用ANB指令，实现与前面的电路串联。

ANB指令与前述的ORB指令一样，都是无操作元件号的独立指令。若多个并联电路块依次与前一电路串联，则ANB指令的使用数量不受限制。

主控触点指令

MC(主控)，MCR(主控复位)，MC主控电路块起点，MCR主控电路块终点。

在编程过程中，经常会遇到几个逻辑行同时受一个触点或一组触点的控制，受到一个公共条件的控制，叫做主控，这时就可以使用MC/MCR指令进行编辑。当主控条件满足时，执行MC和MCR之间的指令。执行MC指令后，使母线移至MC主控触点之后，执行MCR指令后，母线又返回到原来的位置上。MC和MCR指令必须配对使用。

置位和复位指令

SET(置位)，RST(复位)，SET令元件自保持ON，令元件自保持OFF，清除数据寄存器。当执行SET指令时，将对应的操作元件(Y，M，S)置位，并具有自保持功能。当执行RST指令时，将对应的操作元件(Y，M，S)置位，并具有自保功能。使用RST指令还可以数据寄存器D、变址寄存器V和Z清零。

END(程序结束)指令

END输入输出处理程序回到第“0”步。

5 结语

在使用PLC系统设计时，要求输入点数很多。尤其对于需要进行多个位置、多点控制的热电厂系统，对输入点数要求较为突出。所以，能够有效地减少系统的输入点，有效地降低PLC的成本。在进行PLC控制系统的设计时，要求运用以下的技巧和要点：(1)在设计时，根据软件的控制功能不同进行相应设计，如果是梯形图，则设计方式应采用模块化形式;(2)在使用循环扫描时，应保持指令与指令、模块与模块之间的时序关系不变，使程序在设计功能基础上正常运行;(3)对于自动关门、换速、自动切换时间等需要进行调节的参数项目，使其与程序分离。因此，在需要进行调整参数时，无需将程序进行改动，方便快捷、便于调试，同时能够使软件的可靠性有效提高;(4)对于串联开关、联动开关，比如层门之间的连锁开关、轿顶和轿厢之间，可将其设置为一个输入点;(5)对于具备相同作用的开关信号，如安全触板的开关以及大门开关，可将其采用并联的形式输入PLC内;(6)采用组合式按钮输入法，应用该方法时应使用两个输入点数，把按钮键进行组合，再由程序自动对组合信号进行识别和复原;(7)进行编码的输入：运用二进制编码，在按钮开关中输入识别信号，再自动转接到PLC程序进行复原、识别，可以非常有效地减少PLC输入点数。

参考文献

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[2] 王兆义.可编成控制器教程[M].北京：机械工业出版社，2000.

作者简介：王琼(1980-)，男，浙江嵊州人，上虞杭协热电有限公司热控工程师，研究方向：电厂自动化控制系统管理与维护、硬件的日常维护及软件编程。

AbstractComputer Numerical Control is a kind of automatic control technology. It is a method of using digitized information to control a certain process. The whole set of device to achieve numerical control by using this method is called numerical control system. A CNC machine is a high efficient automatic equipment to make the parts automatically according to the previously compiled numerical control program. The ideal numerical control program should not only assure the parts to be qualified to the drawing and sample, but should also make full and reasonable use of the CNC machine so that it can keep working safely, reliablely and high-efficiently. The CNC machine is quite fit for the components with complicated shape, high precision requirement but small quantity, while the common machine can never meet these requirements. Even the profile modelling machine and combination machine can not solve the problem of high precision requirement with small order quantity. Therefore, CNC machine is quite fit for the components used in air/aerospace, electric power industry, transportation and electronic industry, : Computer Numerical Control

数控机床旋转进给系统的状态空间模型及性能分析摘要：高性能多坐标数控机床的摆头、转台等旋转进给系统多采用永磁同步伺服电机进行直接驱动，其控制问题较常规进给系统更为复杂。因此建立更为科学的适用于直接驱动的永磁同步电机的数学模型对提高旋转进给系统的控制水平具有重要意义。本文提出在矢量控制的基础上建立直接驱动用永磁同步电机的状态空间模型的方法，并运用现代控制理论对系统的能控性、可观测性及稳定性等进行分析和计算以及对系统进行极点配置，并用Simulink进行了系统仿真，为数控机床旋转进给伺服系统的设计和分析提供了理论基础和分析方法。关键词：旋转进给；直接驱动；永磁同步电机；中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2007)08-0040-05State space model and performance analysis of numerical controlmachine rotary feed systemZHANG Ao, ZHOU Kai(Department of Precision Instrument and Mechanics,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract: Rotary feed system such as pendulum head and revolving table of high-powered multicoordinatesnumerical control machine adopts PMSM to drive directly. It's more complex tocontrol than the conventional feed system. So it's significative to set up mathematic modelof PMSM which is applicable for the direct drive more scientifically in order to improve thecontrol level of rotary feed system. Thus a modeling of PMSM method for state spaceequation modeling of PMSM based on vector control is proposed. The controllability,observability, stability and Pole assignment are analysed by modern control theory. And thesystem emulation is finished by Simulink. This method offers theoretical basic and analyticalmethod for rotary feed servo system designing of numerical control words: rotary feed; direct drive; PMSM; state space equation0 前言高性能数控机床的旋转进给伺服系统，特别是直接驱动伺服系统（即取消了从电动机到执行机构或负载之间的一切机械中间传动环节，把传动链的长度缩短为零。）广泛使用永磁同步电机(permanentmagnet synchronous motor, PMSM)作为控制对象。其优点是结构简单，运行可靠，通过在结构上采取措施，如采用高剩磁感应、高矫顽力和稀土类磁铁等，可比直流电动机的外形尺寸约减少1/2，重量轻60%，转子惯量可减小到直流电动机的1/5 。[2]还应该看到，传统驱动系统由于传动环节的存在，控制环节的受力较小，系统对扰动的敏感度相对较低，而直接驱动伺服系统，负载与控制环节之间几乎是直接相联，没有传动链的缓冲，因此控制环节受力较大，对扰动比较敏感，这可能会对系统的动态性能造成影响；同时，摆头与转台的特点是要承受低速大负载，因此其大负载条件下的低速平稳性也是系统设计中的一个重要问题。因此，对于此类数控机床转台、摆头等旋转进给直接驱动系统而言，其控制问题较常规进给系统更为复杂。在工程实际中多采用基于矢量变换控制的经典3 环控制方法进行系统控制，其建立控制模型的基础是经典控制理论，即对系统使用传递函数加以描述，将某个单变量（如转速等）作为输出，直接和输入（如电压等）联系起来。但实际上系统除了输出量外还包含其它相互独立的变量，而微分方程或传递函数对这些内部的中间变量是不便描述的，因而不能包含系统的所有信息，不能完全揭示系统的全部运动状态。而若应用现代控制理论的状态空间法分析系统，其动态特性是由状态变量构成的一阶微分方程组来描述的，它能反映系统全部独立变量的变化，确定系统全部内部运动状态，方便地处理初始条件。因此可以更为全面的表征系统以及系统内部变量的关系，尤其适合应用于非线性、多输入－多输出系统。[5]综上所述，旋转进给直接驱动伺服系统是一个强耦合、非线性的复杂系统，因此用状态空间法来进行建模是更为科学和有效的。本文在矢量控制的基础上通过状态空间法建立永磁同步电机状态空间模型，并应用现代控制理论的各种方法对模型进行全面的分析，为进一步应用先进的控制方法对系统进行控制打下坚实的基础。1 PMSM 的数学模型我们考虑的是正弦型永磁同步电动机系统。该电动机具有正弦形的反电动势波形，其定子电压、电流也为正弦波形。假设电动机是线性的，参数不随温度等变化，忽略磁滞、涡流损耗，转子无阻尼绕组。基于电动机统一理论的结论可以得到，转子坐标系（d－q轴系）中永磁同步电动机定子磁链方程为：（1）其中：——转子磁钢在定子上的耦合磁链；Ld、Lq——永磁同步电动机的直、交轴主电感；、 ——定子电流矢量的直、交轴分量。PMSM 定子电压方程为： （2）其中， 、——定子电压矢量us的d、q轴分量；w——转子电角频率。PMSM 的转矩方程为： （3）电动机转矩系数Kt 为：Kt ＝ pmyr此外，电动机系统还要满足基本运动方程：（ 4）其中，n ——电动机转速；wr ——转子机械角速度，w=pmwr ；Td、TL ——电动机的电磁转矩和负载转矩。采用现代控制理论的状态方程对永磁同步电机进行数学建模。若采取矢量控制，一般要求id=0，但是状态方程中不出现md和id是不合理的。因为在id=0的控制模式中，只是要求id的取值等于0，但id的实际值并不一定总是等于0（特别是在动态过程中）。同时，ud的实际数值也不会等于0。因此，必须将ia也作为状态变量，将md 也作为控制变量，由控制器根据所有状态变量（包括id）的取值进行控制。因此取状态变量 ，q 为转子位置角。将（1）式带入（2）式的第2 式，由（3）式和（4）式可得，则永磁同步电机的状态方程为( ) ：(5)由此可见，该系统是一个非线性时变系统，且在系数矩阵中含有wr，id，iq状态变量的交叉相乘项，因此需要进行系统解耦，令因此采取id=0的矢量控制方法，uq'=uq，TL'=TL，系统可化为线性系统。取ud，uq 为控制量，负载转矩TL 作为扰动处理，因此单独提出，则系统化为=AX+BU+B0TL 的形式，则原系统化为：(6)2 PMSM 系统的分析PMSM 的参数如下：则系统状态空间方程为： 多项式模型将状态空间模型转换为多项式模型，系统的传递矩阵为： 能控性与可观测性分析状态完全能控的充分必要条件是系统的能控矩阵的秩为n。状态完全能观测的充分必要条件是能观测矩阵的秩为n。计算可得，系统的能控矩阵秩为4，满秩，则系统状态是完全能控的。系统的能观测矩阵的秩为4，满秩，则系统状态是完全可观测的。 控制系统的稳定性分析对于由状态空间模型表示的系统，其系统稳定的充分必要条件是：系统矩阵A 的特征值全部具有负实部。eig(a)'= *[0 - + ]由于系统矩阵a 的特征值中有一个是零，因此该系统是临界稳定的。由于能控矩阵的秩为4，满秩，因此可以通过状态反馈配置极点使得系统稳定。 多输入控制系统的极点配置对于多输入系统的极点配置的基本思路是：首先求一状态反馈，使得其闭环系统对某一输入（例如第一个输入）是能控的，再按单输入系统配置极点的方法进行极点配置[5]。图1 极点配置的闭环系统框图期望极点为： *[ + ]（1）构造Q、S 矩阵。，由系统可得，n=4,m=2，u1+u2=4，a 为Q-1 的最后一行向量。（2）先按能控标准型进行极点配置。对 单输入系统进行极点配置。的特征多项式为，所期望的特征多项式为，则增益阵为:（3）求化为能控标准型的变换矩阵T，即则增益阵返回原坐标系为（4）使原系统（A，B）实现极点配置的状态反馈为: 系统仿真系统位置状态向量对阶跃信号的响应：图2 极点配置前位置状态向量的阶跃响应图3 极点配置后位置状态向量的阶跃响应系统位置状态向量对速度信号的响应（虚线为输入位置信号，实线为输出位置信号）：图4 极点配置前的速度信号跟踪曲线系统位置状态向量对正弦信号的响应（虚线为输入位置信号，实线为输出位置信号）图5 极点配置后的速度信号跟踪曲线图6 极点配置前的正弦信号跟踪曲线图7 极点配置后的正弦信号跟踪曲线由此可见，通过极点配置使系统稳定，且对各种输入信号的响应有很大改善，具有很好的跟踪性能，这对于随动系统来说是十分重要的。3 总结使用状态空间方程表征系统，可以把系统的状态与系统的输入和输出联系起来，并在系统的内部变量与外部输入和测量输出之间建立联系，保存系统内部特性的信息，因此模型更为精确和科学。本文即在矢量控制的基础上提出了一种建立完整的永磁同步电机状态空间模型的方法。根据此模型，运用现代控制理论的各种方法对系统性能进行了分析和计算，分析表明该系统具有完全能控性、完全可观测性以及临界稳定性，通过状态反馈配置极点的方法使得系统稳定，使状态变量对输入信号有很好的跟踪性能。为进一步分析和设计控制系统提供了有效的方法和思路。参考文献：[1] 欧阳黎明.MATLAB控制系统设计[M].北京:国防工业出版社,2001.[2] 张崇巍,李汉强.运动控制系统[M].武汉:武汉理工大学出版社,2002.[3] 李三东,薛花.基于Matlab永磁同步电机控制系统的仿真建模[J].江南大学学报,2004,(2):115-120.[4] 杨平,马瑞卿,张云安.基于Matlab永磁同步电机控制系统的建模仿真方法 [J].沈阳工业大学学报,2005,(4):195-199.[5] 侯媛彬,嵇启春,张建军,杜京义.现代控制理论基础[M].北京大学出版社,2006.[6] 孙亮. MATLAB语言与控制系统仿真[M].北京:北京工业大学出版社,2006国物流管理逐渐走向社会化和供应链化的形势下，必须接合具体企业的物流运作管理实际，根据精益物流的基本原则和企业信息化状况，通过理论与应用的研究，在精益供应链物流管理原型系统的基础上不断修改和完善，不断地进行研究和实践，以此来推动我国制造企业精益供应链物流管理信息系统的发展。参考文献：[1] 乌跃.论精益物流系统[J].中国流通经济,2001(5):11-13.[2] (美)詹姆斯·P. 沃麦克, (英)丹尼尔·T. 琼斯, 沈希瑾,张文杰,李京生.精益思想:消灭浪费,创造财富[M].北京:商务印书馆,1999．[3] RICHARD Wilding. Lean, Leaner, Leanest[J]. InternationalJournal of Physical Distribution & Logistics Management1996,25(3/4)20.[4] 王之泰. 物流工程研究[M].北京:首都经济贸易大学出版社,2004．[5] 田宇,朱道立.精益物流[J].物流技术,1999(6):19-21.[6] LIU X Q, MA S H. Supply chain logistics circulation quantityand response time calculation model[J].WSEAS Transactionson Systems, 2006,5(4): 在机床数控改造中的典型应用邵晓嵬, 任有志, 王燕丽(河北科技大学机械电子工程学院, 石家庄050054)摘要: 讨论了利用可编程控制器对机床进行数控改造的具体方案和一般步骤,并以锯片切割机的改造为例介绍了利用西门子公司S7 - 200 系列可编程控制器进行改造的具体过程,阐述了机床数控改造后的应用效果及其未来的社会和经济效益。关键词: 可编程控制器; 机床; 数控改造中图分类号: TG51 文献标志码: A 文章编号:100320794 (2007) 1120147202Typical Application of PLC in NC Transformation for Machine ToolSHAO Xiao - wei , REN You - zhi , WANGYan - li(College of Mechanical and Electronic Engineering ,Hebei University of Science & Technology , Shijiazhuang 050054 ,China)Abstract :Discussed how to use the programmable logical controller (PLC) to deal with the transformation inmachine tool , particularly introduced the whole process of transformation on incise machine based on SIEMENSS7 - 200 PLC. Finally expatiate the effect of NC transformation and its coming benefit .Key words :programmable logical controller (PLC) ; machine tool ; NC transformation0 前言在我国现有的机床中有一部分仍采用传统的继电器- 接触器控制方式,这些机床触点多、线路复杂,使用多年后,故障多、维修量大、维护不便、可靠性差,严重影响了正常的生产。还有一些旧机床虽然还能正常工作,但其精度、效率、自动化程度已不能满足当前生产工艺要求。对这些机床进行改造势在必行,改造既是企业资源的再利用,走持续化发展的需要,也是满足企业新生产工艺,提高经济效益的需要。1 解决方案利用PLC 对旧机床控制系统进行改造是一种行之有效的手段。采用PLC 进行控制后,机床控制电路的接线量大大减少,故障率大大降低,提高了设备运行的稳定性和使用率,增强了可靠性,减小了维修,维护工作强度。当机床加工程序发生变化时,只需要修改PLC的程序就可以进行新的加工,更改较方便,有助于提升机床的应用。由于具有通信功能,采用可编程控制器进行机床改造后,可以与其他智能设备联网通信,在今后的进一步技术改造升级中,可根据需要联入工厂自动化网络中。2 改造过程、步骤及应用实例(1) 深入了解原有机床的工作过程,分析整理其控制的基本方式、完成的动作时序和条件关系,以及相关的保护和联锁控制,尽可能地与实际操作人员充分交流,了解是否需要对现有机床的控制操作加以改进,提高精度、可操作性和安全性等;如有需要,在后续的设计中予以实现。(2) 根据分析整理的结果,确定所需要的用户输入P输出设备。由于是对旧机床的改造,在保证完成工艺要求的前提下,最大限度地使用原有机床的输入P输出设备,如: 按钮、行程开关、接触器、电磁阀等,以降低改造成本。(3) PLC 机型选择。根据输入P输出设备的数量与类型,确定所需的IPO 点数。确定IPO 点数时,应留有20 %左右的裕量,以适应今后的生产工艺变化,为系统改造留有余地。由IPO 点数,利用一条经验公式:总内存字数= (开关量输入点数+ 开关量输出点数) ×10 + 模拟量点数×150来估算内存容量。在估算出内存字数后,再留25 %的裕量。据此,选择合适的机型。(4) 设计并编制IPO 分配表,绘制IPO 接线图。应注意到:同类型的输入点或输出点应尽量集中在一起,连续分配。(5) 进行程序设计。可借鉴机床原有继电器控制电路图,加以修改和完善。完成程序设计后,应进行模拟调试。(6) 模拟调试后,进行现场系统调试。调试中出现的问题逐一排除,直至调试成功。最后还应进行技术资料整理、归档。图1 IPO 接线图下面是对某锯片切割机的数控改造过程,机床的各控制过程如下:(1) 主轴电机的控制。起动,停止;(2) 进给电机控制。工作台纵向进给到与锯片相切的位置,之后工作台横向快速进给锯片,完成后工作台慢速移动后退,其间锯片主工作台变速旋转一个锯齿的角度,两运动同时进行插补出一个锯齿圆弧;(3) 冷却泵电机的起动控制以及相关的保护、联锁控制,工作台的各运动方向的超程保护,各运动方向的联锁控制等。确定所需的用户输入P输出设备。根据设备的硬件条件分析出,面板上有6 个按钮需占6 个数字输入口,一个BCD 拨码开关占用4 个输入口,一条直线光栅尺占用3 个输入口,一个三位状态旋钮占2 个输入口,执行元件为3 个步进电机和2 个异步电机,其中3 个步进电机共需8 个数字输出口,砂轮主电机和冷却泵各需1 个输出口,报警指示灯和上电指示灯各需1 个输出口。为保证安全起见,热继电器不接入输入端,而直接接在PLC 的输出端;合计输入点数15 点,输出点数12 点。考虑到要留有20 %左右的裕量,所以IPO 点数要在30 个点以上。因此,选用西门子公司S7 - 200 系列226 型号的PLC ,其输入点数24 点,输出点数16 点, IPO 总点数40 点;编制IPO 分配表(见表1) ,绘制IPO 接线图(见图1) ;借助机床原有的继电器控制电路图,进行程序设计,编写STL 结构化程序语言;模拟调试及现场系统调试,完成技术资料的归档。表1 IPO 分配表输入输出I0. 0 BCD 拨码开关1 位Q0. 0 W轴CP 端I0. 1 BCD 拨码开关2 位Q0. 1 X轴PY轴CP 端I0. 2 BCD 拨码开关3 位Q0. 2 W轴DIR 端I0. 3 BCD 拨码开关4 位Q0. 3 W轴FREE 端I0. 4 启动Q0. 4 X轴DIR 端I0. 5 暂停Q0. 5 X轴FREE 端I0. 6 光栅尺A 相输入Q0. 6 Y轴DIR 端I0. 7 光栅尺B 相输入Q0. 7 Y轴FREE 端I1. 0 光栅尺Z相复位Q1. 0 主电机继电器I1. 1 锯片直径输入确定Q1. 1 冷却泵继电器I1. 2 砂轮直径输入确定Q1. 2 报警指示灯I1. 3 三位状态旋钮输入1 Q1. 3 上电指示灯I1. 4 三位状态旋钮输入2I1. 5 冷却泵启动I1. 6 急停3 改造后效果可实现加工的柔性自动化,效率比传统锯片机提高5～6 倍。加工的锯齿精度高,尺寸分散度小,提高了锯齿的强度。拥有自动报警、自动监控、补偿等多种自我调节功能,可实现长时间无人看管加工。由于锯片采用的是某新型合金钢,齿磨损后修补的成本很高,采用该锯片机以后,为工厂节省了可观的维修成本,真正提高了工厂的效益。4 结语利用PLC 对传统机床进行数控化改造,能够有效地解决复杂、精密和小批多变的零件加工问题,满足高质量、高效益和多品种、小批量的柔性生产方式的要求,适应各种机械产品迅速更新换代的需要,同时为企业节省了大量的设备改造成本,提高了企业的经济效益和社会效益,提升了企业的产品竞争力,使企业更容易在竞争激烈的市场环境里生存与发展。参考文献:[1 ]陈立定. 电气控制与可编程控制器[M]