江南大学毕业论文plc橡胶轮胎

电梯plc的开题报告

所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握是PLC控制电梯的优点之一，那么知道优点之后又该怎样去写电梯plc开题报告的开题报告呢?下面是我带来的电梯plc的开题报告，希望对你有帮助。

一、 课题来源

老师命题

二、 选题的国内外研究现状及水平、研究目标及意义(包括应用前景、科学意义、理论价值)以及主要参考文献

1、国内外研究现状及水平：

在经济不断发展，科学技术R新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活中一个不可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场.。上世纪80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的，已经进入了“第三次浪潮”，而且目前还没有减速的迹象。从1949年建国以来全国共生产安装了6l万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均1000人有l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台。到那时候，全国在用电梯将达到130万台，每年仅报废更新就需要6万台。到2005年，中国电梯的年产量达到13.5万台，与1980年相比，25年增长了59倍，产量每年平均增长17.8%。2005年安装验收电梯124465台，截至05年底，我国的在用电梯总数已达651794台.。如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、同本三菱、东芝、富士达等13家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了 74%”.

(1)先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。自1985年我国参加了国际标准化组织ISO/TCl78以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。随着计算机技术的发展，微型计算机在工业控制系统中得到了广泛的应用，在电梯控制上采用微型计算机，取代传统的继电器控制方式越来越受到人们的重视。使用微型计算机控制，它成本低，体积小，可靠性高，使用寿命长，简化了安装调试工作，使得电梯控制系统体积减小，节省能源、可靠性提高。可编程使灵活性增大。更突出的优点是微型计算机具有算术运算功能和灵活的逻辑运算功能，因此可以实现更完善的自动控制，例如对于电梯平层可以实现自适应控制，便平层情况达到最佳状态”微机控制电梯是电梯技术的方向，～些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型，使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。除了合资企业外，也有其他厂家开发出了变频调速电梯新产品。另外，用可编程序控制器取代继电器控制系统的机型对单梯进行控制还是有前途的。有些生产企业开发了紧急供电装置、防火厅门、自检测以及语言合成等电梯新功能;对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺”

(2)总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距，但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达l万台左右，约占亚洲市场的1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献“。当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。

(3)随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内，心理上的压抑感和恐惧感也有所考虑。因此，提倡对电梯进行豪华性装修，比如：轿厢内用镜面不锈钢装潢、在观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象：进而主张电梯、扶梯应与大自然相协调，在扶梯的周围种植花草;在轿厢壁和顶棚装饰某些图案甚至是有变化的图案，并且在色彩调配上要令人赏心悦目;在轿厢内播放优美的音乐，用以减少烦躁;在轿厢内播放电视节目，乘客可收看天气预报、新闻等，同时绿色电梯也是将来发展的一个放心方向，要求电梯的智能化、安全水平、视觉协调、消除电磁辐射、舒适感等都要达到一定的要求。

2、研究的目的及意义：

电梯是垂直运行的电梯，通常简称电梯;倾斜方向运行的自动扶梯;倾斜或水平方向运行的自动人行道德总称。电梯已成为现代生活中广泛使用的运输工具，对电梯的安全性，舒适性，高效性等的不断追求推动了电梯技术的进步。目前，有可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC 控制的电梯可靠性高，维护方便，开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并且有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，已成为电梯控制的发展方向，，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。

可编程控制(Progremmable Controller)系统是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令。通过数字式或模拟式的输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程，通过可编程控制器可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且最主要的是可编程控制器“可编程”功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，而不需要像继电器一样需要更改硬件和接线。

3、主要参考文献：

(1)何衍庆，《可编程序控制器原理及应用技巧》[M].北京：北京工业出版社，1998、皮壮行，《可编程序控制器的系统设计与应用实例》[M].机械工业出

(2)版社，2000

(3)陈家盛，《电梯结构原理及安装维修》，北京：机械工业出版社，2000

、《电梯维修与操作》，中国劳动社会保障出版社 (4)

三、 研究的主要内容、研究方案及准备采取的技术路线、拟解决的关键问题(注：本部分内容必须详细填写)

主要研究内容：

本课题的目的是在全面了解国内外电梯发展现状的基础之上，以江西长林电梯公司的一个三层电梯本体为控制对象，开发出以EMERSON公司

EC20.2012BRA型PLC为电梯控制器、采用TDl000-4T01 lOP型通用变频器的电梯控制系统，重点解决目前VVVF电梯发展过程中所存在的控制器性价比低、速度曲线实现难的问题，围绕这一主题，所开展的工作如下：

(1)根据长林公司提出的三层梯的控制的性能指标，确定一种新型的、以通用变频器、光电编码器组成的实现大闭环调速的控制方案，按该种方案 组建的控制系统价格将大幅下降。

(2)采用EMERsON公司EC20.2012BRA型PLc的编程开发软件Controlst开发出本控制器软件，实现了本电梯逻辑信号的控制、速度的PID大闭环的控制，满足所要求的性能的控制。

(3)采用国内使用最广的工业控制组态软件组态王6.51，开发出本电梯的上位机组态程序，实现了上位机对电梯系统的监测控制，可以使用该组态程序对电梯进行调试运行和实时监控。

(4)对电梯系统进行数学分析，实现控制机理的建模，在此基础上，从而对曳引电梯系统特性进行了分析，为控制策略实现和改进提供理论依据。

研究方案及准备采取的技术路线：

1、 查阅资料，选定设计方案;

2、 确定设计方案;

3、 确定工艺流程;

4、 PLC的选择;

5、 绘制程序图;

6、 实验室调制程序;

7、 比较得出结论;

8、 撰写设计论文。

拟解决主要研究内容：

(1)原有的电梯控制系统工作不稳定，故障率高，日常保养和故障检修工作十分繁重。

(2)原有的电梯依靠井道内的位置传感器获取楼层的信息，控制精度不高，平层精确度无法达到国家标准的相关规定。

(3)原有的电梯为双速电梯，起动和制动时的加速度和减速度比较大，乘客乘坐时不舒服，舒适感差。

四、 已进行的科研工作基础和已具备的科学研究条件(包括已经

取得的科研成果、已经完成的科学实验及调查研究、具备的主要仪器设备及资料与数据等)，以及可行性分析

五、 课题研究起止年限、任务安排、分阶段要求和预期结果

六、指导教师审查意见

指导老师签字：

年 月 日

摘要：电梯作为垂直运输的工具，其作用在建筑物中至关重要。为了保证电梯运行既高效节能又安全可靠、操作方便，可采用可编程控制器(PLC)来控制电梯系统。本文介绍了基于PLC的电梯控制系统的研究和设计。主要涉及两台11层住宅区居民楼电梯的PLC控制系统的基本结构、工作原理以及总体设计方案，并且分析了采用PLC在电梯控制系统中应用的优势。

关键词：PLC，电梯，控制系统，基本结构

1 文献综述

随着现代经济的发展，人们的物质文化生活水平的逐步提高，建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起[1]。电梯是服务于三分之一楼层的固定式升降设备，建筑的发展必然带来了电梯行业的快速发展[2]。如今电梯已和人们的日常生活密不可分，是机械电气相组合的机电一体化产品。电梯的应用日益广泛和普及，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠，已越来越多地引起了电梯业界人士的关注[3]。

自 1889 年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，已经历了一百多年，现在电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具，而且作为载人工具[4]，人们对电梯在可靠性、舒适性、低噪音、低能耗、操作方便性等性能方面的要求也愈来愈高，电梯群控系统应运而生，两台电梯的并联优化控制又是电梯群控较简单、也是最常见的情况[5]。两台电梯并联控制或是多台电梯群控，其最直观的感觉是两台或多台电梯并排设置并且共享各个楼层的厅外呼梯信号，并能按预定的规律进行各电梯的自动调度工作。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制[6]。微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能，但也存在抗干扰性差、系统设计较复杂、一般维修人员难以掌控其维修技术等缺陷;而PLC控制系统由于运行可靠，使用维修方便，抗干扰性强等优点[7]，使得系统可靠性大大提高[8]，从而PLC控制系统已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。

2 选题背景及其意义

随着科学技术的发展、城市现代化进程的突飞猛进，电梯作为高层建筑主要的垂直交通运输工具[9],必然要做到高效、安全、可靠、方便等。现代高层建筑中各办公大楼、住宅、宾馆、医院、仓库、码头、甚至是大型的货轮等都离不开它。电梯已完全融入我们的生活、生产中，满足人们生活、工作以及学习上的需要[10]。

据统计，我国在用电梯已达40多万台，每年还以约5万～6万台的速度增长[11]。并

且在实现电梯群控系统后，据一些资料数据显示，电梯并联后的运送能力提高了20%-30%左右，减少了电梯因停层而带来的加减速、开门、关门及等待的时间，因而在上、下班客流量的高峰时段，乘员候梯和乘梯的时间大大减短。电梯运行实际能量消耗的50%是在减速、加速这段运行过程中。电梯并联后，电梯停层数量的减少很大程度减少电梯运行的电力消耗[12]。如果两电梯各自独立运行，容易发生电梯响应呼梯信号而运行到站后，乘客已被另一台电梯接走而空运行的现象，长期这样必然造成很大的能源浪费，给电梯的集中管理造成较大的困难[13]，而且使得电梯系统处于非最佳运行状态，难以提高运行效率，乘客的需求也不能得到最好的响应和最好的满足。

可编程控制器(PLC: Programmable Logic Controller)是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置[14]。在电梯控制系统中，PLC控制可以降低因专门设计和制造微机控制装置的成本，且 PLC 具有编程简单、控制运行可靠性高、抗干扰能力强、通用性好、功能强大、开发周期短、体积小、使用方便、可扩展性强、成本低、维护方便以及强大的网络通讯功能等优点，因此成为现代楼宇电梯控制系统的主流[15]，同时在我国电梯行业有着广泛运用。这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务,其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。

现有的电梯控制技术仍存在缺点和不足之处，如何把更为先进的技术应用于电梯群控之中，以进一步改善运输的效果、提高运行的效率、满足乘客的需求[17]，仍然需要更深入的探索和研究。因此运用可编程控制器(PLC)对电梯控制系统、特别是电梯群控系统进行研究与设计具有十分重大的意义。

[16]

3 研究内容

3.1 电梯的主要组成部分

电梯是由机械系统和电气系统两部分组成。

电梯的机械系统部分由曳引系统、轿厢和门机系统、平衡系统、导向系统以及机械安全保护装置等部分组成，如图3-1所示。

电气系统又由电力驱动系统、电气控制系统和安全保护系统三部分组成。

1一减速箱

2一曳引轮

3一曳引机底座

4一导向轮

5一限速器

6一机座

7一导轨架

8一曳引钢丝绳

9一开关碰铁

10一紧急终端开关

11一导靴

12一轿架

13一轿门

14一安全钳

15一导轨

16一绳头组合

17一对重

18一补偿链

19一补偿链导轮

20一张紧装置

21一缓冲器

22一底坑

23一层门

24一呼梯盒

25一层楼指示灯

26一随行电缆

27一轿壁

28一轿内操纵箱

29一开门机

30一井道传感器

31一电源开关

32一控制柜

33一曳引电机

34一制动器

图3-1 电梯机械部分结构示意图

3.2 系统整体方案设计

本次设计对象是某住宅区内居民楼的两台11层并联电梯，电梯轿厢可上下运行，轿厢门具有开关和限位等保护功能。轿厢内可提供上行信号、下行信号、平层检测信号、开关门限位信号、门安全信号等。

2.系统整体设计框图

3.3 PLC电梯控制系统的硬件设计

在设计中两台电梯的硬件完全相同，在设计程序之前，首先通过进行PLC的I/O点的估算，进行PLC选型，在综合考虑各方面的因素后，本课题采用西门子公司生产的S7-200型号的PLC作为电梯的控制器。

3.4 PLC电梯控制系统的软件设计。

图3-3 电梯运行流程图

3.4.1 电梯的启、停控制 3.4.2 电梯的开、关门控制

图3-4 开关门流程图

3.4.3 双电梯的并联调度

正常情况下，1台梯在底层待命，另1台梯停留在最后停靠层，称自由梯或忙梯。某层有召唤信号，则忙梯立即定向运行去接某层的客人。

2台梯因轿内指令而到达基站后关门待命时，则应执行“先到先行”原则。如A梯先于B梯到基站，则A梯立即起动运行至事先指定的中间层楼待命，并成为自由梯而B梯则成为基站梯。

当A梯上行时，如上方出现任何方向的召唤信号，或下方出现向下的召唤信号，均在A梯的一周行程中完成，而B梯留在基站不予应答运行。但如在A梯下方出现向上召唤信号，则在基站的B梯应答信号而发车上行接客，此时B梯为忙梯。

如果当A梯正在向下运行时，其上方出现任何向上或向下的召唤信号，则在基站的B梯应答信号而发车上行接客，但如A梯下方出现任何方向的召唤信号，则B梯不予应答而由A梯去完成。

如当A梯正在运行，其他各层楼的厅外召唤信号又很多，但在基站的B梯又不具备发车条件，而在30～60s后，召唤信号仍存在，尚未消除，则通过延误时间继电器，令B梯发车运行。同理，如本应A梯应答厅外召唤信号而运行的，但由于电梯门锁等故障而不能运行时，则也经30～60s的延误时间后，令B梯(基站梯)发车运行。

3.4.4 召梯信号的登记和响应 3.4.5 电梯运行的方向

3.4.6 识别井道层间距离，实现准确的平层 3.4.7 故障报警控制

通过这几个程序模块以及其他控制程序的模块组成电梯运行时所需功能的总框架。 3.5 对系统进行仿真。

这次的设计中，由于要对电梯控制系统进行仿真，所以我选用了北京亚控公司的King-view6.5组态王软件，并且结合计算机以及S7-200型的PLC对系统进行仿真。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的`组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。PLC为控制装置，在组态软件的画面中生成的虚拟电梯为被控对象，可以通过计算机屏幕观察虚拟电梯的运行情况。PLC的输入信号可以从PLC的开关量输入端输入，也可以在组态软件的画面中用鼠标点击按钮来产生。

在系统仿真过程中，运用到的一些参数可能会有所偏差，所以要通过多次仿真调试才能更接近实际，做到更完善。

4 工作特色及其难点，拟采取的解决措施

4.1 工作特色及其难点

工作特色：随着电梯事业的快速发展，人们对电梯在运行中的可靠性、平滑性、高效性、准确性等都有了更为严格的要求，从而使电梯从故障率高、可靠性差、接线复杂等的继电器控制方式发展为如今安全高效的PLC控制方式。因此PLC电梯控制已然成为电梯行业中互相竞争的资本，所以想要突破现有的技术有一定的成就是十分困难的。

难点：

(1)了解电梯的全部运作方式，以及充分理解并且能运用PLC基本及功能的指令。 (2)通过PLC设计电梯的电梯的厅呼叫控制、电梯的到站指示控制以为电梯的自动平层控制、停留时间等功能，并实现。

(3)用PLC程序设计来实现电梯的并联控制系统。

(4)本次的设计电梯是通过系统仿真，虽然基本结构与实际的电梯能做到完全一样，但是设计中运用到的参数总会与现实稍有偏差，导致最终仿真的结果会有些不符合实际。

4.2 拟采取的解决措施

在进行设计之前，必须先将所学的可编程控制器(PLC)的基本知识、功能指令熟悉掌握，再通过图书馆、上网等方式认真查阅有关技术资料、并且分析此类资料的内容，和所学PLC知识相结合。

熟悉并联电梯的运行过程，并记录，了解其中两条电梯运作的规律以及电梯自动开关门、到站指示、显示电路等。之后选择恰当的可编程控制器的型号，以满足电梯并联控制系统的要求。参考关于电梯并联控制的书籍，对电梯运行过程更进一步的了解和掌握，通过自己的研究以及老师给出的资料进行设计，减少误差，成功完成最后电梯控制系统的仿真。本文中的电梯并联系统仿真较简单，还需要不断的改进和加强。 5 论文工作量及预期进度

2011年12月根据所选课题，完成毕业设计的资料收集工作，并进行汇总整理,研究所收集的资料，定出设计大纲，并撰写开题报告，在指导老师审阅通过后上交，进行开题答辩。

2012年1-3月：完成科技论文翻译工作;进一步了解系统工作原理，确定系统设计方案，完成系统硬件电路设计;准备中期检查。

2012年4月：完成系统各功能部分的软件设计。

2012年5月：写毕业论文，检查全部内容，进行排版整理、定稿，准备答辩。 6 预期成果及其可能的创新点

预期成果：使用可编程控制器(PLC)实现对两台11层住宅区内的民居电梯的并联控制，准确无误的实现电梯的运行过程，并通过组态软件做出仿真。最终完成一篇关于PLC电梯控制系统的论文。

参考文献

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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 machine.Key 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：2.1 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：2.2 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。2.3 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)'=1.0e+002 *[0 -1.2069 - 0.8066i -1.2069 +0.8066i -2.1212]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。2.4 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：1.0e+002 *[-0.1 -1.2069 -0.8066i -1.2069 + 0.8066i -2.1212]（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:2.5 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):643-650.__PLC 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]