常用控制程序设计ppt课件

1、第四章第四章 常用控制程序的设计常用控制程序的设计4.1 报警程序的设计报警程序的设计4.4.1 常用的报警方式 在控制系统中可采用声,光及言语进展报警.光效果常取自发光二极管或闪烁的白炽灯等.声音可由简单的电铃或电笛发出,也可经过频率可调的蜂鸣振荡音箱提供.还可采用集成电子音乐芯片.随着STD总线工业控制机和工业PC机的运用,大量采用图形与声音混合报警.并将其制成语音芯片.,运用在微型计算机报警系统中.常用声光报警驱动方法常用声光报警驱动方法:1 发光二极管及白炽灯驱动电路由于发光二极管的驱动电流普通在2030mA,不能直接采用TTL电平驱动,常采用OC门的驱动器,如74LS06等.为了能坚

2、持报警形状,可采用带锁存器的I/O接口芯片.2 声音报警驱动电路目前最常用的方法是采用模拟声音集成电路芯片,如KD-956X系列.这是一组采用CMOS工艺,软封装的报警IC芯片.KD-956X系列IC芯片具有以下共性: 1)任务电压范围宽 2)静态电流低 3)外接振荡电阻可调理模拟声音的放音节拍 4)外接一只小功率三极管,便可驱动扬声器.4.1.2 简单报警程序的设计简单报警程序的设计l报警程序的设计方法根据报警参数及传感器的详细情况分为两种:l1)全软件报警方式.l 整个过程由软件实现.这种报警程序可分为简单上、下限报警程序和上、下限报警处置程序.l2)硬件恳求,软件处置报警.l 该方法的根

3、本思想是报警要求不经过程序比较法得到,而是直接由传感器产生.1 软件报警程序设计l在以下图所示的锅炉水位自动调理系统中,汽包水位是锅炉正常任务的重要目的.为使现场任务人员能及时监视锅炉的消费情况,整个系统设计有3个报警参数,即水位上下限,炉膛温度上下限及蒸汽压力下限.如下图:l留意:本程序的设计思想是设置一个报警模型单元,然后把各参数的采样值分别与上下限值进展比较.假设某一位需求报警,那么相应位置1,否那么,清0.一切参数判别终了后,再看报警模型单元的内容能否为00H,假设是那么阐明一切参数均正常,使绿灯发光.反之,阐明有参数越限,输出报警模型.2 硬件报警程序设计l为使系统简化,可以采用硬件

4、恳求中断的方法,直接将报警模型送到报警口中.这种方法的前提是被测参数与给定值的比较是在传感器进展的.根据图写出报警程序: ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP ALARM ORG 0200HMAIN: SETB IT0 SETB EX0 SETB EAHERE:SJMP HERE ORG 0210HALARM:MOV A, #0FFH MOV P1, A MOV A, P1 SWAP A MOV P1, A RETI4.1.3 越限报警程序的设计l为防止丈量值在极限值附近摆动呵斥频繁地报警, 可以在上下限附近设定一个回差带,如以下图所示:l越限报警程序的根本思想

5、是将采样,数字滤波后的数据与该被测点上下限给定值进展比较,检查能否越限;或与上限复位值,下限复位值进展比较,检查能否复位上下限.4.1.4 远程自动报警系统的设计远程自动报警系统的设计l远程自动报警系统即发生报警时,经过交换机网络、挪动通讯网络等通讯系统实现远程报警.l中心部件是由MODEM(调制解调器)芯片构成的单片机自动报警安装.1 SS173K222AL MODEM芯片芯片主要特点:与51单片机对接,电路简单串行口数据传输支持同步方式和异步方式任务与多种调制解调规范兼容具有呼叫进程、载波、应对音和长回环检测等功能可以经过编程产生DTMF信号及550Hz，1800Hz的防卫音信号具有自动增

6、益控制，动态范围达45dB采用CMOS技术、低功耗、单电源供电SS173K222AL内部内部4个存放器个存放器,用于控制和形状的监视用于控制和形状的监视.2 直接拨通手机号码报警直接拨通手机号码报警3 在接纳端采用在接纳端采用MODEM和单片机显示安和单片机显示安装的报警装的报警l电路图参见教材4-124.2 开关量的输出接口技术l开关量控制就是经过控制设备的“开或“关形状的时间来到达控制的目的.l开关量输出控制中需处理的两个问题:信号的放大和隔离. 4.2.1 光电隔离技术l开关量控制中,最常用器件是光电隔离器.l光电隔离器由发光二极管和光敏三极管组成.当发光二极管有正向电流经过时,光敏三极

7、管接纳光照以后便导通.当该电流撤去时,发光二极管熄灭,三极管随即截止.l光电隔离器是经过电-光-电的转换来实现对输出设备进展控制的,彼此间没有电气衔接,因此起到隔离作用.l留意:光电隔离器的输入和输出端两个电源必需单独供电.如以下图所示:4.2.2 继电器输出接口技术l继电器普通由通电线圈和触点(常开或常闭)构成.l 当线圈通电时,由于磁场的作用,使开关触点闭合(或翻开).当线圈不通电时,那么开关触点断开(或闭合).l继电器与计算机接口衔接时,常采用光电隔离器进展隔离.常用的接口电路如以下图所示:4.2.3 固态继电器输出接口技术固态继电器输出接口技术l固态继电器简称SSR.是用晶体管或可控硅

8、替代常规继电器的触点开关,而在前级中与光电隔离器融为一体.因此,固态继电器实践上是一种带光电隔离器的无触点开关.l固态继电器有直流型固态继电器和交流型固态继电器.1.直流型SSRl从图中可看出,固态继电器的输入部分是一个光电隔离器,可用OC门或晶体管直接驱动.输出端经整形放大后带动大功率晶体管输出,输出任务电压可达30180V.l直流型SSR主要用于带直流负载的场所,如直流电机控制,直流步进电机控制和电磁阀等.2 交流型交流型SSRl交流型SSR分为过零型和移相型两类.采用双向可控硅作为开关器件,用于交流大功率驱动场所.l过零型须在负载电源电压接近零且输入控制信号有效时,输入端负载电源才导通;

9、移相型,在输入信号时,不论负载电流相位如何,负载立刻导通.l选用交流型固态继电器时主要留意它的额定电压和额定任务电流.光耦固态继电器优点光耦固态继电器优点:l输入与输出之间电气上隔离,可隔离噪声.l能发扬固态开关作用,在直接驱动计算机外设终端时,既无射频干扰,又起到复杂的定时和程序功率开关作用.l不产生电弧.l无噪声,节约电能. 4.2.4 大功率场效应管 开关接口技术(了解)l场效应管输入阻抗高,关断漏电流小,呼应速度快,且与同功率继电器相比,体积较小,价钱廉价.l由于大功率场效应管本身没有隔离作用,运用时为了防止高压对计算机系统的干扰和破坏,常在它的前边加上一级光电隔离器.4.2.5 可控

10、硅接口技术可控硅接口技术(了解了解)l可控硅简称SCR,是一种大功率电器元件,也称晶闸管.l体积小,效率高,寿命长等特点.l用于交直流电机调速系统,调功系统及随动系统中.l可控硅分单向可控硅和双向可控硅.4.2.6 电磁阀接口技术电磁阀接口技术l电磁阀是在气体或液体流动的管路中受电磁力控制开闭的阀门,广泛用于液压机械,空调系统,热水器和自动机床等系统中.l电磁阀有交流和直流两类.交流电磁阀运用方便,但易产生颤抖,启动电流大,易引起发热.直流电磁阀可靠,但需用公用电源.l电磁阀也是由线圈的通断电来控制的,任务原理与继电器根本一样.4.3 电机的控制接口技术电机的控制接口技术4.3.1 小功率直流

11、电机调速系统小功率直流电机由定子和转子两大部分组成.对小功率直流电机调速系统,运用微型计算机或单片机是极为方便的.方法是经过改动步进电机电枢电压接通时间与通电周期的比值(即占空比)来控制电机速度.该方法称作脉冲宽度调制,简称PWM.在脉冲作用下,当电机通电时,速度添加;断电时,速度逐渐减少.改动通断电时间,即可让电机转速得到控制.l设电机永远接通电源时，其转速最大为Vmax，设占空比为D=t1/T，那么电机的平均速度为：l Vd=VmaxD4.3.2 开环脉冲宽度调速系统开环脉冲宽度调速系统1 开环脉冲宽度调速系统的组成开环脉冲宽度调速系统的原理如以下图所示由如下5部分组成:占空比D的设定 由

12、人工设定,经过开关,用每位开关的形状表示“1或“0组成8位二进制数.改动开关的形状,即可改动占空比的大小.占空比的设定宽度脉冲发生器驱动器电子开关电动机l脉冲宽度发生器l 由计算机根据给定的平均速度,计算出占空比,l 用软件程序来实现.l电子开关l 用来接通或断开电机定子电源,可由晶体管或场效应管开关组成,也可经过继电器或固态继电器控制.l驱动器l 将计算机输出的脉冲宽度调制信号加以放大,以便用来控制电机定子电压接通或断开的时间.常由放大器或继电器组成.l电机l 被控对象.用以带动被控安装.2 电机控制接口l直流电机与微型计算机接口间常采用以下方法:l1)光电隔离器+大功率场效应管l2)固态继

13、电器l3)公用接口芯片l4)公用接口板以下图为采用固态继电器接口控制电机的电路原理图:4.3.3 PWM调速系统设计调速系统设计l用微型计算机或单片机实现脉冲宽度调制,只需l 改动定子绕组电压的通,断电时间,即可到达调理电机转速的目的.l电机控制程序的设计有两种方法:软件延时法和计数法.l软件延时法是首先求出占空比D,再根据周期T分别给电机通电N个单位时间,即N=t1/t0,然后再断电N个单位时间,即N=t2/t0l计数法是当单位延时个数N求出后,将其作为给定值存放在某存储单元中,在通电过程中对通电单位时间(t0)的次数进展计数,并与存储器的内容进展比较.假设不等,那么继续输出控制脉冲,直到计

14、数值与给定值相等,使电机断电.4.3.4 闭环脉冲宽度调速系统闭环脉冲宽度调速系统l为了提高电机脉冲宽度调速系统的精度, 通常采用闭环调速系统.l闭环系统是在开环系统的根底上添加电机速度检测回路,意在将检测到的速度与给定值进展比较,并由数字调理器进展调理.1 测速发电机测速发电机是一种将转子转速转换成电信号的安装.根据构造及任务原理不同,测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发电机两种.交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机.直流测速发电机也是一种测速传感器.根据激磁方式不同,可分为电磁式和永磁式两种.以下图为直流脉宽可逆调速系统原理图 图中电机的速度是采用模拟量速度传感器-测速发电

15、机进展丈量的.采用测速发电机的优点是分辨率较高,价钱较廉价.2 数字式转速传感器l数字式转速传感器,是把旋转轴的转速直接变成数字量的一种安装.计算机中最常用的数字式转速传感器是码盘.l码盘可做成增量式或绝对式.增量式码盘构造简单,价钱低,精度易保证,运用最多.l增量式码盘,当光源发射出的光线,经透镜聚焦后,透过丈量盘与读数盘照射到光敏元件上.有光线透过时,光敏元件发出一个脉冲,没有光线透过那么不产生脉冲.l绝对式码盘上分透明和不透明两种区域,按一定方式进展编码.当码盘随轴转动时,将输出相应的光束,再经过光敏元件转换成相应的代码.4.4 步进电机的控制接口技术步进电机的控制接口技术l步进电机是工

16、业控制及仪表中的主要控制元件之一.l步进电机具有快速启停,准确步进和直接接纳数字量等特点.l在工业过程控制的位置控制系统中,由于步进电机精度高以及不用位移传感器即可到达准确的定位,所以运用广泛.l步进电机：利用电磁铁的作用原理将电脉冲信号转换为线位移或角位移的机电式数摸D/A转换器l 输入：脉冲l 输出：位移l 脉冲数：决议位移量l 脉冲频率：决议位移的速度4.4.1 步进电机的任务原理步进电机的任务原理l以三相步进电机为例,电机的定子上有6个等分的磁极.当某一绕组有电流经过时,该绕组相应的两个磁极立刻构成N极和S极.l步进电机的转子上没有绕组,而是由40个矩形小齿均匀分布在圆周上.当某相绕组

17、通电时,对应的磁极会产生磁场,并与转子构成磁路.假设此时定子的小齿与转子的小齿没对齐,那么在磁场的作用下,转子转动一定的角度,使转子齿和定子齿对齐.所以,错齿是促使步进电机旋转的根本缘由.步进电机的“ 相和“ 拍 相：绕组的个数 拍：绕组的通电形状，三拍表示一个周期共有3种通电形状，六拍表示一个周期有6种通电形状，每个周期步进电机转动一个齿距步进电机的步距角：步进电机每拍步进的角度 Qs=360。/NZrN步进电机的拍数 Zr为转子齿数4.4.2 步进电机控制系统的原理步进电机控制系统的原理l典型的步进电机控制系统如以下图所示:l 脉冲l l 方向控制l步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放

18、大器及步进电机组成.步进控制器功率放大器步进电机负载l步进电机控制器的作用是把输入的脉冲转换成环型脉冲,以便控制步进电机,并能进展正,反向控制.l功率放大器的作用是把控制器输出的环型脉冲加以放大,以驱动步进电机转动.l留意:上述控制方式中,由于步进控制器线路复杂,本钱高,运用受限.所以,采用计算机用软件替代上述步进控制器,既简化线路,降低本钱,可靠性也提高.典型的单片机控制步进电机系统原理图如下:l从图可看出,单片机替代了步进控制器.l单片机的主要作用是把并行二进制码转换成串行脉冲序列,并实现方向控制.l本节主要处理以下问题:l 1)用软件的方法实现脉冲序列l 2)步进电机的方向控制l 3)步

19、进电机控制程序的设计单片机接口驱动器步进电机负载1 脉冲序列的生成l在步进电机控制软件中必需处理的一个问题就是产生以下图所示的周期性脉冲序列.l vl 脉冲l 高度l l 通电 断电 tl 时间 时间l用计算机控制步进电机实践上是由计算机产生一系列脉冲波.l用软件实现脉冲序列：l 先输出一高电平,然后利用软件延伸一段时间,而后输出低电平,再延时.延时时间的长短由步进电机的任务速率决议.利用定时器构成脉冲序列利用定时器构成脉冲序列开 始设值高电平延时计数初值设置脉冲个数输出高电平启动计时允许定时器中断开中断设置定时器工作方式中断等待开 始输出高电平否？加载低电平延时计数初值禁止定时器中断输出低电

20、平输出信号反相加载高电平延时计数初值脉冲数够否？返 回否否是是2 方向控制l常用的步进电机有三相,四相,五相,六相四种.其旋转方向与内部绕组的通电顺序有关.本书中主要以三相步进电机为例进展讲述.l三相步进电机有三种任务方式:l 1)单三拍,通电顺序 A B Cl 2)双三拍,通电顺序 AB BC CAl 3)三相六拍,通电顺序 A AB B BC C CAl步进电机的方向控制方法是:l 1)用单片机输出接口的每一位控制一相绕组.l 2)根据所选定的步进电机及控制方式,写出相应控制方式的数学模型.(如下表)l总之:所谓步进电机的方向控制,实践上就是按照某一控制方式(根据需求进展设定)所规定的顺序

21、发送脉冲序列,到达控制步进电机方向的目的.三种不同任务方式下的控制模型 单相三拍方式 双相三拍方式步步 序序控控 制制 位位通电状态通电状态控制数据控制数据PC2/C相相PC1/B相相PC0/A相相1001A01H2010B02H3100C04H步步 序序控控 制制 位位通电状态通电状态控制数据控制数据PC2/C相相PC1/B相相PC0/A相相1011AB03H2110BC06H3101CA05H 三相六拍方式三相六拍方式步步 序序控控 制制 位位通电状态通电状态控制数据控制数据PC2/C相相PC1/B相相PC0/A相相1001A01H2011AB03H3010B02H4110BC06H510

22、0C04H6101CA05H4.4.3 步进电机与微型计算机的接口及程序设计1 步进电机与单片机的接口电路步进电机需求较大的驱动电流,因此单片机与步进电机的衔接需求专门的接口电路及驱动电路.接口电路可以是锁存器, 可编程接口芯片 ,或专门驱动器.l为抗干扰,或防止驱动电路发生缺点,呵斥功率l 放大器的高电平信号进入单片机而烧毁器件,l 常在驱动器与单片机间加上一级光电隔离器.2 步进电机程序设计l步进电机程序设计的主要义务:l 1)判别旋转方向l 2)按顺序传送控制脉冲l 3)判别所要求的控制步数能否传送终了.l步进电机控制程序就是完成环型分配器的义务,从而控制步进电机转动,到达控制转动角度和位移的目的.l留意:l 1)设计程序时,首先要进展旋转方向的判别,然后再转到相应的控制程序.l 2)正反向控