Plc自动控制系统中的防碰撞最优路径选择

1、PLC 自动控制系统中的防碰撞最优路径选 择作者：马振龙 刘静来源：城市建设理论研究2013年第 13期摘要：本文阐述了 PLC自动控制系统的可靠性设计，并通过实验表明，该方法能够提高 机电一体过程中PLC自动控制路径选择的效率，避免冲突。关键词： PLC 自动控制系统；防碰撞；最优路径中图分类号：TM921.5文献标识码：A文章编号：从20世纪30年代开始,机械加工企业为了提高生产效率,采用机械化流水作业的生产方式, 对不同类型的零件分别组成自动生产线。随着产品机型的更新换代,生产线承担的加工对象也 随之改变,这就需要改变控制程序,使生产线的机械设备按新的工艺过程运行,而继电器一接触器 控制

2、系统是采用固定接线的,很难适应这个要求。一、PLC自动控制系统的可靠性设计在生产设计过程中。为赋予产品可靠性而进行的工作称为可靠性设计。在整个设计过程中, 把可靠性问题考虑进去,比产品投入生产以后发现不可靠因素进行改进要好的多。因为后者往 往要在改变工夹模具,材料,工艺等方面付出很大的代价。可靠性设计的主要内容包括制订可靠 性指标,可靠性预测,可靠性分配以及与提高可靠性有关的具体设计工作和可靠性审查。对可靠性特征量的要求称为可靠性指标。制订可靠性指标的工作包括确定指标项目和指标 数值。一种产品的可靠性要求常常需要用几项指标来反映。指数分布失效的可靠性指标可用失 效率或 MTBF 来表示;对于早

3、期失效和耗损失效宜用可靠度和可靠寿命来表示;对于控制装置等 可修复产品常用的还有有效度,即产品能工作的时间与能工作时间加不能工作时间之和的比值 来表示。同一产品的可靠性特征量因条件、时间、功能而不同,因此在规定可靠性指标时必须 明确是对应于什么条件、时间、功能的指标。例如对于接触可靠性指标必须规定负载电压、电 流;规定偶然故障失效率必须同时规定偶然失效期延续时间即有效寿命。二、基于PLC机电一体最优路径选择1、动作信号的小波转换为了降低机电一体PLC设备的能耗，需要对机械部位进行有效地信号采集，求得微电子 信号低频逼近信号序列和高频细节信号序列，图1是小波分解程序框图。根据得到的PLC设 备的

4、时频特征分析方法中，对于机械设备的命令特征进行小波分析，用以测试其各个动作的小 波系数的奇异值之间的区分度，区分度越高表明采用该特征做动作模式判别时候效果越好，以 下是提取到的小波系数奇异值，见表1。从表1中可以看出，本文提取到的4种不同动作PLC信号的小波系数的奇异值特征值有 着明显的区别，而且多次试验结果表明，采样率对该特征影响不大，特征较为稳定，比小波系 数奇异值和时域特征都稳定，并且区分度也大的多。因此，小波系数的奇异值特征可以作为 PLC设备一种特征来做动作模式识别。表1提取到的PLC设备特征值表 2 采用本文算法前后的纺织机器能耗图1 mallat小波分解程序框图图2最优路径的选择

5、实验2、PLC 控制中的路径约束虽然计算出PLC设备的命令特征信号，但是如果直接进行操作，会形成一定的误差，造 成能耗，甚至碰撞。因此需要根据得到的命令特征，对命令中的行动路径进行合理的规划，加 入一定的约束，保证行动路径最少，最大程度的保证能耗最低。为了做到这点，可以设计适应 度函数，这样的函数必须满足2个条件，下面介绍具体实现过程。（1）对行动边界的有效约束，由于PLC设备的运动空间有限，可以有效地规定出设备在 横向上的最大值和最小值，从横向上对其进行边界约束。约束的规程如下：在建立的坐标系 中，直线li约束的相交处的坐标为（Xi1, 丫订）和（Xi2, Yi2）。这里yI一定在（Yi1,

6、 Yi2）范围内，这里的交点坐标不一定很准确，需要允许一定的误差，一旦误差较大，需要舍 弃相关的值，具体的函数计算方法表示为：其中，r为PLC设备中，单步允许的最新步长，i为PLC设备路径上的点，上式表明只要 各个路径点在约束范围内，则适应度取1，否则取0。（2）障碍适应度函数。PLC设备在进行工作的时候，可能会遇到突发障碍，这也是造成 能耗的一个主要原因，甚至可以危害设备安全。因此，需要对PLC设备的行动路径进行合理 地规划，在保证能耗最低的同时，保证设备安全。PLC设备的自动运动过程不复杂，系统可以 看成是小范围的匀速直线运动。假设机电控制系统从起始点P0到目标点Pi（ xi，Yi）耗时为

7、 ti，从 Pi-1 （X i-1，Yi-1 ）到 Pi （ Xi，Yi ）耗时为 Ti-1，则 ti=ti-1+Ti-1式中 v 是机电控制系统智能控制中移动的速度。入股在时刻 ti ，机电控制系统处于当前路 径上的某一行动点Cci (xi,yi)，式中vix, viy为机电控制系统在Cci点的x和y的速度表达 式。可以较为有限的计算不同时刻下的障碍物坐标：是PLC设备在移动过程中的第k个障碍物初始座标，如果在PLC设备中的时刻ti，检测 到的当前路径上的行动点Pi( xi，yi )与检测到的障碍物之间的距离为：可以计算绕过距离的最小路径：D min =min(Di k), i=1，2, .

8、,n； k=l,2,.,m式子中n是组成路径的路径点个数，m是 障碍物的个数。由此得到避障适应度函数： k式中RO是PLC控制系统移动单元避免碰撞的有效半径，Rk是如果绕过障碍物的有效安 全半径，如果PLC控制系统可以成功的在最小距离的范围内绕过障碍物的干扰，则适应度取 1 ，否则取 O。路径最短适应度函数。该函数如下所示：最后综合上面几个约束条件得到综合适应度函数：fit=fitlx fit2x fit3通过以上的方法能够在较小的范围内，保证PLC设备的最优化运行，避免障碍物的碰 撞，避免不必要的消耗。三、实验结果及其分析为了验证本文系统的有效性，对纺织行业中的自动缝纫机进行计算机仿真，得到

9、PLC纺 织机的坐标、半径、待加工工件大小等信息。纺织品大小作为PLC设备中的约束性函数。具 体的真实路径与最优路径的关系如图2所示。PLC设备的移动初始路径的选择不设固定方法。纺织中的障碍物是固定下来的，能够被机 器有限的感知到，即记忆约束。路径的选择有合理的路径库。按系统的要求，可以选择10个 有效的路径，路径的具体位置能够被计算机的控制软件有效地感知。适应度最高的前5 个路径 组成新种群Y (t)，当PLC设备移动单元在移动过程中，障碍物的信息会不断地更新，保证 信息的新鲜。为了验证系统的能耗特性，对在本文方法下建立的系统能耗进行有效的统计，实验数据如 上所示，纺织点的数量为100个，坐标位置相同，工件个数、种类相同。对采用本文算法进行路径优化前后分别进行了验证比较，表2中的结果是在实验中求得的 数据。从表2可以看出，采用本文算法对纺织PLC设备单元进行路径优化后，工作能耗降低了 许多。当工件结构复杂，纺织点增多时，采用路径优化后的能耗优势将更加明显。结束语本文提出一种基于机电一体PLC自动控制防碰撞最优路径选择算法，通过在PLC控制中 加入约束算法，对路径选择中的错误进行有效地约束，保证路径的选择形成局部的最优化。实 验表明，该方法能够提高机电一体过程中自动控制路径选择的效