常用控制程序设计课件.ppt
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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,光及语言进行报警.l光效果常取自发光二极管或闪烁的白炽灯等.l声音可由简单的电铃或电笛发出,也可通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.l随着STD总线工业控制机和工业PC机的应用,大量采用图形与声音混合报警.并将其制成语音芯片.,应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l由于发光二极管的驱动电流一般在2030mA,不能直接采用TTL电平驱动,常采用OC门的驱动器,如74LS06等.
2、为了能保持报警状态,可采用带锁存器的I/O接口芯片.2 声音报警驱动电路l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.lKD-956X系列IC芯片具有以下共性:1)工作电压范围宽 2)静态电流低 3)外接振荡电阻可调节模拟声音的放音节奏 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具体情况分为两种:l1)全软件报警方式.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、下限报警处理程序.l2)硬件申请,软件处理报警.该方法的
3、基本思想是报警要求不通过程序比较法得到,而是直接由传感器产生.1 软件报警程序设计l在下图所示的锅炉水位自动调节系统中,汽包水位是锅炉正常工作的重要指标.为使现场工作人员能及时监视锅炉的生产情况,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.如图所示:l注意: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行比较.若某一位需要报警,则相应位置1,否则,清0.所有参数判断完毕后,再看报警模型单元的内容是否为00H,若是则说明所有参数均正常,使绿灯发光.反之,说明有参数越限,输出报警模型.2 硬件报警程序设计l为使系统简化,可以采用硬件申请中断
4、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行的.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为避免测量值在极限值附近摆动造成频繁地报警,可以在上下限附近设定一个回差带,如下图所示:l越限报警程序的基本思想是将采样,数字滤波后的数
5、据与该被测点上下限给定值进行比较,检查是否越限;或与上限复位值,下限复位值进行比较,检查是否复位上下限.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,通过电话交换机网络、移动通信网络等通信系统实现远程报警.l核心部件是由MODEM(调制解调器)芯片构成的单片机自动报警装置.1 SS173K222AL MODEM芯片芯片主要特点:l与51单片机对接,电路简单l串行口数据传输l支持同步方式和异步方式工作l与多种调制解调标准兼容l具有呼叫进程、载波、应答音和长回环检测等功能l能够通过编程产生DTMF信号及550Hz,1800Hz的防卫音信号l具有自动增益控制
6、,动态范围达45dBl采用CMOS技术、低功耗、单电源供电SS173K222AL内部内部4个寄存器个寄存器,用于控制和状态的监视用于控制和状态的监视.2 直接拨通手机号码报警直接拨通手机号码报警3 在接收端采用在接收端采用MODEM和单片机显示装和单片机显示装置的报警置的报警l电路图参见教材4-124.2 开关量的输出接口技术l开关量控制就是通过控制设备的“开”或“关”状态的时间来达到控制的目的.l开关量输出控制中需解决的两个问题: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通过时,光敏三极管
7、接收光照以后便导通.当该电流撤去时,发光二极管熄灭,三极管随即截止.l光电隔离器是通过电-光-电的转换来实现对输出设备进行控制的,彼此间没有电气连接,因而起到隔离作用.l注意:光电隔离器的输入和输出端两个电源必须单独供电.如下图所示:4.2.2 继电器输出接口技术l继电器一般由通电线圈和触点(常开或常闭)构成.当线圈通电时,由于磁场的作用,使开关触点闭合(或打开).当线圈不通电时,则开关触点断开(或闭合).l继电器与计算机接口连接时,常采用光电隔离器进行隔离.常用的接口电路如下图所示: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代替常规继电
8、器的触点开关,而在前级中与光电隔离器融为一体.因此,固态继电器实际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,输出工作电压可达30180V.l直流型SSR主要用于带直流负载的场合,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合.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;移相型,在输
9、入信号时,不管负载电流相位如何,负载立即导通.l选用交流型固态继电器时主要注意它的额定电压和额定工作电流.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能发挥固态开关作用,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,响应速度快,且与同功率继电器相比,体积较小,价格便宜.l由于大功率场效应管本身没有隔离作用,使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 可控硅接口技术可控
10、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.交流电磁阀使用方便,但易产生颤动,启动电流大,易引起发热.直流电磁阀可靠,但需用专用电源.l电磁阀也是由线圈的通断电来控制的,工作原理与继电器基本相同.4.3 电机的控制接口技术电机的控制接口技术4.3.1 小功率直流电机调速系统l
11、小功率直流电机由定子和转子两大部分组成.l对小功率直流电机调速系统,使用微型计算机或单片机是极为方便的.方法是通过改变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.l在脉冲作用下,当电机通电时,速度增加;断电时,速度逐渐减少.改变通断电时间,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,则电机的平均速度为: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l开环脉冲宽度调速系统的原理如下图所示由如下5部分组成:l占空比D的设定 由人工设定,通
12、过开关,用每位开关的状态表示“1”或“0”组成8位二进制数.改变开关的状态,即可改变占空比的大小.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 由计算机根据给定的平均速度,计算出占空比,用软件程序来实现.l电子开关 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,也可通过继电器或固态继电器控制.l驱动器 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 被控对象.用以带动被控装置.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)固态继电器l3)专用接口芯
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