机电一体化概论课件24.ppt
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- 机电 一体化 概论 课件 24
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1、机电一体化概论机电一体化概论第第2章章 机电一体化的系统组成机电一体化的系统组成 2.4 控制单元控制单元 2.4 控制单元控制单元2.4.1 控制单元基础控制单元基础2.4.2 常用控制器常用控制器2.4.3 控制原理与策略控制原理与策略2.4.1 控制单元基础控制单元基础 当机电一体化系统要想实现某种控制,需要将一些功能块集中在一起,这就形成了控制单元。其作用是将输入信号与输出信号之间建立起一定的对应控制关系。1.1.控制单元作用控制单元作用2.2.控制单元分类控制单元分类 交通灯汽车倒车雷达居民楼恒压供水A8随动转向大灯全自动洗衣机巡航导弹磁悬浮列车烟草生产线工业锅炉除氧器混合动力电动汽
2、车船舶自动驾驶3.3.控制单元基本性能要求控制单元基本性能要求(1)稳定性(2)快速性(3)准确性 4.4.控制单元组成控制单元组成 人人“穿针引线穿针引线”的控制过程。的控制过程。针和线是输入信号,针孔和线相对位置是输出信号。通过人的眼睛检测针孔和线的实际位置,将信息反馈给大脑进行处理,大脑发出指令传递给肌肉,肌肉带动手动作,来调节针孔和线的相对位置。在这个控制过程中人的大脑就是控制单元。常用控制器:单片机、PLC、DSP、工控机、现场总线等。单片机PLCDSP5.5.控制单元发展方向控制单元发展方向(1)20世纪4050年代形成了经典控制理论。(2)20世纪60 70年代形成了现代控制理论
3、。(3)20世纪80年代以来形成了智能控制。2.4.2 常用控制器常用控制器 1.1.单片机单片机 将微处理器、存储器、I/O接口电路集成在一片电路芯片上,就构成了单芯片微型计算机,简称单片机单片机。q单片机基本结构单片机基本结构 单片机内部结构由中央处理器(CPU)、存储器、时钟电路、I/O口和基本功能单元等组成。q 单片机引脚封装单片机引脚封装封装形式有两种:双列直插式封装(DIP)和方形封装。AT89C51的双列直插式封装有40个引脚,与其他51系列单片机引脚是兼容的。40个引脚可分为I/O端口线、电源线、控制线、外接晶体线四部分。q 单片机特点单片机特点 性能价格比高;系统结构简单,使
4、用方便;芯片集成度高,实现模块化;可靠性高,可达到106小时无故障;体积小,价格低,应用灵活。q 单片机应用领域单片机应用领域高精度数控恒流源 无线对讲机 呼吸机 航天测控系统 婴儿看护器 汽车DPS导航 q 单片机编程语言单片机编程语言 单片机常用的编程语言有4种:汇编语言、C语言、PL/M 和 BASIC语言。q 单片机接口单片机接口单片机常用的外设:键盘、显示器、打印机、A/D和D/A转换器等。D/A转换器转换器 液晶屏液晶屏 数码管数码管键盘键盘A/D转换器转换器打印机打印机单片机单片机q 单片机应用实例单片机应用实例 以仓储多点温度采集系统为例介绍。系统以AT89C51微处理器为控制
5、核心,通过3个温度传感器监测粮仓内不同点处温度,并借用液晶显示屏实时显示采集到的温度值。若温度检测值超过预设值,发出声光警示。思 考 题 典型的51系列单片机:美国Intel公司的MCS48系列、MCS51系列、MCS96系列单片机;美国Atmel公司的AT89系列单片机;美国Motorola公司的6801、6802、6803、6805和68HC11系列单片机;美国Zilog公司的Z8、Super8系列单片机;美国Fairchild公司的F8和3870系列单片机;美国TI公司的TMS7000系列单片机;美国NS公司的NS8070系列单片机;日本NEC公司的PD7800系列单片机;日本Hitac
6、hi公司的HD6301、HD6305系列单片机2.2.PLC PLC是可编程序控制器的简称,是在继电器接触器控制和计算机控制的基础上发展起来的,是以微处理器为控制核心,融合自动控制技术、半导体集成技术、计算机技术和通信技术等为一体的新型通用的工业自动控制装置。西门子S7-200 PLC 松下FP1-C24 PLC q PLC系统组成系统组成 PLC系统由硬件部分和软件部分构成。PLC硬件部分主要由中央处理器、存储器、输入/输出部件、电源和编程器等组成。PLC软件部分包括系统软件和应用软件两部分。目前PLC的标准编程语言有顺序功能图、梯形图、功能块图、指令表和结构文本5种。现在应用最多的是梯形图
7、语言,形象直观、逻辑关系明显。三相异步电动机的自锁控制梯形图。X0、X1为输入继电器,Y0为输出继电器。PLC梯形图 指令表 PLC的编程手段有两种:手持编程器手持编程器利用计算机的编程软件利用计算机的编程软件q PLC主要控制功能及特点主要控制功能及特点 PLC主要控制功能主要控制功能包括定时/计数控制功能,数据处理功能,步进控制功能,运动控制功能,过程控制功能,数/模转换功能,监控功能,扩展功能,远程输入/输出功能,通信联网功能。PLC工作特点工作特点可靠性高、可操作性强、设计周期短、体积小、能耗低。q PLC工作方式工作方式 PLC采用循环扫描的工作方式。为了理解方便,PLC一个工作过程
8、近似的分为三个阶段:输入刷新阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。完成三个阶段的时间称为一个扫描周期。q PLC通信与网络通信与网络 以松下FP1系列PLC为例,PLC的通信方式大体分为三种:FP1 与计算机PC之间的通信 FP1 与上位机PLC的通信 FP1 与外围设备之间的通信 q PLC应用领域与实例应用领域与实例以警报系统为例,系统的控制要求为:以警报系统为例,系统的控制要求为:过程一:当控制系统发生故障时,能及时报警,即警灯闪烁,警 铃响;过程二:当操作人员发现报警时,按响应开关以示响应。这时 警灯变为常亮,警铃停响;过程三:故障排除,报警信号撤消,警灯灭;过程四:按下检查开关,警灯亮,
9、否则指示灯坏,应更换。采用FP1-C14型PLC进行分析。I/O地址分配连接的外部设备I/O地址分配 连接的外部设备 X0 报警信号SB1 Y0 警灯 X1 响应开关SB2 Y1 警铃 X2 检查开关SB3I/O 地址分配 根据输入、输出信号画出控制系统的时序图 编写梯形图程序 PLC 接口 PLC输入端子接线示意图 PLC 输入端子实物接线图 PLC输出端子接线示意图 PLC输出端子实物接线图 PLC 接口 思 考 题 单片机:应用于数字采集和工业控制PLC:应用于工业现场的自动化控制3.DSP DSP是数字信号处理器的简称,是一种专门用于数字信号处理运算的、具有特殊内部结构的可编程微处理器
10、。q DSP 特点特点在单指令周期内可完成一次乘法和一次加法运算;程序存储器和数据存储器独立编址、独立访问、具有独立的程序总线和数据总线,处理指令和数据可并行完成;具有流水线,使取指令、译码、取数和执行等操作可重叠起来进行;片内存储器处理速度快,可以多块存储器并行访问;具有特殊的DSP指令,专门为实现数字信号处理的算法设置;具有快速中断处理和I/O支持能力;可以大规模集成,可靠性高,处理速度快 q DSP 系统构成及工作过程系统构成及工作过程 一个典型的DSP系统包括抗混叠滤波器、A/D转换器、DSP芯片、D/A转换器和抗镜像滤波器等。q DSP 应用领域应用领域q DSP 接口接口以TI公司
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