PC控制系统范文（精选11篇）

PC控制系统 第1篇

传统运动控制系统如数控系统(CNC)是一种专用的封闭体系结构的系统,但由于其采用一种完全封闭的体系结构,往往存在以下缺点:

(1)系统硬件是各厂商专门设计的,不具备互换性;

(2)系统软件结构是专用的,系统功能的扩充以及更新完全依赖于生产厂商,用户难以添加或修改新的控制方案或扩展新的功能;

(3)采用专门的开发工具,尽管有很多数控系统也可以由用户做人机界面,但必须使用专门的开发工具,需耗费较多的人力,而且对它的功能扩展、改变和维修,很多都必须求助于系统供应商。

开放式运动控制系统相对于传统的控制系统而言,具有灵活配置资源的优点,其应用前景广阔,对开发具有自主版权的开放式控制系统平台具有积极的意义。

随着开放结构的运动控制系统的诞生和技术的不断完善,数控机床制造商可以通过在这种开放结构系统的平台上增加一定的硬件和软件来构建自己的系统。目前,开放式数控系统有两种基本结构:(1)PC嵌入CNC;(2)PC+运动控制板。

许多传统的数控系统产家在生产这类数控系统时不用投入很大的人力物力就可以对原来的数控系统作出较大的改动,大多采用第(1)种方案结构;而对于其它新兴的或是熟悉计算机应用的系统生产厂家,其更多的采用第(2)种方案结构。这种开放结构系统的产品在市场上出现并呈快速扩大之势,对那些传统的数控系统提出了挑战[1]。

2 车床控制系统原理设计

下面以C606123微型车床试验平台为例,来介绍其控制系统设计的内容。

车床控制系统采用PC+运动控制板结构,以PC机为开发平台,采用美国Delta Tau公司的基于PC的多轴运动控制卡PMAC,它提供运动控制、逻辑控制、内务处理、同主机的交互等基本数控功能。控制卡本身具有CPU,同时开放通信端口和结构的大部分地址空间,实现与通用PC相结合,另配置两套松下数字式交流伺服系统,来构建出一套开放式运动控制系统。

PC机实现程序的输入、编辑,参数的设置,运动状态的实时显示及软件仿真等功能。PMAC卡的2个通道与2套交流伺服系统相连,实现电动机控制信号的输出及光电编码器反馈信号的采集,完成轴的运动控制,通过PMAC卡提供的I/O接口来实现PLC功能,如检测行程限位、机床回零等信号,控制机床的冷却、换刀、控制程序运行和手动调整机床等功能。控制系统硬件原理框图见图1。

3 控制系统软件设计

车床系统控制软件设计主要包括的功能有:回零、手动连续进给、增量进给、位置显示、程序编辑、自动运行等功能模式。

软件开发工具:Microsoft Visual C++6.0,Pcom32。

系统平台:Windows XP。

软件架构采用单文档多视图结构,文档为应用软件的数据中心,负责与运动控制卡的连接与通讯,以及各视图之间的数据交换。

3.1 软件结构设计

系统应用软件能够将各轴的运动坐标在应用程序界面的坐标显示区域准确显示,并对轴运动进行手动控制、运动程序自动控制,软件提供运动程序的打开、编辑、修改及保存服务。

软件采用单文档多视图结构,这样既能实现根据用户需要分别显示所需要数据类型和操作接口,又可以保证软件运行时与控制卡连接唯一的连接,避免多个连接时访问冲突的问题[2]。文档作为应用软件的数据中心,负责与运动控制卡的连接与通讯,以及各视图之间的数据交换。多个视图通过对主框架窗口的拆分在各个拆分区域显示或有些视图在一个拆分区域里替换显示,由主窗口类实现对他们的组织与调整。

3.2 系统主要功能模块设计

3.2.1 回零操作

(1)机床不安装独立的回零开关,在回零时就要借用限位开关中的一个作为回零开关使用。在接收回零指令时,先设置卡的相关标志位以使限位功能失效。由于在上次停车时有可能就停在限位位置上,为防止回零失败或导致撞车现象,首先判断当前位置是不是在限位位置上,若不在可以直接进行回零运动,否则应先往回退一段距离,再执行回零运动。在回零运动完成后再恢复限位功能为有效状态,以使限位开关能够正常工作。

(2)在回零搜索过程中存在位置捕获误差,为能获得准确零位捕获,采用两次回零,第一次执行快速回零运动,以快速找到零点的大致位置;然后改变运行速度,再进行一次准确回零运动。

(3)回零偏置,由于是借用了正向限位开关作为回零捕获信号,为防止回零之后就处在限位触发状态,要求以回零捕获位置往负方向退回一定距离作为机床零点,这就要求设置一个回零偏置。详见图3回零控制程序流程图。

3.2.2 建立坐标系和轴配置

PMAC卡要执行运动程序,首先要建立坐标系。由于每个PMAC卡可以建立多个坐标系,先发送“&1”命令以确定所建立的坐标系为1号坐标系,以后运行运动程序就在这个坐标系里完成。

然后再分配电机给轴。系统为两轴系统,即X轴、Z轴。这里指定#1号电机为X轴,#2号电机为Z轴。使用命令语句为:

由于PMAC卡计算处理使用脉冲计数单位,这里A、B用于定义X、Y轴单位的比例系数,希望X、Y轴的单位都为mm,将按照下面的方法计算各轴的比例值。

根据资料得知,所使用的编码器规格为2500线,即4倍频后电机每转能获得10000个脉冲计数;丝杆螺距为X轴6mm、Z轴5mm;电机与丝杆连接方式为直联。通过以上资料显示,电机每转一圈,转换成X、Y轴直线位移分别为6mm、5mm;即X轴位移6mm、Y轴位移5mm,PMAC卡将能够接收到10000计数脉冲。通过分析,得出下面轴比例系数计算公式:

轴比例系数=(编码器线数4)/丝杆螺距

运动程序执行时有速度指定语句,为此需要定义时间单位。根据习惯,速度指定为mm/min模式,这里长度单位毫米已经通过上面的轴比例系数设定,时间单位可以通过设置系统I变量I190=60000(缺省值为1000,即长度单位/秒模式)。

3.2.3 位置坐标显示的实现

采用电机编码器实际位置显示方式,主机每隔150毫秒访问双端口RAM一次,通过动态链接库函数()读取编码器位置,经处理后在屏幕上显示。

(1)双端口RAM的访问

程序开始后设置主机读取双端口RAM标志位,读取标志字判断PMAC卡是否正在写入数据,如果卡正在写入,等待下一次操作,否则读取数据到主机,之后复位主机读取标志位。

(2)数据处理

先判断轴是否已经到位,若不到位,直接将数值作为显示位置值,否则采用平方均值作为显示位置值,并在显示截取时采用施密特滤波的方式进行处理,以消除直接显示数值时跳动的问题。

当检测到轴已经到位时,初始化数组(有20个元素),给数组赋值,对最近20个采集数据进行均平方根求值,再送到显示变量作为显示位置值。

以上采集的数据均为小数点后4位或4位以上,显示时只显示到小数点后3位数值(即显示的最低位为微米)。在截取小数点第四位时采用类似施密特滤波方式,即以前一次显示值为基准B(x.xxx),上下两边以B±0.0007为限,当要显示的位置值在这一范围内,则不改变显示状态,例如:当前要显示位置值为10.0005,就要看前一次显示值,如果是10.000,则还是显示10.000;如果是10.001,就显示为10.001。

3.2.4 其他功能

主要是机床代码程序功能的实现和PLC程序设计。机床代码实现应用PMAC编程语言对G、M、T、D代码解释为子程序调用,只需写好相应的子程序即可。PLC程序设计包括M变量的设置和逻辑控制程序的编写,主要应用于机床外部信号的采集分析和PMAC卡内部状态标志的判断,用于检测整个系统的运行的状态。

3.3 人机界面设计简介

3.3.1 手动操作界面

选择手动模式可以实现手动连续进给、增量进给、回零、主轴手动正转、反转和停止等功能;并能进行限位(X、Z轴的正负限位及回零限位)指示;同时可以进行进给速度修调和选择分辨率;并能显示X、Z轴的命令位置、实际位置和实际速度等。在手动控制模式下随时可以将当前显示坐标设置为零。

根据手动的功能要求,手动界面分为手动连续控制、增量控制、手脉控制、回零控制等四个子界面,用以在各种控制方式下实现手动操作。

3.3.2 自动运行界面

自动运行界面如图4所示,主要包括运动程序管理和运动程序运行操作功自能实现的人机接口。

(1)程序管理

在程序编辑区可以编辑和修改运动程序,其具有普通文本编辑器的基本功能,如剪切、复制、粘贴、删除等文本编辑操作。

在操作工具栏有文件打开、保存的通用文件操作(指计算机磁盘上的文件)。由于PMAC卡执行运动程序要求将程序下载到卡上,为此添加了文件下载、上传操作。下载是指将程序编辑器中的运动程序保存到卡上的程序缓冲区,并设置卡当前程序指针到该程序的开头为程序的执行作准备;上传就是将卡上由程序选择列表中指定程序号的程序读取到主机上并在程序编辑器中显示,以供查看、修改。

(2)程序运行操作

包括程序启动(循环启动)、暂停(进给保持)、程序停止。另外还有程序运行模式选择即连续运行模式和单步运行模式,单步模式主要用于对程序的调试。进给速度修调提供程序指定速度的0~150%范围内改变,这可以在运行程序的任意时间里进行操作。当前运行语句主要用于指示程序运行的进度,让操作者明了程序运行状况。

4 结论

开放式控制系统硬件配置采用市面上通用的标准工控设备,其硬件技术成熟、产品性能稳定、质量可靠。系统操作平台可以采用Windows系统,其友好的界面风格、众多的支撑软件,都能够简化控制软件的开发。本系统经过试运行、试件加工精度等测试,其运行状态良好。

参考文献

[1]缪学勤.基于PC的自动化及其应用[J].自动化仪表,2002(3):23-25.

[2]Richard C.Leinecker、TomArcher著,张艳王学文等译.Visual C++6宝典[M].北京:电子工业出版社,2001.

浅析基于PC的开放式数控系统论文 第2篇

基于PC的开放式数控系统大致可分为以下几种类型：

(1)PC嵌入型CNC：该类型系统是将PC装人到CNC内部，PC与CNC之间用专用的总线连接。系统数据传输快，响应迅速，同时，原型CNC系统也可不加修改就得以利用:缺点是不能直接利用通用PC，开放性受到限制，通用PC强大的功能和丰富的软硬件资源不能得到有效的利用。

(2)NC嵌人型PC(NC嵌人PC型)：该类型系统是在通用PC的扩展槽中插入专用的CNC卡(如运动控制卡)组成的。它能够充分地保证系统性能软件的通用性强，并且编程处理灵活，但是，原型CNC资源很难得到利用。

PC控制系统 第3篇

开源是互联网创新基础

从公众的关注度来看，当红小生马克•扎克伯格可谓春风得意，他刚被《时代》杂志评为2010年年度人物——在当下，互联网是明星CEO和亿万富翁的摇篮；相比之下，做软件，尤其是做Ubuntu这样的开源操作系统，注定是相对寂寞和被冷落的。

但是，马克•沙特沃思却始终保持激情——自掏腰包支持免费的开源操作系统Ubuntu至今已有6年。据了解，Ubuntu始终保持着一年发布两次新版本的节奏，其11.04版本即将在今年4月份发布。而且，在新版本发布期间，Ubuntu还将在印度举办一场全球开发者大会，目前报名人数已经超过800人，这些参会人员的费用将由马克•沙特沃思赞助。

“互联网的确是一个非常好的创新和造富平台，但是如果从互联网应用层往下看，你会了解，是开源软件使得这些创新和造富成为可能。”马克•沙特沃思说，像Facebook、Google这样的互联网公司，它们使用的很多软件都是开源软件，上层应用和下层开源软件之间有着非常紧密的合作关系。“我们相信，将来会有更多的程序以开源的形式写出来。”

PC仍是Ubuntu的重点

据马克（下文中的马克均指马克•沙特沃思）自己介绍，他本次访华有两个目的：一是希望和中国的开发者进行互动和沟通，看他们有哪些创新的想法；二是和联想这样的OEM合作伙伴沟通，看看他们在产品方面是否有一些创新。除此之外，马克还造访了位于北京上地的百度总部——包括百度在内的很多中国互联网公司，它们的服务器大多数都是采用Linux操作系统。

技术和产品的创新越来越快，有时甚至会让人感到累和怕。2008年，上网本风光无限，Ubuntu非常快速地响应市场，推出了Ubuntu的上网本版本。但是仅仅过去两年，上网本就因iPad等平板电脑的兴起而日渐式微。那么Ubuntu是否会推出平板电脑的操作系统呢？

对此，马克表示：“即将发布的11.04版本，是不支持平板电脑的。”但他强调，用于台式机或者笔记本电脑的11.04版本，将会融入多点触摸的技术，这样通过很多厂商的一体机或鼠标的触摸板，都能使用多点触摸来进行电脑的操作。“我们会继续保持对台式机、笔记本电脑的足够关注。”马克说，“因为，台式机和笔记本电脑的销量仍然比平板电脑大得多。”

“当然，Ubuntu也希望像iPad那样，”马克也承认，iPad的简洁界面，对用户来说非常容易上手。因此，在Ubuntu 11.04版本中，大家会发现，界面比以前更干净整洁，用户更容易找到相关的应用程序，并且可以顺畅地在不同的应用程序之间切换。“我们的目标是开发出像苹果那样的系统，而且可以免费给最终用户使用。我们希望这样的操作系统能够安装在我们OEM合作伙伴的机器上，带给普通的消费者。”马克说，他希望新版本无论从质量方面还是用户体验方面，能够给业界树立一个标杆。”

迎接云计算时代

“开源软件正在被越来越多的人接受。”马克介绍说，目前在越来越多的国家和地区，政府招标的时候都会要求使用Linux。据他透露，最近就有四、五个政府项目，在桌面端采用了Linux，这在两、三年前是不可能的；同时，更多大公司已经在向Linux转变。Ubuntu刚和美国一家知名的公司签约，他们90%的电脑都将迁移到Ubuntu桌面上来；除此之外，越来越多的OEM合作伙伴也已经有了预装Linux的需求，包括戴尔、Acer、联想等，都是Ubuntu的OEM合作伙伴。

Ubuntu也将主动迎接云计算时代的到来。马克认为，云计算是一个非常有趣、非常现代、非常抢眼的话题。“在公有云提供商里，像亚马逊等都在采用Ubuntu的服务器版本，这表明大家对Ubuntu服务器版本的肯定。应该说，在云计算方面，我们是走在前列的。”

据介绍，Ubuntu的云计算战略目标是：首先是要让Ubuntu成为最好的服务器平台，让各种各样的用户都能够采用Ubuntu服务器版本部署它的云；其次，是希望业界在云计算方面能够有统一的规范；另外，“我们还希望去推广开源的API，这样保证很多用户都能够免费使用”。

至于盈利的方式，马克介绍说，自2010年4月起，Ubuntu已经把软件中心（Software Center)仓库增加到Ubuntu的操作系统中，这样能够让开发者们提供最好的软件，既能提供给私有云，又能提供给公有云的这些建设或者使用者。用户可以像使用苹果App Store及Android Market一样，在Ubuntu软件中心中下载应用，与开发者则是按照国际通用的三、七分成。

Ubuntu趣闻

1，在开发桌面方面，选择Ubuntu的用户数量要比选择RHEL(红帽的Linux)和Fedora用户数量的总和还要高出三倍。

2，RedMonk分析师Stephen O'Grady分析了来自“黑客新闻”的170万条资料，发现有近万条新闻提到过Ubuntu，而只有不到2500条提到了红帽公司的Linux和Fedora。

3，一款叫“疯狂的小鸟”的游戏最近非常流行。令人兴奋的是，游戏开发者说准备将这款游戏带到ubuntu上来。

基于PC的分拣控制系统设计与实现 第4篇

当今社会, 随着经济和生产的高速发展, 自动分拣系统在生产工业中发挥着举足轻重的作用。各行业对高精度、高效率的自动分拣系统的要求正在不断提高, 用自动分拣系统替代人工分拣的方式, 以提高生产效率, 防止差错、减少损坏、降低生产成本已被广泛认同。拥有一套实用、 经济、适应性强的分拣控制系统则成为生产工业领域研究的热点。

自动分拣系统是指能够识别物品的某个ID属性并据此对物品进行分类传输的自动装置。通常自动分拣系统是由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。 其中控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号, 根据分拣信号的要求指示分类装置对商品进行自动分类, 分拣控制装置是整个分拣系统的核心。

以分拣控制系统为研究对象, 对基于PC计算机为分拣控制的相关问题的探讨, 最终提出了一种自动分拣控制系统实现方案并给予实现。

2 项目背景及系统设计思想

2.1 项目背景

结合企业的实际需求, 要将大量市场回收的纸箱进行分拣处理, 加以循环利用, 回收后的纸箱各种类型混杂在一起, 而且变形严重, 不同类型的纸箱外形差别不大, 人工分拣效率低且容易出错; 关键是包装产品的纸箱如果用错, 流入市场后将造成严重的质量事故, 不仅影响产品在市场的形象而且损坏企业的声誉, 对一个企业这种事故是不允许发生的。因此设计一套分拣效率高、误差率低、可靠性好、 适应性强的自动分拣系统来替代人工分拣, 以满足企业生产管理和质量管理的需要,显得急迫和重要。

2.2 设计思想

企业回收纸箱的类型不多, 就二十几种, 不涉及复杂的分拣工序, 回收的纸箱在经过整压之后, 在纸箱侧面有一个纸箱类型条码, 可采集纸箱类型条码作为输入信息, 在经过分拣控制系统识别判断后, 由判断的结果决定输出端向电气器件发出指定信号, 从而驱动机械装完成自动分拣纸箱的任务。

针对需求, 提出了两种解决方案, 第一种是以PLC为控制核心的分拣方式, 这种方式需要 用到PLC控制设备 ,WINCC等组态软件及其他一系列的配套设备来完成分拣控制功能, 是应用比较普遍的一种方式; 第二种是基于PC计算机的应用程序作为控制核心, 用固定条码扫描器对纸箱条码进行采集, 将采集的条码信息反馈给PC计算机核心处理单元, PC核心处理单元对接收的信息进行逻辑判断, 通过I/O控制卡控制电磁阀开关来达到驱动气缸实现分拣动作。

通过表1的几项因素的分析, 又鉴于要分拣的纸箱类型不多, 主要是对分拣的精度和效率要求比较高, 本着实用、经济的原则, 采用了基于PC计算机应用程序为控制核心的方案。控制系统结构图如图1所示。

3 实施难点

3.1 跨线程任务交互处理

根据系统设计要求, 在监控界面上必须实时刷新采集到的条码信息和数量, 以实现对分拣过程的监控, 本系统核心控制模块是通过RS-232的通信方式与各分拣道的条码扫描器进行通信, 用VS2010中提供SerialPort控件来接收串口数据, 在接收串口新数据时, SerialPort控件的DataReceived事件将在辅助线程中被引发, 在辅助线程中完成指定任务后还要将结果返回到主线程进行处理, 即在应用程序主界面上实时刷新从串口接收到的信息, 这个过程涉及跨线程进行参数传递和任务处理,是通过委托Delegate (Invoke) 的方式完成多线程任务交互。

3.2 I/O 卡的驱动和控制

系统是通过I/O卡来控制电磁阀的开关, 从而控制气缸进行分拣动作, I/O卡是选用研华PCI-1761的产品, 需要熟悉和掌握第三方提供SDK和动态链接库的调用方式和方法, 以达到对各路输入/输出的控制目的。

4 系统实现

本系统基于.NET FrameWork 4.0的框架的桌面应用程序(C/S), 开发工具使用VS2010 C#, 数据库使用MsSQL2008企业版, 可以通过参数配置文件方便地设置分拣物品的属性和分拣设备的动作参数。

4.1 系统逻辑判断原理图与接线图

4.2 功能模块图

这里只对系统核心功能进行阐述, 其他常用系统功能的实现在此省略。

4.3 主体功能实现

4.3.1 扫描器运行参数设置

在将PC计算机与条码扫描器通过串口连接好, 再安装扫描器的参数设置软件, 然后根据实际需要对条码扫描器进行运行参数设置。

设置表2中参数后, 参照图1将相关器件连接好, 通过扫描器控制盒连接的光电开关触发扫描器读取条码, 从扫描器自带调试软件Genius测试读码器的显示终端检查条码读取是否正常。测定正常后通过Genius将设置好的参数发送并保存到扫描器上, 扫描器就可以上线工作。

4.3.2 串口通信控件参数设置

SerialPort控件串口通信参数是通过程序进行初始化设置 ,实现代码如下:

4.3.3 条码采集及界面实时刷新

每个分拣单元主要有3层处理过程:

(1) 光电传感器触发条码扫描器进行条码采集。

在分拣物品到达条码检测起始点时, 光电传感器被触发,通过条码扫描器控制盒通知条码扫描器开始扫描条码, 控制盒将条码扫描器反馈的信息通过串口回传给PC核心控制程序进行判断分析, 分拣核心控制程序立即将判断结果向I/O卡和系统界面发送, 以实现分拣动作和系统界面数据刷新。

(2) SerialPort控件的serialPort1_DataReceived事件被引发和任务处理。

在串口接收到一个完整条码信息后引发serialPort1_DataReceived事件 , 在这个事件中将完成条码的判断分析、监控主界面数据更新、向I/O卡发出通断控制信号。

(3) SerialPort控件数据读取及使用委托实现跨线程传递参数。

SerialPort控件数据接收是通过一个专门的辅助线程实现的, DataReceived事件就在这个辅助线程中运行。由于辅助线程的优先级比较低, 因此直接将辅助线程中的参数赋值给主线程中控件时会引发线程异常, 导致监控界面数据更新失败。所以从串口收到的数据无法直接为主线程中的控件赋值, 需要通过委托 (Delegate) 实现。将Invoke方法内的命令在调用Invoke方法的对象所在的线程上执行, 可以比较稳定地实现辅助线程向主线程传递数据。

上述几个过程关键代码实现如下:

4.3.4 分拣动作处理

系统分拣动作是通过I/O卡的通断控制电磁阀开关来实现气缸的推动和复位动作, 为达到较高的分拣精度, 气缸推动动作要在两个串联的开关都闭合后才能发生, I/O卡发出接通信号, 电磁阀是第一处开关闭合; 待分拣物品通过传送带到达指定分拣口的触发点, 在该位置的光电传感器在检测到分件物品后, 电磁阀的第二处开关闭合, 气缸发生推缸动作, 将物品推入到分拣道口。

4.3.5 I/O卡驱动及控制

将PCI-1761的驱动程序和SDK在计算机上安装好之后,在计算机PCI插槽中安装PCI-1761卡片, 在控制面板/系统/设备管理器的设备管理器中找到卡片, 如果连接正常就可以进行程序调用。

调用过程: 先在VS项目中添加引用PCI-1761卡片开发商提供的DLL驱动函数库, 进行相关API功能调用, 如图4所示。

在VS2010的工具栏中添加PCI-1761的instantDoCtrl控件, 并在其SelectedDevice属性项中设置好对应的设备型号(PCI-1761, BID#0), 如图5所示。做好上述操作设置之后就可以编写调用程序, 具体调用代码如下:

5 项目实施总结

5.1 系统运行效果

自系统上线以来, 在纸箱回收车间取得了非常好的实际应用效果, 首先是纸箱的分拣效率有了很明显的提高, 能很好地满足企业生产应用; 第二, 以自动分拣替代人工分拣的方式,分拣精度有了很大的提高, 杜绝了纸箱分拣的错误, 自系统运行以来没有出现因纸箱用错而带来的质量事故; 第三, PC计算机应用程序作为控制核心可以很方便地将分拣的信息发送给生产管理人员, 让生产管理人员即时知道可用的纸箱型号和数量, 为生产组织提供数据参考。另外系统的应用减轻了纸箱回收车间分拣的工作量, 有效降低了分拣的人工成本, 使生产组织更加合理有序。

5.2 系统应用扩展

本系统特点是实用、快捷、灵活、经济、 可靠、维护成本低, 且系统可扩展性强, 可以通过Webservice或者SOA等方式进行数据集成和调用。如果要分拣其他的物品, 只需要对系统配置文件做简单修改即可投入使用。

6 结语

介绍了以PC计算机应用程序为控制核心的模式下完成自动分拣控制系统的设计与实现, 简要描述了该分拣控制系统误差率低、效率高、适应性强、经济实用等优势。 以PC计算机作为控制核心的分拣系统有很强的适应性和扩展性, 在工业生产和物流行业中具有很好的应用价值。

摘要：阐述了基于PC的分拣控制系统设计及实现过程,探讨了系统的优势,并给出部分关键代码。

PC控制系统 第5篇

目前嵌入式计算机系统应用呈现多样化、小型化、多层次的趋势，在工业现场和军事用途中扮演着越来越重要的角色。随着各种应用对操作系统和软件要求的日益提高，使得具有广泛适应性的PC构架的嵌入式计算机系统倍受青睐。尤其是Compact PCI总线在工业和军用领域的广泛应用，为PC构架的嵌入式计算机系统提供了更多的应用环境。然而，对于一个计算机系统来说，主机开发周期一般都较长，也较为复杂。CompuLab公司开发的系列嵌入式PC模块为开发PC构架的嵌入式计算机系统提供了新思路。即以嵌入式PC为核心，通过各种总线桥接电路开发出适应各种总线要求的嵌入式计算机；同时也为迅速提高各种嵌入式计算机系统的性能提供一条行之有效的途径。

本文介绍以CompuLab公司的系列嵌入式PC模块为核心的嵌入式计算机系统的一个设计实例。

1 CompuLab 786CORE

以色列公司CompuLab生产的786CORE是一种小型的、功能很强的高性价比单板嵌入式PC模块，它适用于各种以PC构架为基础的嵌入式应用中。786CORE配置了运行WINDOWS、Linux、VxWorks和DOS等操作系统所需的各种芯片组，并配置了相应的BIOS。

嵌入式PC模块786CORE具有体积小、功能强等特点。整个模块面积仅99mm×69mm，却集成了PIII赛扬400～700MHz地CPU、32～256MB SDRAM、LPC、5V兼容的PCI及AC97总线控制，同时还提供VGA/SXGA、两个USB接口、两个PS/2接口、两个10Mbps/100Mbps以太网接口、ATA IDE接口、软驱接口、一个RS-232和一个RS-422串口。为了适应嵌入式应用，786CORE还内置了嵌入式BIOS。

图1为786CORE的体系结构框图。

786CORE强大和灵活的功能为嵌入式计算机系统设计得提供了较为广阔的设计空间。尤其是通过PCI总线开发出的Compact PCI总线体系结构，更加扩展了该嵌入式系统的功能和应用领域。然而，由于Compact PCI总线的电气性能和协议的特殊性，基于该总线的设备开发难度可想而知。通常采用多种PCI桥接逻辑，将Compact PCI总线上的操作转换成其成较为简单的总线操作。

最易被忽视的系统基石PC驱动程序 第6篇

什么是驱动程序

驱动程序(Devce Driver)全称为“设备驱动程序”。它是添加到操作系统中的一小块代码，包含有关硬件设备的信息。有了此信息，计算机就可以与设备通信。它相当于硬件的接口，操作系统只能通过这个接口，才能控制硬件设备的工作。

操作系统——最庞大的驱动库

大家使用的操作系统实际上是一个容纳各种硬件驱动的庞大驱动库。用户在装好操作系统后就会发现，它实际上已经自带有很多硬件的驱动程序，如硬盘、显示器、光驱、键盘、鼠标等。而随着操作系统的不断升级，操作系统的驱动库也在不断扩容，例如现在的windows Vista操作系统完成安装后需要用户手动添加的驱动已经很少了。即便一些较新的硬件的驱动可能无法在操作系统中找到，只要通过WindowsUpdate功能就可以下载到。

无论是操作系统自带的驱动还是通过Windows Update功能下载更新的驱动，对于操作系统来说都是最为稳定的。大家也许对WHQL(Windows硬件设备质量实验室)还记忆忧新，事实上为了保障用户操作系统的稳定性，WHQL会对厂商们的驱动一一进行检测，并从中筛选出对系统最为稳定的版本，并授予数字签名。而系统自带以及Windows Update下载到的驱动都是严格通过WHQL认证后获得数字签名的。

系统自带驱动并非完美

虽然操作系统本身已经能够提供用户所需的最稳定的驱动，但它能够保证的只是让系统不会因为硬件驱动程序的原因而导致死机、蓝屏等异常现象，而性能方面则不在WHQL的考虑范围内。用户们也会发现系统自带或是通过Windows Update功能下载到的驱动在功能上非常少，例如我们使用的操作系统虽然能够正确安装一款AMD-ATi芯片显卡的驱动，但是AMD-ATi的Catalyst Center(催化剂驱动控制中心)功能却不见了，一些声卡虽然装好系统就能发声，但是前置音频调节、特效场景选择等功能也根本没有。这些功能、效果其实并不是纯粹的驱动，而是硬件厂商根据自家产品设计的软件程序，拱作系统集成的则是最纯粹的驱动程序，不包含此类功能软件。单纯的驱动是无法满足用户在功能上的需要的，同时用户也不可能单纯依靠等待系统更新来获得驱动。硬件产品驱动光盘上的驱动程序也不是最高效的。获得完美驱动程序的最高效方式仍然是自己下载。

更新驱动打造完美平台

驱动的不断更新意在提升产品性能，改善产品对其他硬件或软件的兼容性并消除老版本驱动上存在的Bug等等。以AMD-ATi目前最新发布的atalyst 8.10 Hoffix Driver为例，这是一款在Catalyst 8.10基础上进行了改良的驱动。它对《Far Cry 2》、《S，T，A，L，K，E，R，晴空》以及《战火兄弟连：地狱高速》等最新游戏大作都有了优化设计，能够让游戏运行更加流畅。而用户凭借驱动光盘里的老版本驱动或是系统自带的驱动是无法享受到这些优化设计的。

在选择驱动时，用户应该时刻关注驱动信息说明。首先以稳定性作为前提，尽可能选择通过微软WHQL数字签名的驱动程序。而各种操作系统所需要的驱动是不一样的，因此必须选择操作系统所对应的驱动版本。同时，还需要考虑驱动程序所对应的硬件产品型号，即便是出自同一家厂商的产品，不同型号对应的驱动也可能不一样。例如NVIDLS旗下的GeForce 7系列显卡产品就无法使用目前较新版本的驱动，因为自GeForce 8系列开始，NVIDIA显卡就步入了DirectX10时代，显卡的渲染架构发生了质的改变，为DirectX 10显卡设计的新版本驱动已经无法再满足DirectX 9的GeForce 7系列以及更老的NVIDLA显卡了。此外，还可以通过驱动信息说明了解该版本驱动相对于前一版的改进，例如对哪些游戏做了优化设计。修改了哪些兼容性问题等等。

基于PC的静力试验台自动控制系统 第7篇

关键词：静力试验,自动化,可编程逻辑控制器

0 引言

静力试验是实现结构件焊接部件应力释放和研究结构破坏的重要手段。它用于确定结构件在一定的载荷作用下的应力分布、承载能力和稳定性,从而检验结构件是否达到设计要求。同时可以验证理论分析和计算方法的可靠性,或由试验提出新的理论和计算方法。在许多领域,尤其国防军事武器和航空航天中都有应用[1,2,3,4]。

静力试验可通过机械、电力和液压等方式实现,其中液压加载凭借其良好的稳定性和较大的压力,在工程实践中得到了广泛的应用[5]。早期的静力试验都是通过人工调整压力大小,调整的依据是经验和压力表的读数。随着对加载试验过程要求的提高,原有的液压加载方式已经不能满足这种要求。目前在国内的航空、航天和汽车行业,计算机控制静力试验系统已经得到广泛的应用,但基本都是整套从国外引进,进行自主研发的很少。这类试验系统通常由液压油车、配有电液伺服阀的液压缸、拉压力传感器和试验过程控制器等。

笔者根据某型号产品的加载需求,开发一套集机液电一体的静力试验台控制系统,以实现静力试验自动化控制,大幅提高试验精度和稳定性。

1 静力试验台控制系统结构

根据试验需要,该试验台控制系统由工业计算机、PLC、变频器、油压传感器、A/D模块、D/A模块、倾角传感器、应力应变仪组成,系统机构框图如图1所示。

该静力试验控制系统包括调整系统、压力控制系统和测试系统:

(1)调整系统包括操作面板、变频器、倾角传感器和调整电机。在试验产品安装时需要调整产品位置以保证加载时受力均衡。操作面板可通过控制变频器实现精确点动调整,同时通过高精度倾角传感器保证试验产品位置的准确性。

(2)压力控制系统的核心是PLC,上位机通过与PLC的串口通讯,控制油泵电机启停以及液压回路中各电磁阀的开关,从而调整加载压力的大小。系统中油压传感器实时反馈,形成闭环控制系统,保证系统压力稳定可靠。

(3)测试系统为应力应变仪,通过USB与计算机建立数据通讯,可扩展至320个测点。若配接适当的应变式传感器,可以对多点静态的力、压力、扭矩、位移、温度等物理量进行测量。

2 硬件设计

2.1 A/D模块和D/A模块

该试验台主要是通过液压传感器的反馈信号来实现对压力的调整,所以压力信号传输的及时性和稳定性是系统的关键性指标。而研华公司生产的ADAM4017型A/D模块有16位采样精度、10 Hz采样频率和8位的输入接口(其中6路差分和2路单端输入)[6],满足要求。A/D模块与计算机采用485通讯,具有良好的抗噪声干扰性和较高的传输速率。

D/A模块用来将上位机的数字信号转换成0~10 V信号用于控制变频器。因仅需要一路D/A,市面上没有合适的成熟产品,笔者自己开发了一套基于DAC8532芯片的D/A采集模块。

2.2 PLC

在工业自动化控制手段中,PLC的开关量控制和顺序控制功能占有很突出的地位。该试验台液压系统需要较快的响应速度和较强的稳定性,故选用PLC来控制油泵电机的启停和各液压电磁阀的开关。

选用PLC时要考虑:在满足控制要求的前提下,设计尽量合理、经济,既要能发挥PLC控制的优点,又要尽量减少PLC硬件系统的浪费,同时还要保证PLC控制系统的可扩展性[7]。考虑到静力试验台控制对象主要为液压系统中电磁阀和油泵电机的动作,输入/输出点数不多,但是对动作的准确性和及时性有较高的要求,本研究选用了三菱公司FX2N-48MR型号PLC。FX2N系列有着小型号、高性能、高速度、高性价比和使用方便的优点[8]。

2.3 工作台调整系统

该试验台结构支撑装置需要对试验件进行定位和调整,故需要底座垂直和水平调整、左支架水平和垂直调整、右支架水平和垂直调整6个自由度。工作台调整系统通过D/A模块将计算机输出的数字量转换成模拟量(0~10 V)驱动变频器,0~10 V的驱动电压对应0~50 Hz的控制频率,由变频器驱动电机,从而实现对电机的无极变速,精确地控制试验件的位置和状态。

3 软件设计

本研究基于VC++平台开发了该试验台的控制程序。操作界面分为控制模块、数据测试模块和数据显示存储模块。软件流程图如图2所示。

3.1 控制模块

上位机与PLC之间采用232通讯标准,使用MFC中MSComm控件实现通讯。由于该静力试验需要静载保压24 h以上,故实现自动保压非常重要。当系统压力调整到试验所需压力时,只需单击“保压”按钮,实现自动保压,输入保压时间后开始倒计时。程序利用定时器,每30 ms检测一次系统压力,如果压力在允许范围内,继续保压,如果小于最低压力,则控制PLC对液压系统操作,启动油泵电机进行补压。倒计时完成时,程序自动完成卸载,试验结束。

3.2 测量模块

上位机与DH3818应力应变仪采用USB接口连接,使用应变仪二次开发控件API函数,依次完成参数设置、查找机箱、平衡以及采样操作。可以设置自动定时采样,控制采样频率。核心程序代码如下:

3.3 数据显示及存储模块

为了方便操作员及时对试验件状态的观察与分析,程序中设计了表格及图形显示,表格通过VC的MSFlex Grid表格控件记录下每一次采集的时间、压力和应变信息,同时根据表格中的数据绘制“时间应变”曲线,方便、直观地观察应力变化。数据表格和曲线显示界面如图3、图4所示。

该试验数据信息量巨大,如果要在VC中进行处理,很难尽如人意,笔者通过在VC中启动EXCEL的编辑环境,并创建一个EXCEL文件,在试验进行过程中源源不断的将试验数据存储进EXCEL文件,试验结束,则可以打开存储的EXCEL文件,对数据进行分析处理。

4 结束语

本研究的试验台提供了一种长时间、高压力静载试验的解决方案,并且使用EXCEL文件存储试验数据,方便分析处理,通用性强,采用定时器实时反馈压力值,继而进行调整,稳定性较高。该系统同时设置了压力保护和应变保护,任意一种条件出现异常就会启动报警程序,等待人工干预解除。实践证明,试验压力波动范围可以在24 h内控制在0.2 MPa,系统使用方便,稳定可靠,试验数据准确,曲线完整。

参考文献

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PC控制系统 第8篇

比对式力标准机(简称比对机)是称重传感器生产过程中必不可少的设备,在其机械结构设计合理的前提下,整机的功能和性能很大程度上取决于其控制系统,因而控制系统在比对机中显得尤为重要。但目前国内使用的比对机很多是1990年代的产品,其控制系统硬件复杂、庞大,可靠性不高,且手动操作,使用不便。随着计算机技术和微电子技术的发展,对其控制系统进行自动化改造已十分必要。当前,比对机控制系统自动化方案很多,其中主要的思路是把微机(PC)和另外一种微处理器相结合,组成上位机和下位机结构[1],从而实现比对机测试过程的全自动控制以及数据的自动采集和处理。本文给出了一种基于PC和DSP的比对机控制系统改造方案[2,3]。

2 控制系统总体结构

本文设计的比对机控制系统采用两级结构,由上位机PC和以DSP为核心的伺服控制器构成。PC通过运行自动测试软件,主要完成人机交互、控制策略规划、数据处理、曲线显示、测试报告生成、控制命令发送等功能;而基于DSP的控制器则根据上位机的控制命令,并结合电流环、速度环等现场信号,对电液伺服系统进行控制。控制系统总体结构如图1所示。

3 下位机硬件设计

控制系统下位机的硬件结构如图2所示。整个系统主要由3大模块组成:以智能功率模块(IPM)为核心的主电路功率模块;以PC和DSP为主要部件的控制模块;以增量式光电编码器、霍尔传感器等组成的信号检测模块。

逆变电路采用智能功率模块PM25RSB120。该模块内部包含了7个IGBT、6个续流二极管、栅极驱动电路、逻辑控制电路、以及欠压、短路、过流、过热等保护电路。模块的主电路部分共分5个端子,即2个直流电压输入端和3个三相交流电压输出端。控制部分共有15个端子,用于PWM信号输入、故障信号输出及驱动电源。

DSP控制模块是整个控制系统的核心。DSP采用TI公司的TMS320LF2407A,其具有高性能的C2XLP内核,采用改进的哈佛结构,四级流水线操作,片内集成的两个事件管理器EVA和EVB,每个事件管理器模块包括定时器、比较器、捕捉单元、PWM逻辑电路、正交编码脉冲电路及中断逻辑电路,是数字电机控制应用的非常重要的外设;片内集成的SPI和SCI接口可以方便地和上位机、外设等通信;两个10位8路A/D转换器可同时并行地完成两个模拟输入的转换;40个可独立编程的复用I/O口可以作为键盘和显示的输入输出口。

在永磁同步电机控制中,由于电机采用星形接线,故三相定子电流的检测只需检测其中两相即可(-ic=ia+ib)。系统中的A、B两相定子电流信号的采集由两个霍尔电流传感器完成,从传感器输出的信号经过信号比例调节和电平提升环节,使信号转换到0～3.3V,然后送入DSP的A/D转换接口。

4 控制系统软件设计

4.1 上位机测试软件设计

测试软件是整个控制系统的核心之一,为了完成其定义的功能,软件系统主要包括参数输入、数据采集处理、数据运算、控制命令发送、数据库管理等模块。其中,参数输入模块主要负责各种控制命令参数及传感器本身的信息参数的输入;数据采集处理模块主要用于对数字仪表采集到的信号进行处理,形成原始记录和检定证书;数据运算模块用于对采集的标准传感器信号进行处理,形成控制信息;控制命令生成模块的主要任务是根据输入命令和数据运算结果生成控制命令并向DSP发送;数据库管理主要用于对测量数据的存储和查询,实现对测量数据的管理。测试软件体系结构如图3所示。

4.2 基于DSP的矢量控制调速系统软件设计

系统中电机控制采用矢量控制调速技术。矢量控制的基本思想是在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律。在磁场定向坐标上,将电流矢量分解成为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量,并使得两个分量互相垂直,彼此独立,然后分别进行调节,这样交流电动机的转矩控制,从原理和特性上就和直流电机相似了。因而矢量控制的关键是对电流矢量的幅值和空间位置(频率和相位)的控制[4]。

矢量控制算法是在DSP中完成的,系统采用电流内环和转速外环双闭环控制,使用PI控制器,离散PI控制器的基本原理可以表示为[5]。

其中,Kc=Ki/Kp。系统控制模块流程图如图4。

5 系统实现

本系统总体上分两部分实现,即自动测试软件和基于DSP的交流伺服系统。在Visual C++平台上开发的比对机上位机测试软件[6],主界面如图5所示,其主菜单包括参数设置、用户管理、测试结果和帮助,当系统和产品相关参数设置完毕后,点击“开始测试”控件便可进入测试界面,开始动态记录和图形显示相关测试数据。

为了提高控制系统的精度和缩短测试周期,伺服系统由两套相同的控制器和电机组成,其中一套在快速加压后起保压作用,而另一套则用于微调加压,两套伺服的功能由上位机进行协调。伺服系统中控制器采用上述基于DSP的调速控制器,电机采用输出为0.9kW,额定转速为1200r/min的永磁同步电机。

6 结语

应用本文所述方案,对一台30T比对机控制系统进行自动化改造。初步调试结果表明,该方案不仅实现了测试过程的完全自动化,还较大程度地完善了设备的功能,提高了设备的性能和可靠性,使测试周期从改造前的约12min减少到改造后的约5min,显著地提高了工效。同时,此控制系统硬件简单,稳定可靠,成本较低,是一种比较理想的比对机控制方案。但是,此系统还在探索阶段,有待完善和提高,研究和应用鲁棒性更好,响应速度更快,控制精度更高的控制算法,从而进一步提高性能和节约硬件成本是将来努力的方向。

摘要：力标准机的功能和性能很大程度上取决于其控制系统。根据力标准机的相关标准和应用要求,给出了一种基于PC和DSP的力标准机控制系统方案。试验结果表明,该方案很大程度地提高了设备的精度、速度和可靠性,增强了操作性。

关键词：力标准机,控制系统,数字信号处理器,矢量控制

参考文献

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[5]林立.基于DSP和IPM的永磁同步电动机调速控制系统[J].电机与控制学报,2005(7):403-404.

PC连续箱梁优化设计及系统开发 第9篇

关键词：连续梁,优化设计,系统开发

G.Magnel于1948年首次提出PC结构受弯截面预应力最优化设计。早期研究中, 主要针对简支空心板梁、T梁进行优化设计, 在工程实践中, 已取得了显著的效果[1]。

对于PC连续梁的优化设计, 目前主要针对小跨度连续梁桥, 或者满足某些特定条件下 (梁体截面尺寸确定、施工工艺确定) 的结构。但设计变量考虑不够全面, 优化模型与结构分析程序之间连接不够紧密, 自动优化程度不高。故建立完善的PC连续梁优化模型, 开发自动优化系统, 对于PC连续梁桥的优化设计具有重要意义[2,3]。

1 PC连续梁的优化设计

PC连续梁优化设计包括结构参数的选取与预应力筋的估束。针对连续梁桥的自动估束, 以往优化设计中, 需要以上、下缘截面钢束作为其中一个设计变量, 总造价或者钢束总量作为目标函数, 控制截面应力作为约束条件, 通过优化算法进行求解。

1.1 设计步骤

目前通过结构分析程序可以实现连续梁的估束功能, 不同结构参数下的连续梁, 对应不同数量的钢束。基于该理念, 本文提出连续梁桥自动估束的一种新方法:由优化模型不断地修改设计变量, 借助结构分析程序进行连续梁的估束与应力、挠度、剪力 (以下统称“效应”) 的计算, 以此作为约束条件, 最终求得目标函数的最优解。

具体步骤如下:

(1) 将初始设计变量代入结构分析程序, 进行连续梁的第一次估束与效应计算;

(2) 估束得到的预应力筋与全桥混凝土总造价作为优化模型的目标函数, 计算效应不超过允许值作为优化模型的约束条件, 建立优化模型;

(3) 求解优化模型, 若目标函数并非最优解, 则由优化模型修改设计变量, 将第2组设计变量代入结构分析程序进行第2次估束与效应计算, 再次执行步骤 (2) 、 (3) , 如此反复循环迭代, 直到求得最优解。

1.2 优化设计变量的确定

(1) 跨中、支点梁高 (KZH0, ZDH) ;

(2) 跨中、支点处底板厚 (BH0, ZBH) ;

(3) 底板上、下缘抛物线次数 (DD, OO) ;

(4) 腹板变化厚度 (FH1, FH2) ;

(5) 腹板厚度变化位置距中支点的距离 (FHL1) ;

设计变量确定为:

通过对国内外两百多座变截面连续梁桥进行统计, 得到上述设计变量的取值范围。

(1) 跨中梁高/中跨长度:

(2) 底板下缘抛物次数:DD=1.2~2.5;

(3) 底板上缘抛物次数:OO=1.2~2.5;

(4) 跨中底板厚度:BH0=25~35 cm;

(5) 支点梁高/中跨长度:

(6) 腹板变化厚度:FH1、FH2=30~150 cm。

连续箱梁截面如图1所示, 由于连续箱梁截面涉及变量较多, 仅以9个关键因素作为设计变量, 其他变量需在优化之前指定, 由此便可计算出任意截面的特征值。

1.3 约束条件

为了保证结构运营安全可靠, 需控制结构在使用过程中的应力、挠度、剪力, 以此作为约束条件。本文还同时考虑了剪切应力作为约束条件, 以保证箱梁在使用过程中不会发生腹板剪切破坏。

(1) 梁体应力约束

式中:, 分别为恒载与活载共同作用下 (考虑上下缘预应力钢束配置引起的效应) 箱梁上、下缘最大、最小应力列阵, 压为正, 拉为负;分别为混凝土材料容许压、拉应力。

(2) 梁体位移约束

式中:为静活载作用下梁体最大位移列阵;为梁体位移限值。

(3) 梁体剪力约束

由于本程序并不能够考虑纵向预应力束弯起部分对剪力的影响, 故而将预应力混凝土结构当做普通钢筋混凝土结构进行抗剪验算。

式中:为承载能力极限状态基本组合下, 单元左右截面最大剪力列阵;为单元左右截面腹板宽度列阵;为单元左右截面有效高度列阵。

1.4 目标函数

以混凝土和钢束造价之和作为优化目标函数, 即:

式中:C1、C2分别为混凝土单位体积造价和用量;G1、G2分别为钢束单位重量造价和用量。

1.5 优化算法

本模型采用混合整型二次规划法程序 (MIQL) 进行求解[4,5]。MIQL主要求解严格的凸形混合整型二次规划问题, 该问题的线性等式和不等式约束及目标函数如下:

式中:C为n×n阶正定矩阵;n=ni+nc;d为一个n维列向量;a为m×n矩阵;b为m维列向量。xl, xu, yl, yu分别为连续变量x、整型变量y的上、下界。为了符号统一, 这里引入两个索引集I和J, , 当时, , 同样当时, 。

如果, 那么形如式 (6) 的混合整型二次规划问题可以通过分支切割法求解。目前该程序已经应用了补余圆整割平面和离散割平面两种不同的割平面法。

1.6 结构分析程序

由于MIQL优化程序在运行时, 需要不断读入不同设计变量值下的约束条件值及目标函数值, 以求得约束条件及目标函数对设计变量的导数值。对于PC连续梁的优化计算, 约束条件值及目标函数值的获得需要通过结构分析计算获得, 而目前大型商业桥梁计算软件都没有向用户开放调用其分析程序的接口, 故无法利用这些软件进行优化计算。本文根据有限元一般方法及桥梁施工、计算的特点改编了连续梁结构分析程序, 以满足优化过程中结构重分析的需求。

本结构分析程序能够实现如下功能:自重及二恒内力计算;附加荷载 (整体升、降温) 内力计算;活载内力计算;成桥阶段预应力估束计算[6,7]。

2 悬灌连续箱梁桥自动优化系统[8,9,10]

本文提出的优化模型规模较大, 优化过程需反复调用结构分析程序, 故采用计算效率较高的FORTRAN语言编写本系统内核, 利用VB进行程序界面设计, 程序运行时调用DLL (动态数据连接库) 函数, 采用本方法既能增加程序的计算速度, 也能增加程序的可操控性。系统程序编译流程如图2所示。

该系统包含总体信息、箱梁信息、梁段信息、横隔板信息、使用信息、优化信息6个子界面。前5个子界面用于确定连续箱梁的相关结构建模参数, 最后一个子界面用于确定优化建模参数。

该优化系统适用于箱梁构造的3跨悬灌连续箱梁桥, 只需在程序界面中输入相关设计参数的初值, 设计变量及约束条件的限值, 即可进行自动优化设计。另外为了保证优化设计的成果满足规范限值条件下并留有一定安全储备, 可以对约束条件的限值进行调整 (高于规范标准) 。

该系统可以实现如下功能: (1) 得到最终优化目标函数以及对应的设计变量值; (2) 生成绘制优化后连续梁截面、梁体立面图的lsp语言; (3) 生成优化后的连续梁在桥梁博士 (Dr.bridge V3.0) 中建模的脚本文件。

3 实例分析

3.1 耒水桥概况及优化建模

本文以一座已经运营的3跨悬灌连续箱梁桥耒水桥为例, 对本系统进行验证。耒水桥主跨为65 m+115 m+65 m, 桥宽29 m, 分上下两幅。梁段划分可直接指定, 当设计人员选择程序自动分段时, 程序按“4 m段数→3.5 m段数→3.0 m段数”来处理悬灌节段数。耒水桥离散单元总数为86个, 优化模型中应力约束条件数为688个, 位移条件约束数为87个, 抗剪能力约束数为344, 优化求解收敛精度取值0.1。

3.2 优化结果

优化结果表明, 耒水桥底板厚度, 跨中、支点梁高, 底板顶、底缘抛物线次数均发生了较大变化, 优化前后设计变量、目标函数的对比如表1、表2所示。

3.3 优化结果验证

优化计算结束后, 本系统将会输出结构参数经过优化后的全桥有限元模型脚本文件, 将该文件导入到大型通用商业桥梁专业软件桥梁博士 (Dr.bridge V3.0) , 即可在桥梁博士中完成全桥模型的建立。导入脚本文件后在桥博中形成的全桥模型如图3所示。

本系统按正常使用极限状态下标准值组合进行钢束估算, 并会计算布置钢束后主梁截面的应力。桥博中进行钢束估算计算后, 会输出承载能力极限状态、正常使用极限状态两种状态下的各单元左右截面上下缘钢束用量, 但不计算布置钢束后主梁截面的应力。

本文列出部分截面钢束用量, 从表3中可以看出本系统输出的优化估束面积和桥梁博士对优化模型进行估束计算后的面积基本相同, 说明本系统的优化估束功能正确。

本系统按估算钢束配置后, 主梁在正常使用极限状态标准值组合下, 截面上下缘最大、最小应力 (仅示意半桥) , 压应力为正, 拉应力为负。如图4、图5所示。

从图4、图5可以看出, 优化后截面考虑配束效应后, 正常使用极限状态标准组合下的截面上下缘最大、最小应力均小于0.5Fck, 且最小应力均大于0 (不出现拉应力) , 说明优化模型中的约束条件起到了很好的控制。

耒水桥优化前后承载能力极限状态基本组合下的内力如图6~图8所示。从图中可以看到, 优化后的模型较原设计截面弯矩减小, 说明结构受力更加合理;本系统计算结果与桥梁博士软件计算结果基本相等, 再次验证了本系统的准确性。

4 结论

本文针对PC连续梁桥, 建立了优化模型, 并结合结构分析程序进行了自动优化系统的开发, 设计人员只需给定材料等级、跨度、荷载情况等少量数据, 系统即可完成自动建模和优化设计。本系统自动化程度较高、通用性强, 能够进行连续梁的优化设计, 实现自动估束的功能;能够绘制优化后连续梁截面、梁体立面图;生成连续梁在桥梁博士 (Dr.bridge V3.0) 中建模的脚本文件, 用于结构检算以及精细设计。

以耒水桥为例, 梁体高度、腹板厚度相比原设计均有较大降低, 梁底曲线形式也与原设计不同, 梁体总造价相比原设计下降20.1%, 说明本文提出的优化模型效果明显, 自动化程度高。

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PC控制系统 第10篇

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:

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:

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_Ctrl Mode(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:

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:

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。

摘要：本文针对固高科技公司的GT-400-SV系列运动控制器,在四轴运动开发平台上,利用PC机主控,通过实例的方式,采用高级语言VC完成传统3轴联动数控铣床典型零件手工程序的编制,通过实例证明,基于VC的运动控制器,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。可以实现多轴运动轨迹控制,给用户提供了很大的软件开发空间。

关键词：运动控制,数控编程,高级语言VC

参考文献

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[2]陈婵娟.数控机床设计[M].化学工业出版社,2008.

PC控制系统 第11篇

1 系统构成

PLC控制系统的控制部分一般由三部分构成:上位机 (PC机) , 可编程控制器 (PLC) , 以及连接二者的PC/PPI电缆。系统构成如图1所示。

上位机提供人机交互平台, 进行程序编写, 设置各项参数;PLC进行数据处理, 程序执行;PC/PPI电缆用于上位机与PLC之间的通信。

2 通信原理

2.1 并行通信与串行通信

工程应用中, 为实现分散控制和集中管理, 控制系统的各个部分必定要相互进行数据通信。按照传输方式, 可分为并行通信与串行通信。

并行数据通信是以字节或字尾单位的数据传输方式, 其特点是传输速度快, 但传输线的根数多。适用于近距离数据传输。

串行数据通信是以二进制的位 (bit) 为单位的数据传输方式, 每次只传送1位, 适用于距离较远的场合。工业控制一般使用串行通信。PC机和PLC都有通用的串行通信接口, 例如RS-232C和RS-485接口。

2.2 异步通信与同步通信

在实际通信中, 操作时很难保证数据接收方和发送方有相同的传输速率, 为了保证发送过程和接受过程同步, 不发生累计误差造成的错位。可以根据实际通信要求选用同步或异步通信方式。

异步通信发送字符的信息格式有1个起始位, 7、8个数据位, 1个奇偶校验位 (可省略) , 1、2个停止位组成。在通信开始之前, 通信双方需要对所采取的信息格式和数据传输速率作相同的约定。由于1个字符中包含的位数不多, 即使发送方和接受方的收发频率略有不同, 也不会因两台设备之间的时钟脉冲周期的积累误差而导致收发错位。其特点就是传送附加的非有效信息较多, 传输效率稍低。

同步通信方式以字节为单位 (8bit) , 每次传送1、2个同步字符, 若干个数据字节和校验字节。在同步通信中, 发送方和接收方要保持完全同步, 因此要用调制解调的方式从数据流中提取出同步信号, 使接收方得到与发送方完全相同的接收时钟信号。其传输速率较高, 一般用于高速通信。

2.3 单工通信方式与双工通信方式

单工通信方式只能延单一方向发送或接收数据。双工方式的数据可以沿两个方向传送, 每一个站既可以发送数据也可以接收数据。双工方式又分为全双工和半双工两种方式。

3 PLC通讯功能介绍

PLC, PC机, 变频器, 远程设备, 工业以太网等按照不同的通信协议进行通信, 本文主要介绍PLC与PC机之间通过PPI电缆通信的通信方式。

3.1 PLC与使用自由端口模式的PC机的通信

自由端口模式为PC机与PLC之间的通信提供了一种方便和灵活的方法。在自由端口模式, PLC的串行通信由用户程序控制, 可以用接收完成中断、字符接收中断、发送完成中断、发送指令和接受指令来控制通信过程。

发送指令 (XMT) 启动自由端口模式下数据缓冲区的数据发送。通过指定的通信端口, 发送存储在TBL中的信息 (最多255个字符) 。发送结束时可以产生中断事件。接收指令 (RCV) 初始化或终止接收信息的服务 (最多255个字符) 。通过指定端口, 接收的信息存储在TEL中。在接收完最后一个字符时, 或每接收一个字符均可产生一个中断。

3.2 PPI多主站电缆

PPI多主站电缆用于PLC和有RS-232C接口的设备, 即安装有STEP7-Micro/WIN编程软件的PC机进行通信。

电缆的护套上有8个DIP开关, 各个位功能如表1所示。

4 结束语