可编程逻辑控制器(PLC)市场现状与自主发展研究

<正>工控系统安全是关系国家安全的重大战略问题,随着自主保障、信息安全问题逐渐暴露,工控系统的核心中枢——PLC系统的自主研发与推广应用刻不容缓。可编程逻辑控制器(PLC)是应用于工业环境中的数字运算操作电子装置,通过数字或模拟的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。PLC是生产制造系统、重大基础设施和军用装备的通用基础核心控制设备,在电力、石化、制造、市政等领域及航天发射场、舰船、装甲车辆等军用装备中广泛应用,     

成果转化

立体存车库 应用于各大中城市、繁华商业区、停车困难的场合。特点是向空间发展,可因地制宜,解决城市停车难、乱停车的问题。 装载运输机采用交流伺服电机驱动,或变频调速电机驱动,PLC控制或微机控制,具有多种安全保证功能和故障报警功能,位置控制采用光电控制,安全可靠。采用VC、VB设计技术开发自动存车库管理软件,管理功能先进。     

基于IEC61131标准PLC控制器的设计与实现

PLC已经广泛应用于军工、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。但是传统的PLC（称硬PLC）存在较多问题,制约了PLC的发展。随着计算机技术的迅猛发展以及关于PLC的国际标准IEC 61131-3的制定,打破了传统PLC垄断、封闭的局限性,软PLC控制器伴随着新兴技术发展起来了。本文针对软PLC控制器提出了几种设计与实现的方法。采用基于IEC61131—3标准的开发平台软件进行二次开发,如德国infoteam公司的OpenPCS等。运行系统可根据实际情况需要采用解释型或编译型。解释型的PLC系统有很多特点,比如移植性好,不受实际硬件的束缚,易于理解,开发难度小,可用于微、小型PLC中应用。而编译型的PLC指令运行效率高,存储容量小,可用于中、大型PLC中应用。     

舰载箱式无人机电控传送系统设计

在现今的自动控制领域,PLC的应用已十分广泛。首先对舰载箱式无人机的设计进行简要介绍。为实现舰载箱式无人机发射系统传动的高精度、高效率,提出PLC电控传送系统并进行相应设计。通过对液压执行系统硬件结构设计,高精度电液比例控制设计,控制流程设计,PLC选型,控制软件设计等完成了整个电控系统设计过程,在对控制系统程序调试后,控制系统完成了相应的功能需求,达到了设计要求。     

基于EVALPSN的循环式多轿厢电梯避撞设计与实现

多轿厢电梯系统作为垂直运输的新方式,避免轿厢之间的碰撞成为了其安全运行急需解决的重要问题。根据循环式多轿厢电梯控制系统的轿厢安全运行准则,分析了循环式多轿厢电梯系统的避撞控制问题,研究了基于带有强否定的扩展矢量注解的逻辑规划方法,设计一种电梯轿厢安全避障方法。通过建立了禁止轿厢危险运行的EVALPSN算式,避免了派梯中所选轿厢在井道中发生碰撞,保证电梯控制系统的安全运行,实验结果表明:所设计的方法针对循环式多轿厢断电梯避撞问题有较好的效果,可有效地保证多轿厢运行的安全性。     

基于SC-BP的设备故障预警研究

为实现对火炮系统健康状态监测和故障预警,满足从“故障修”向“状态修”转变的发展需求,采用拟合模型算法,建立设备标准化电流优化BP神经网络预测模型（SC-BP）,分析运行数据的内在逻辑和相关性,设计设备正常运行状态下的数据参数库,并与实时采集的设备状态数据进行比较,根据拟合优度进行辨识,通过比较设备实时数据与历史正常数据之间的相似关系来判断设备状态,并显示故障关联信息,为工作人员分析故障原因提供了参考,并对算例进行了分析验证。研究结果表明,该故障预警方法能够辨识设备性能异常状况,使维护人员能够在设备故障形成早期发现征兆,提前采取措施以避免设备故障的发生。     

等离子喷涂工艺流程的PLC控制

介绍了一种采用PLC控制器对等离子喷涂工艺流程进行监控的应用实例.在分析等离子喷涂工艺要求的基础上,设计出喷涂的PLC控制时序,并以此为依据完成PLC电路及软件设计.采用PLC控制,简化了喷涂工艺操作,提高了喷涂效率和涂层质量.     

基于边界扫描的簇测试系统设计

在对边界扫描及簇测试技术研究的基础上,以边界扫描测试总线控制器芯片为核心设计实现了一个簇测试系统,选择W-A的GNS算法对所设计的测试系统进行了簇测试实例验证.实验结果表明,该测试系统能够快速准确地检测出被测系统的固定逻辑故障和短路故障.     

飞行器执行机构故障的鲁棒容错控制器设计

针对具有冗余操纵机构飞行器的执行机构故障,提出了一种主控制器加补偿控制器的鲁棒容错控制器结构。两个控制器可分开单独设计。系统无故障时,仅主控制器作用,保证被控系统具有较高的性能;系统发生故障后,启用补偿控制器,在保证闭环系统稳定的前提下尽可能地补偿故障对系统造成的影响。控制器可以兼顾系统的性能鲁棒性和容错性,可作为自修复飞行控制系统中的应急控制律。采用PID基于扩张状态观测器的故障补偿的方法实现了该控制器结构。最后,以飞机方向舵卡死故障为例,验证了该控制器的正确性和有效性。     

使用FPGA设计高可靠SpaceWire路由器

为了提高系统的可靠性和可用性，提出一种基于静态随机存取存储器（Static Random-Access Memory,SRAM）型现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）的SpaceWire路由器设计方法。路由器通过系统级三模冗余技术加固，采用基于位流重定位的动态部分刷新技术修复系统中发生的软故障，并提出一种基于工作输入和健康现态的实时状态同步方法，以确保故障模块修复后的状态与其他模块同步。因此，该系统能够进行错误掩蔽和自我修复。在Xilinx Virtex-5 FPGA开发板ML507上对所提出的路由器系统结构和设计方法进行实现和验证。实验结果表明，路由器的可靠性和可用性显著增加，且系统的实时性很好，能保证路由器在整个工作过程中提供正常服务而不会引起系统功能中断或延迟；位流重定位技术的采用将所需存储空间减少三分之二，同时也降低了原始位流本身故障的可能性。     

特大规模组合电路高速测试生成系统ATGTA-1

针对特大规模组合电路和全扫描设计电路提出了一种高速测试生成方法，并建成了相应的测试生成系统ＡＴＧＴＡ－１。该系统采用有限回溯测试模式产生方法生成测试码，采用ｎ（机器字长）个测试码并行的单故障传播方法模拟验证测试覆盖。测试生成与故障模拟为ｎ对１紧耦合集成方式。该系统运行１０个Ｂｅｎｃｈｍａｒｋ电路，取得了低测试长度、高故障覆盖、高效率的良好效果。     

基于神经网络和模糊综合评判的梁故障诊断研究

设计了一个简单的人工智能故障诊断系统模型,它包括知识库、模糊推理、神经网络和控制模块等。模糊推理模块利用模糊综合评判方法进行故障的预诊,神经网络模块采用竞争学习方法完成故障的确诊。文中对悬臂梁的单一故障和复合故障等七种模式进行了诊断分析,均获得了正确的诊断结果。     

非线性短时延网络控制系统的容错控制器设计

针对一类存在短时延的非线性网络控制系统,提出了一种基于观测器的传感器失效完整性控制方法。首先利用模糊T-S模型对系统进行模糊建模,在此基础上,提出模糊控制器与模糊观测器的协同设计方法,然后应用李亚普诺夫函数法和线性矩阵不等式（LMI）法,给出了闭环模糊系统在传感器故障时具有完整性的充分条件。数值仿真算例表明,该方法是可行和有效的。     

某装备吊机液压故障诊断专家系统设计

装备液压系统快速故障诊断是维修保障人员亟待解决的难题.以某装备吊机液压系统故障诊断为研究对象,梳理历年故障案例库,运用故障树解析故障原因、逻辑及耦合关系,明确故障产生的全部最小割集.将故障树与专家系统有机结合,依据故障规则构建基于故障树的专家知识库,选用自上而下正向查找方式的推理机制,融合概念图知识匹配模式,设计模糊含权概念图的投影匹配算法.在VB环境下实现专家系统软件功能,使系统具备知识库持续升级、用户故障定位查询、故障排除指导、历史故障记录、诊断报告生成等功能,有效指导维修保障人员进行装备液压系统的故障诊断与排除,并可推广至其他型号、类型的装备液压系统故障诊断中.     

小型无人机控制逻辑建模及仿真

无人机的飞行轨迹具有明显的分段特性,且在各飞行段内其飞行状态和控制方式有明显的区别。针对这一特点,可以通过建立飞行全过程的控制逻辑模型实现对无人机的监控任务。Stateflow是一个基于有限状态机理论的图形化离散事件仿真环境,可以用于控制逻辑建模。利用Stateflow建立了某小型无人机飞行全过程的控制逻辑模型,为无人机的控制逻辑建模提供了新的设计方法。通过对所研究的小型无人机非线性系统模型进行仿真,验证了所建立的控制逻辑模型的正确性。     

基于FPGA+ARM的多路视频采集系统设计

提出了一种基于FPGA+ARM的多路视频采集系统的设计与实现方法。该视频采集系统不仅能对多路快速变化的视频信号进行采集和处理,而且能应用为系统信号发生设备。系统采用FPGA为核心高速时序逻辑控制、接口控制单元,加上嵌入式ARM强大的信号采样控制功能,能够在较低成本下对多路视频信号进行快速准确可靠的获取。     

应用于典型军事跟踪问题的模糊逻辑控制

模糊逻辑是对系统,尤其是对那些不能用数学方式描述的或实际上是非线性的系统控制是大有希望的正在形成的一个理论和应用领域。模糊逻辑的威力在于其启发式的控制方法。不需要复杂的描述系统工作情况的数学公式,模糊逻辑允许设计者使用一组通用常识,简单的英语规则,以产生所希望的系统响应。 本文的目的是把模糊逻辑作为目标跟踪系统的有效控制方法来研究。军事跟踪问题是用已成功实现的各种控制方法进行广泛研究并有许多结果的问题。但是,这些控制方法正在达到其应用的极限。模糊逻辑为这类问题提供激动人心的另一种解法。 在本课题的研究中,设计和建造了光学跟踪平台,还开发和实现了模糊逻辑控制系统。为了获得控制决策,该系统使用相对于跟踪平台的目标激光器的位置和位置变化率的两维——仰角和方位信息。     

航天测控系统分层协调控制模型

针对大型航天测控系统的综合控制问题,依据航天测控系统的工作流程,参考分层递阶控制理论,设计了面向任务过程的分层协调控制结构;基于离散事件动态系统监控理论,采用逻辑层次的自动机建模方法,分别针对任务规划、过程协调、执行控制和系统监视建立各自的离散自动机控制模型。以简化的测控系统为例,验证了自动机控制模型的有效性,并基于分层协调控制结构描述了自动机模型的约束、输入输出关系。     

有线控制飞行器群脉冲耦合效应及加固方法研究

飞行器在飞行状态时，控制导线在电快速瞬变脉冲群（EFT）作用下，该设备控制指令将会出现控制状态错误翻转、持续无指令输出等故障，产生故障的机理是电磁脉冲（EMP）通过传导方式进入控制箱产生紊乱的回输信号所致，严重时会损坏控制器及起飞装置。在实验基础上，研究了飞行器控制导线对电磁脉冲的防护加固方法，研究结果表明，对控制导线采取屏蔽法能够使飞行器对电磁脉冲具有很好的防护效果。     

舰船中央冷却系统多智能体自治控制

面向下一代舰船电力推进装置的分布式冷却需求，针对复杂情况下系统自重构与自愈控制问题，提出以某型中央冷却系统为控制对象的多智能体自治控制体系。设计各类智能体的个体结构和多智能体的分布式结构,采用智能体联盟和熟人机制对合同网协作模型进行改进，并优化自动任务分配和故障恢复过程中的多智能体协作流程。在此基础上，设计中央冷却系统原理性装置，建立以多智能体控制系统为核心的自治控制试验研究平台，对控制系统效能进行分析验证。试验结果表明：所设计的多智能体自治控制体系能够自主地完成系统动态重构和故障恢复控制，使电力推进装置中央冷却系统具备自重构和自愈的能力。