控制系統(tǒng)設(shè)計論文匯總十篇

序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇控制系統(tǒng)設(shè)計論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1控制過程安全機(jī)制

2.1.1限位

為避免因軟件錯誤或硬件故障導(dǎo)致的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的運行失控，保護(hù)硬件設(shè)備與操作人員的安全，在存取機(jī)械手與取箱口的每個控制軸上除了在導(dǎo)軌的兩端安裝有硬件限位塊外，還必須使用限位開關(guān)來限制各軸的運動范圍。軟限位與硬限位配合使用，可以有效地防止運動部件跑出導(dǎo)軌。

2.1.2報警

當(dāng)檢測到驅(qū)動器報警信號以后，CPAC將關(guān)閉該軸的伺服使能，急停該軸的伺服電機(jī)，同時該軸報警觸發(fā)標(biāo)志位置。程序中檢測到報警觸發(fā)標(biāo)志位以后，將故障狀態(tài)報告控制中心，同時點亮報警燈并開啟蜂鳴器，等待人工處理。

2.2運行速度的規(guī)劃

在本控制系統(tǒng)中，CPAC工作采用點位運動模式。在運動控制中，梯形速度曲線以耗能低、速度快、容易實現(xiàn)等優(yōu)點成為常用的速度控制曲線。其速度與加速度的變化曲線如圖3所示。然而由于梯形速度曲線采用線性加速方式，其對應(yīng)的加速度曲線不連續(xù)，因此存在柔性沖擊，導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運動過程中的平穩(wěn)性能差。為了既獲得平滑的加速度，又不失去梯形速度曲線的優(yōu)勢，將梯形速度曲線加以改進(jìn)得到S型速度曲線。S型速度曲線的運動過程由加加速段、勻加速段、減加速段、勻速段、加減速段、勻減速段、減減速段組成。本控制系統(tǒng)采用該速度曲線作為存取機(jī)械手各軸的速度控制曲線，避免了柔性沖擊因素。S型速度曲線由CPAC通過設(shè)置各軸運動參數(shù)中的平滑時間來實現(xiàn)。

2.3控制系統(tǒng)作業(yè)方式

在銀行保管箱自動存取系統(tǒng)中，存取機(jī)械手執(zhí)行任務(wù)時可以選擇單一作業(yè)方式或復(fù)合作業(yè)方式。單一作業(yè)方式是：存取機(jī)械手從原點位置出發(fā)運行到任務(wù)指定的保管箱位置，將保管箱取出并送到取箱口，客戶操作完成后從取箱口處把保管箱送回箱架，然后返回原點位置。復(fù)合作業(yè)方式是：存取機(jī)械手接收到一批存／取保管箱任務(wù)后，從原點位置出發(fā)運行到第一個任務(wù)指定的保管箱位置，將保管箱取出并送到取箱口，客戶操作完成后從取箱口處把保管箱送回箱架，之后存取機(jī)械手不返回原點，而是直接執(zhí)行下一個任務(wù)，不斷循環(huán)直到完成所有任務(wù)。

2.4CPAC運動控制

CPAC的運動控制部分是整個軟件系統(tǒng)設(shè)計的核心部分。CPAC運動控制軟件主要由系統(tǒng)初始化模塊、用戶界面模塊、運動控制模塊、數(shù)據(jù)讀寫模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成。運動控制程序首先調(diào)用系統(tǒng)初始化模塊，然后檢查有無故障，如果系統(tǒng)運行正常，則通過網(wǎng)絡(luò)連接控制中心，查詢CPAC的控制方式，如果為手動模式，則進(jìn)入手動模式運動控制子程序，否則進(jìn)入自動模式運動控制子程序。用戶界面模塊為客戶提供登錄界面、圖形化的存／取保管箱命令，并顯示系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)果。運動控制模塊通過在OtoStudio軟件中調(diào)用CPAC運動控制庫GUC－X00－TPX．lib中的運動控制函數(shù)執(zhí)行以下功能：設(shè)置伺服電機(jī)的速度、加速度、移動距離（脈沖數(shù)）；讀取光電開關(guān)對應(yīng)的數(shù)字輸入口獲取光電開關(guān)的觸發(fā)狀態(tài)；往數(shù)字輸出口寫“1”、“0”來打開、關(guān)閉電磁開關(guān)。通過控制存取機(jī)械手、取箱口的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、拉板以及拉勾的動作，實現(xiàn)保管箱的自動存取操作。數(shù)據(jù)讀寫模塊通過RS485總線控制激光條形碼閱讀器，讀取條形碼掃描結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)通信模塊使CPAC通過以太連接控制中心，接收控制中心的命令與保管箱在箱架中的位置數(shù)據(jù)，并返回運行結(jié)果與報警信息。

篇（2）

為了滿足廢墟災(zāi)難環(huán)境中的控制需求，設(shè)計了蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)上層是監(jiān)控系統(tǒng)，通過ZigBee無線模塊給主控系統(tǒng)發(fā)送控制蛇步態(tài)的指令，如蜿蜒、蠕動、翻滾、分體等。主控系統(tǒng)的音視頻信息和慣導(dǎo)、溫度、濕度、壓力、有害氣體等傳感器信息分別通過1．2G無線收發(fā)模塊和ZigBee模塊傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)顯示。主控模塊通過ZigBee無線模塊與從控系統(tǒng)進(jìn)行通信，以控制其實現(xiàn)相關(guān)的步態(tài)。

1．1．1主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)主要由ARM核微處理器STM32、無線通信模塊以及傳感器組成。主控系統(tǒng)通過無線模塊接收監(jiān)控系統(tǒng)的控制指令，并根據(jù)指令決定搜救機(jī)器人的運動步態(tài)、運動方向以及到達(dá)目標(biāo)的位置;傳感器收集災(zāi)難環(huán)境中音視頻、溫度、濕度、有毒氣體以及紅外測距信息，微處理器根據(jù)測距信息選擇合適的運動步態(tài)，并將控制指令通過無線模塊發(fā)送給從控系統(tǒng)去執(zhí)行。

1．1．2從控系統(tǒng)

從控系統(tǒng)使用了和主控制器一樣的高速ARM處理器，可同時控制18路PWM舵機(jī)。從控系統(tǒng)通過ZigBee無線模塊從主控制系統(tǒng)獲得控制指令，通過PWM信號控制關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)運動。

1．2步態(tài)控制

Serpenoid曲線用來規(guī)劃蛇形機(jī)器人的運動軌跡，并確定搜救機(jī)器人的驅(qū)動函數(shù)。

2實驗平臺

2．1蛇形機(jī)器人簡介

該機(jī)器人具有如下幾個特點:1)采用3D打印而成，既縮短了加工周期又節(jié)約了成本;2)通過ADAMS軟件仿真，進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，直線長度為2m，具有6個正交關(guān)節(jié)和1個分體機(jī)構(gòu)，腿部具有變形機(jī)構(gòu)，可以進(jìn)行站立、臥倒、蜿蜒、蠕動、分體、翻滾等步態(tài);3)機(jī)器人采用6V，4500mAh的電池供電，確保機(jī)器人能夠連續(xù)運動0．5h以上。

2．2平臺搭建

按照前文所述，搭建了柔性變形蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)的整套硬件電路。

3實驗結(jié)果

3．1通信實驗

蛇形機(jī)器人上位機(jī)監(jiān)控界面，上位機(jī)通過遠(yuǎn)程監(jiān)控搜救機(jī)器人自主移動、翻越障礙物、爬坡等實驗，通過無線模塊實時傳輸機(jī)器人所處環(huán)境的各種傳感器信息，并能綜合各種環(huán)境信息通過無線模塊控制機(jī)器人運動。實驗驗證了蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)可實現(xiàn)多信息的實時準(zhǔn)確無線通信，能夠滿足復(fù)雜搜救環(huán)境的通信需求。

3．2移動性能實驗

經(jīng)過多次實驗，不斷地調(diào)試分別實現(xiàn)了自主柔性變形蛇形機(jī)器人蜿蜒、蠕動、分體、翻滾等平面和立體運動步態(tài)，運動平穩(wěn)，曲線平滑，蜿蜒運動速度可達(dá)0．5m/s。通過穿越狹小空間、翻越障礙物、爬坡等試驗，驗證了蛇形機(jī)器人在不同的環(huán)境中，具有良好的多步態(tài)運動穩(wěn)定性和自主移動性能。蛇形機(jī)器人在模擬災(zāi)難場景中的各種運動步態(tài)。

篇（3）

隨著電子技術(shù)和微型計算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了微型計算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。中小規(guī)模的單片機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中的智能機(jī)電一體化產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。在單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程中，我們不單要突出設(shè)備的自動化程度及智能性，另一方面也要重視控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，否則就無法體現(xiàn)控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。

1.系統(tǒng)受到干擾的主要原因和現(xiàn)象

由于單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境往往是比較惡劣和復(fù)雜的，其應(yīng)用的可靠性、安全性就成為一個非常突出的問題。單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用必須長期穩(wěn)定、可靠地運行，否則將導(dǎo)致控制誤差加大，嚴(yán)重時會使系統(tǒng)失靈，甚至造成巨大的損失。

影響單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的可靠、安全運行的主要因素是來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)果設(shè)計、元器件選擇、安裝、制造工藝和外部環(huán)境條件等。這些因素對控制系統(tǒng)造成的干擾后果主要表現(xiàn)在下述幾個方面。

（1）數(shù)據(jù)采集誤差加大。干擾侵入單片機(jī)控制系統(tǒng)測量單元模擬信號的輸入通道，疊加在有用信號之上，會使數(shù)據(jù)采集誤差加大，特別是當(dāng)傳感器輸出弱信號時干擾更加嚴(yán)重。

（2）控制狀態(tài)失靈。微機(jī)輸出的控制信號常依賴某些條件的狀態(tài)輸入信號和這些信號的邏輯處理結(jié)果。若這些輸入的狀態(tài)信號受到干擾，引入虛假狀態(tài)信號，將導(dǎo)致輸出控制誤差加大，甚至控制失常。

（3）數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化。單片機(jī)控制系統(tǒng)中，由于RAM存儲器是可以讀/寫的，故在干擾的侵害下，RAM中的數(shù)據(jù)有可能被竄改。在單片微機(jī)系統(tǒng)中，程序及表格、常數(shù)存于程序存儲器中，避免了這些數(shù)據(jù)受到干擾破壞，但對于內(nèi)RAM、外擴(kuò)RAM中的數(shù)據(jù)都有可能受到外界干擾而變化。根據(jù)干擾竄入的途徑、受干擾數(shù)據(jù)的性質(zhì)不同，系統(tǒng)受損壞的情況也不同．有的造成數(shù)據(jù)誤差．有的使控制失靈，有的改變程序狀態(tài)，有的改變某些部件（如定時器/計數(shù)器，串行口等）的工作狀態(tài)等。

（4）程序運行失常。單片機(jī)控制系統(tǒng)中程序計數(shù)器的正常工作，是系統(tǒng)維持程序正常運行的關(guān)鍵所在。如果外界干擾導(dǎo)致計數(shù)器的值改變，破壞了程序的正常運行。由于受到干擾后計數(shù)器的值是隨機(jī)的，因而導(dǎo)致程序混亂。通常的情況是程序?qū)?zhí)行一系列毫無意義的指令，最后進(jìn)入"死循環(huán)"，這將使輸出嚴(yán)重混亂或系統(tǒng)失靈。

2.系統(tǒng)可靠性設(shè)計的分析和方法

單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性技術(shù)涉及到生產(chǎn)過程的方方面面，不僅與設(shè)計、制造、檢驗、安裝、維護(hù)有關(guān)，還與生產(chǎn)管理、質(zhì)量監(jiān)控體系、使用人員的專業(yè)水平與素質(zhì)有關(guān)。這里主要是從技術(shù)角度分析提高系統(tǒng)可靠性的最常用方法。

導(dǎo)致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定的內(nèi)部因素主要有以下三點：

（1）元器件本身的性能與可靠性。元器件是組成系統(tǒng)的基本單元，其特性好壞與穩(wěn)定性直接影響整系統(tǒng)性能與可靠性。因此，在可靠性設(shè)計當(dāng)中，首要的工作是精選元器件，使其在長期穩(wěn)定性、精度等級方面滿足要求。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電子元器件的可靠性不斷提高，現(xiàn)在小功率晶體管及中小規(guī)模IC芯片的實際故障大約為10×10-9/h。這為提高系統(tǒng)性能與可靠性提供了很好的基礎(chǔ)。

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。包括硬件電路結(jié)構(gòu)和運行軟件設(shè)計。電路設(shè)計中要求元器件或線路布局合理以消除元器件之間的電磁耦合相互干擾，優(yōu)化的電路設(shè)計也可以消除或削弱外部干擾對整個系統(tǒng)的影響，如去耦電路、平衡電路等。同時也可以采用冗余結(jié)構(gòu)，也稱容錯技術(shù)或故障掩蓋技術(shù)，它是通過增加完成同一功能的并聯(lián)或備用單元〔包括硬件單元或軟件單元〕數(shù)目來提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計方法。當(dāng)某些元器件發(fā)生故障時也不影響整個系統(tǒng)的運行。對于消減外部電磁干擾，可采用電磁兼容設(shè)計，目的是提高單片機(jī)系統(tǒng)在電磁環(huán)境中的適應(yīng)性，即能保持完成規(guī)定功能的能力。常用的抗電磁干擾的硬件措施有濾波技術(shù)、去耦電路、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)等。

軟件是微機(jī)系統(tǒng)區(qū)別于其它通用電子設(shè)備的獨到之處，通過合理編制軟件可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)運行的可靠性。常用的軟件措施主要有：一是信息冗余技術(shù)，對單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用而言，保持信號信息和重要數(shù)據(jù)是提高可靠性的主要方面。為防止系統(tǒng)故障等原因而丟失信息，常將重要數(shù)據(jù)或文件多重化，復(fù)制一份或多份"拷貝"，并存于不同空間，一旦某一區(qū)間或某一備份被破壞，則自動從其它部分重新復(fù)制，使信息得以恢復(fù)。二是時間冗余技術(shù)，為提高單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性，可采用重復(fù)執(zhí)行某一操作或某一程序，并將執(zhí)行結(jié)果與前一次結(jié)果進(jìn)行比較對照來確認(rèn)系統(tǒng)工作是否正常。只有當(dāng)兩次結(jié)果相同時，才被認(rèn)可，并進(jìn)行下一步操作。

若兩次結(jié)果不相同，可再次重復(fù)執(zhí)行一次，當(dāng)?shù)谌谓Y(jié)果與前兩次之中的一次相同時，則認(rèn)為另一結(jié)果是偶然故障引起的，應(yīng)剔除。若三次結(jié)果均不相同，則初步判定為硬件永久性故障，需進(jìn)一步檢查。這種辦法是用時間為代價來換取可靠性，稱為時間冗余技術(shù)，也稱為重復(fù)檢測技術(shù)。三是故障自動檢測與診斷技術(shù)，對于復(fù)雜系統(tǒng)，為了保證能及時檢測出有故障裝置或單元模塊，以便及時把有用單元替換上去，就需要對系統(tǒng)進(jìn)行在線測試與診斷。這樣做的目的有兩個：一是為了判定動作或功能的正常性；二是為了及時指出故障部位，縮短維修時間。四是軟件可靠性技術(shù)：單片機(jī)控制系統(tǒng)運行軟件是系統(tǒng)要實行的各項功能的具體反映。軟件的可靠性主要標(biāo)志是軟件是否真實而準(zhǔn)確地描述了要實現(xiàn)的各種功能。因此對生產(chǎn)工藝過程的了解程度直接關(guān)系到軟件的編寫質(zhì)量。提高軟件可靠性的前提條件是設(shè)計人員對生產(chǎn)工藝過程的深入了解，并且使軟件易讀、易測和易修改。五是失效保險技術(shù)：有些重要系統(tǒng)，一但發(fā)生故障時希望整個系統(tǒng)應(yīng)處于安全或保險狀態(tài)。此外，還有常見的數(shù)字濾波、程序運行監(jiān)視及故障自動恢復(fù)技術(shù)等。

（3）安裝與調(diào)試。元器件與整個系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，是保證系統(tǒng)運行與可靠性的重要措施。盡管元器件選擇嚴(yán)格，系統(tǒng)整體設(shè)計合理，但安裝工藝粗糙，調(diào)試不嚴(yán)格，仍然達(dá)不到預(yù)期的效果。

導(dǎo)致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定的外因是指單片機(jī)控制系統(tǒng)所處工作環(huán)境中的外部設(shè)備或空間條件導(dǎo)致系統(tǒng)運行的不可靠因素，主要包括以下幾點：一是外部電氣條件，如電源電壓的穩(wěn)定性、強(qiáng)電場與磁場等的影響；二是外部空間條件，如溫度、濕度，空氣清潔度等；三是外部機(jī)械條件，如振動、沖擊等。

為保證系統(tǒng)可靠工作，必須創(chuàng)造一個良好的外部環(huán)境。例如：采取屏蔽措施、遠(yuǎn)離產(chǎn)生強(qiáng)電場干擾的設(shè)備；加強(qiáng)通風(fēng)以降低環(huán)境溫度；安裝緊固以防振動等。

元器件的選擇是根本，合理安裝調(diào)試是基礎(chǔ)，系統(tǒng)設(shè)計是手段，外部環(huán)境是保證，這是可靠性設(shè)計遵循的基本準(zhǔn)則，并貫穿于系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試、運行的全過程。為實現(xiàn)這些準(zhǔn)則，必須采取相應(yīng)的硬件或軟件方面的措施，這是可靠性設(shè)計的根本任務(wù)。

中小規(guī)模的單片機(jī)控制系統(tǒng)在開發(fā)過程中，結(jié)合實際應(yīng)用中的工作環(huán)境，采用以上的系統(tǒng)抗干擾優(yōu)化設(shè)計的措施與方法，基本能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，充分地體現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)在不增加控制成本的情況提高機(jī)電設(shè)備的自動化性能與智能性的優(yōu)越所在。

參考文獻(xiàn)

[1]胡連柱,姜寶山.簡析單片機(jī)軟硬件的抗干擾設(shè)計技術(shù),安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2005，01.

篇（4）

2基于AT89C51單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)設(shè)計

基于AT89C51單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)采用了當(dāng)前應(yīng)用廣泛的AT89C51單片機(jī)，以AT89C51單片機(jī)做為核心部件，以匯編語言對其進(jìn)行編程控制其它輔助系統(tǒng)，用PID算法來控制PWD波的產(chǎn)生，進(jìn)而實現(xiàn)系統(tǒng)溫度的控制。

2.2硬件設(shè)計

基于單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)硬件主要由單片機(jī)基本系統(tǒng)、溫度傳感器、電爐、繼電器、顯示電路、報警電路、鍵盤等組成。

（1）單片機(jī)基本系統(tǒng)。單片機(jī)基本系統(tǒng)采用了AT89C51芯片，它由基本供電電路、時鐘電路和復(fù)位電路組成。鍵盤、顯示電路、報警電路將信號輸入到單片機(jī)基本系統(tǒng)當(dāng)中，單片機(jī)基本系統(tǒng)根據(jù)溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，得到相應(yīng)的控制信號，由控制信號驅(qū)動繼電器工作，從而達(dá)到控制電爐工作的結(jié)果，最終達(dá)到控制溫度的目標(biāo)。

（2）溫度傳感器。溫度傳感器的作用是對水溫進(jìn)行溫度的檢測，并實時將數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)基本系統(tǒng)，以供其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

（3）繼電器。繼電器的作用是控制電爐工作，它通過接收單片機(jī)基本系統(tǒng)的控制信號，實現(xiàn)對于電爐的控制。

（4）電爐。電爐是用來實現(xiàn)對水加熱的功能，由繼電器根據(jù)控制信號對其進(jìn)行控制。

（5）鍵盤。本設(shè)計采用61板自帶按鍵，不需要另外連接硬件即可使用。

（6）顯示電路。由六個八段數(shù)據(jù)管以及數(shù)碼管的驅(qū)動電路組成，前三段用于顯示控制溫度，后三段用于顯示實際測量溫度。

（7）報警電路。報警系統(tǒng)是出于電爐的安全考慮進(jìn)行設(shè)計的。溫度傳感器獲得數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)基本系統(tǒng)，單片機(jī)基本系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)后，當(dāng)水溫過高或過低，即達(dá)到預(yù)設(shè)最大值與最小值時，單片機(jī)驅(qū)動報警電路，實現(xiàn)報警功能。以上各組件與單片機(jī)芯片引腳連接方式為：溫度傳感器輸入端連接到P3.1口，按鍵接在P3.1、P3.2、P3.3，分別控制設(shè)定溫度的十位、個位和小數(shù)位，單片機(jī)的輸出控制信號由P3.5輸出；實際水溫顯示的字型碼是由P0口送出，十位、個位和小數(shù)位分別由P1.0、P1.1、P1.2選通；設(shè)定溫度顯示的字型碼是由P2口送出，十位、個位和小數(shù)位分別由P1.3、P1.4、P1.5選通。

2.3軟件設(shè)計

（1）主程序設(shè)計：系統(tǒng)采用匯編語言進(jìn)行編程，由主程序進(jìn)行控制。即由主程序調(diào)用子程序。其功能主要對傳感器采集的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)定單元，然后一方面進(jìn)行在LED顯示，另一部分與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過PID算法得到控制量并經(jīng)由單片機(jī)輸出去控制電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)。

（2）子程序設(shè)計：主要由顯示子程序、鍵盤中斷子程序、進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序、溫控子程序、報警子程序等組成。顯示子程序用于顯示實際溫度和設(shè)定溫度；鍵盤中斷子程序用于對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定控制；進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序用于把采集的溫度信號換算為對應(yīng)的溫度值；溫控子程序把采集的實際溫度與設(shè)定溫度值比較，調(diào)用PID算法，輸出控制信號；報警子程序用于控制非法輸入溫度值。3.4溫度控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型溫度控制系統(tǒng)可采用采用比例積分調(diào)節(jié)器來校正，按照一定采樣周期采集r(k)和F(k),其偏差值為e(k)=r(k)-F(k)（1）根據(jù)偏差值來計算輸出u(k)，其對應(yīng)差分方程為：u(k)=u(k-1)+a0e(k)-a1e(k-1)（2）其中：a0=Kp(1+T/T1)a1=Kpe（k）=（rk）-F（k）

篇（5）

2檢測控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

2．1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

綜合包衣機(jī)的工作流程，整個檢測控制系統(tǒng)主要由包衣機(jī)控制主板、多傳感器信號檢測板、執(zhí)行器控制板和液晶觸摸屏構(gòu)成

。多傳感器信號檢測板實現(xiàn)對稱重傳感器和液位傳感器信號的采集;執(zhí)行器控制板可實現(xiàn)對電機(jī)設(shè)備啟停的開關(guān)量控制;用戶通過液晶觸摸屏進(jìn)行包衣參數(shù)設(shè)置、包衣過程啟停、包衣狀態(tài)顯示等操作。包衣機(jī)控制主板采用RS－485方式與多傳感器信號檢測板和執(zhí)行器控制板進(jìn)行通訊，采用RS－232方式與液晶觸摸屏進(jìn)行通訊。

2．2包衣機(jī)控制主板

包衣機(jī)控制主板選用RealARM6410開發(fā)板。該開發(fā)板以ARM11內(nèi)核的S3C6410芯片作為控制核心，包含電源模塊、晶振模塊、復(fù)位電路、485通信模塊和232通信模塊等外部設(shè)備，可以裝載和運行LINUX操作系統(tǒng)，具有處理運算能力強(qiáng)、耗電低、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點。將RealARM6410開發(fā)板作為包衣機(jī)的控制主板，可以很好地保證系統(tǒng)在包衣過程中的可靠性和穩(wěn)定性。

2．3多傳感器信號檢測板

多傳感器信號檢測板選用意法半導(dǎo)體公司出產(chǎn)的32位高性能STM32F103C6T6作為微控制器。該微控制器的核心是ARMCortex－M3處理器，最高CPU時鐘為72MHz，具有良好的精密性、可靠性和運算速度。本設(shè)計中針對供種量和進(jìn)液量兩種參數(shù)信息，分為兩個檢測模塊進(jìn)行硬件開發(fā)。

2．3．1供種量檢測模塊

供種量檢測模塊包含2路稱重傳感器信號放大電路用以檢測稱重桶中種子的質(zhì)量，原理如圖3所示。本設(shè)計中采用上海大和衡器有限公司出產(chǎn)的UH－53型稱重傳感器，該傳感器具有準(zhǔn)確度高、抗偏載能力強(qiáng)和長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點。為了增加檢測模塊的抗干擾性，保證種子質(zhì)量的檢測精度，采用AnalogDe-vices公司具有低噪聲、低失調(diào)電壓和高共模抑制比特點的AD8608型CMOS精密運算放大器構(gòu)成兩級差分放大電路。放大電路第一級由兩個同相輸入運算放大器電路并聯(lián)，第二級串聯(lián)一個差分輸入的運算放大器。這樣的連接方式可以很好地抑制輸入電壓中的共模成分。參照稱重傳感器的額定輸出，可以取放大倍數(shù)為500倍。為了減少第二級運放共模誤差造成的影響，第一級運放的增益要盡可能高。因此，將第一級放大倍數(shù)設(shè)定為500。經(jīng)過取值和計算。放大電路的輸出端經(jīng)過一個分壓電路后，接入STM32芯片上帶有A/D轉(zhuǎn)換通道的I/O接口。

2．3．2進(jìn)液量檢測模塊

進(jìn)液量檢測模塊包含上液位和下液位傳感器檢測電路。Uup為上液位傳感器信號，Udown為下液位傳感器信號。Control1為控制主板發(fā)送的補液信號，Control2為控制主板發(fā)送的加液信號。動作執(zhí)行之前Control1、Control2都為低電平，以加液動作為例，當(dāng)液面高于上液位傳感器時，Uup、Udown都為低電平。Uup通過光耦開關(guān)電路，在PA3處輸出高電平到STM32芯片的I/O接口上;Udown通過光耦開關(guān)電路，在PA4處輸出低電平到到STM32芯片的I/O接口上。此時Control2發(fā)送一個高電平信號，使RS鎖存器2輸出高電平，經(jīng)過繼電器驅(qū)動電路后使加液電機(jī)運轉(zhuǎn);然后使Control2變回低電平，在液面介于上下液位傳感器之間時，Uup為高電平、Udown為低電平，PA4處仍為低電平，使RS鎖存器2的輸出保持之前的高電平狀，加液電機(jī)保持運轉(zhuǎn)。當(dāng)液面低于下液位傳感器時，Uup、Udown都為高電平，PA4變?yōu)楦唠娖剑筊S鎖存器2輸出低電平，加液電機(jī)停止;在此過程中補液電機(jī)一直保持停止?fàn)顟B(tài)，直到單片機(jī)通過Control1發(fā)送補液信號時再進(jìn)入補液動作。通過采用主板信號控制動作啟動、傳感器檢測電路直接控制動作結(jié)束的方式，可以有效避免藥液的過量添加，保證了進(jìn)液控制的穩(wěn)定性。

2．4液晶觸摸屏

液晶觸摸屏采用廣州微嵌計算機(jī)科技有限公司的WQT系列產(chǎn)品，它由400MHz的ARM9高速CPU、數(shù)字LED背光顯示和高精度電阻式觸摸屏等部分構(gòu)成，有良好的兼容性和友好的人機(jī)操作界面。該液晶屏具備數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)控和觸摸控制等基本功能，并且采用雙口獨立通訊，可通過自定義的通訊協(xié)議實現(xiàn)與主板之間的信息傳輸。

2．5執(zhí)行器控制板

執(zhí)行器控制板采用與傳感器信號采集板相同的STM32F103C6T6微控制器，通過設(shè)計繼電器驅(qū)動電路，實現(xiàn)對加粉、門控等電機(jī)啟停的開關(guān)量控制。開關(guān)量控制信號經(jīng)由一階RC低通濾波器和線性光電耦合器組成的電路后，可有效地濾除信號中的干擾成分。控制信號通過三極管進(jìn)行放大，可驅(qū)動繼電器的開合。

3檢測控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

包衣機(jī)在開啟電源并初始化完成后，通過液晶觸摸屏設(shè)置包衣流程的總批次、種子質(zhì)量以及種藥混合時間等包衣參數(shù)。在包衣機(jī)控制主板系統(tǒng)平臺上進(jìn)行軟件開發(fā)，每隔一定時間在485總線上采用輪詢的方式與多傳感器信號檢測板和執(zhí)行器控制板進(jìn)行通信;系統(tǒng)參照用戶設(shè)定的各項參數(shù)以及稱重和液位傳感器實際檢測到的參數(shù)信息，發(fā)送電機(jī)控制命令，進(jìn)行各批次的種子包衣處理動作;每個動作之間通過適當(dāng)?shù)难訒r銜接，可實現(xiàn)包衣機(jī)各工作部件的有機(jī)組合和包衣流程的有序進(jìn)行。

篇（6）

2合理設(shè)計軟件

因為要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和無人值守，所以要自動對風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，其中，控制的主要對象有：對運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，在運行風(fēng)機(jī)的時候，反饋信號、機(jī)組狀態(tài)參數(shù)、風(fēng)力參數(shù)、監(jiān)測電力參數(shù)等，從而確保機(jī)組能夠穩(wěn)定的運行；在風(fēng)機(jī)自動運行的時候，要根據(jù)運行的相關(guān)步驟采取風(fēng)機(jī)全自動開車，進(jìn)而能夠確保開車能夠穩(wěn)定進(jìn)行；對槳距進(jìn)行控制，從而確保機(jī)組能夠穩(wěn)定、安全運行；對偏航進(jìn)行控制，從而確保風(fēng)機(jī)正對著風(fēng)向而得到最多的風(fēng)能。當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)速要比啟動風(fēng)速要低、并網(wǎng)故障、剎車故障等情況的時候，要立刻對風(fēng)機(jī)進(jìn)行停機(jī)操作。

2.1控制的相關(guān)策略

當(dāng)啟動風(fēng)機(jī)的時候，風(fēng)輪的槳葉是不動的，其槳距的角度應(yīng)為90°，因為在這個過程中氣流不會對槳葉產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，所以槳葉實質(zhì)上就是阻尼板。當(dāng)風(fēng)速與啟動風(fēng)速一致的時候，槳葉會向0°轉(zhuǎn)動，從而通過氣流對槳葉所產(chǎn)生的功角，促使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動。當(dāng)發(fā)電機(jī)并入到電網(wǎng)之前，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號將會控制槳距系統(tǒng)中的槳距角的給定值。同時，轉(zhuǎn)速控制器會根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢，合理的對槳距角設(shè)定值進(jìn)行改變，而變槳距系統(tǒng)則會按照給出的槳距角的參考值，有效的對速度進(jìn)行控制并對槳距角進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)風(fēng)速大于等于額定風(fēng)速的時候，風(fēng)電機(jī)組將會處于額定功率狀態(tài)。同時，轉(zhuǎn)速控制也會變成功率控制，而且變槳距系統(tǒng)將會控制發(fā)電機(jī)的功率所發(fā)出的信號。額定功率即是控制信號給定值恒定。給定值與功率反饋信號進(jìn)行對比時，如果功率超過額定功率，槳葉槳距就會轉(zhuǎn)向迎風(fēng)面積正在變少的方向；如果功率沒有超過額定功率，槳葉槳距就會轉(zhuǎn)向迎風(fēng)面積正在增加的方向。

2.2合理控制風(fēng)機(jī)啟動

當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動的時候，要采用風(fēng)速儀對風(fēng)速進(jìn)行測量，并對風(fēng)速的大小進(jìn)行判斷，當(dāng)風(fēng)速大于啟動風(fēng)速的時候，要啟動風(fēng)機(jī)；當(dāng)風(fēng)速小于啟動風(fēng)速的時候，要繼續(xù)對風(fēng)速進(jìn)行測量。在啟動風(fēng)機(jī)的時候，要有效的控制偏航，從而能夠有效的將槳距角調(diào)到零度以及確保風(fēng)機(jī)能夠正面迎風(fēng)。在對風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)測的時候，當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速到達(dá)切入轉(zhuǎn)速的時候，就能夠?qū)嵭胁⒕W(wǎng)發(fā)電。

2.3合理控制偏航

合理控制偏航的目的在于確保風(fēng)機(jī)能夠在迎面對著風(fēng)向的時候，能夠得到最大化的風(fēng)能，在實際應(yīng)用當(dāng)中，如果偏航角和風(fēng)向角的差額不超過15°的時候，就可以認(rèn)定風(fēng)機(jī)是迎面對著風(fēng)向的。對控制算法進(jìn)行設(shè)計的時候，要遵循快捷進(jìn)行控制的原則進(jìn)行設(shè)計，從而能夠更好的避免在執(zhí)行時所出現(xiàn)的繁瑣動作。如果電纜纏繞了多達(dá)兩圈，要立刻采取解纜控制，從而確保風(fēng)電機(jī)組能夠安全的運行。同時，在進(jìn)行解纜的時候風(fēng)電機(jī)組要采用正常停機(jī)的方式，并要采用自動偏航后才能合理的進(jìn)行解纜。

2.4合理控制風(fēng)機(jī)停機(jī)

如果風(fēng)機(jī)發(fā)生故障，比如，當(dāng)傳動系統(tǒng)冷卻水的溫度比較高、風(fēng)機(jī)的溫度比較高、槳距系統(tǒng)的液壓油位比較低等的時候，要及時發(fā)出停機(jī)警告，從而促使風(fēng)機(jī)停機(jī)。如果發(fā)現(xiàn)風(fēng)速超出相關(guān)限度的時候，由于風(fēng)機(jī)的各個環(huán)節(jié)會受到一定的限制，所以一定要脫網(wǎng)停機(jī)。在停機(jī)的時候，要及時把槳距角調(diào)整到90°,確保停機(jī)時的安全性。

2.5合理控制槳距

在風(fēng)機(jī)并網(wǎng)滯后，要憑借對槳距角的調(diào)節(jié)去調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的功率，如果額定功率小于實際功率的時候，PLC的模擬輸出單元CJ1W-DA021輸出和功率之間的差距成為比例的信號，如果功率偏差低于0的時候，要憑借進(jìn)槳來促使功率的增加，同時，如果功率的偏差在-5且+5的時候，不能夠?qū)嵭凶儤瑥亩軌虮苊膺^度頻繁的進(jìn)行變槳。

篇（7）

在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機(jī)的起停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場中的這些自動控制問題，若采用可編程序控制器(PC)來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一，本文敘述PC控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)該注意的問題。

硬件選購目前市場上的PC產(chǎn)品眾多，除國產(chǎn)品牌外，國外有：日本的OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德國的SIEMENS，韓國的LG等。近幾年，PC產(chǎn)品的價格有較大的下降，其性價比越來越高，這是眾多技術(shù)人員選用PC的重要原因。那么，如何選購PC產(chǎn)品呢?

1．系統(tǒng)規(guī)模首先應(yīng)確定系統(tǒng)用PC單機(jī)控制，還是用PC形成網(wǎng)絡(luò)，由此計算PC輸入、輸出點。數(shù)，并且在選購PC時要在實際需要點數(shù)的基礎(chǔ)上留有一定余量(10%)。

2．確定負(fù)載類型根據(jù)PC輸出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的。

3．存儲容量與速度盡管國外各廠家的PC產(chǎn)品大體相同，但也有一定的區(qū)別。目前還未發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產(chǎn)品。各個公司的開發(fā)軟件都不相同，而用戶程序的存儲容量和指令的執(zhí)行速度是兩個重要指標(biāo)。一般存儲容量越大、速度越快的PC價格就越高，但應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的大小合理選用PC產(chǎn)品。

4．編程器的選購PC編程可采用三種方式：

一是用一般的手持編程器編程，它只能用商家規(guī)定語句表中的語句編程。這種方式效率低，但對于系統(tǒng)容量小，用量小的產(chǎn)品比較適宜，并且體積小，易于現(xiàn)場調(diào)試，造價也較低。

二是用圖形編程器編程，該編程器采用梯形圖編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價格較高。

三是用IBM個人計算機(jī)加PC軟件包編程，這種方式是效率最高的一種方式，但大部分公司的PC開發(fā)軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場調(diào)試。

因此，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的大小與難易，開發(fā)周期的長短以及資金的情況合理選購PC產(chǎn)品。

5．盡量選用大公司的產(chǎn)品其質(zhì)量有保障，且技術(shù)支持好，一般售后服務(wù)也較好，還有利于你的產(chǎn)品擴(kuò)展與軟件升級。

輸入回路的設(shè)計

1．電源回路PC供電電源一般為AC85—240V(也有DC24V)，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1：1隔離變壓器等)。

2．Pc上DC24V電源的使用各公司PC產(chǎn)品上一般都有DC24V電源，但該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負(fù)載時要注意容量，同時作好防短路措施(因為該電源的過載或短路都將影響PC的運行)。

3.外部DC24V電源若輸入回路有DC24V供電的接近開關(guān)、光電開關(guān)等，而PC上DC24V電源容量不夠時，要從外部提供DC24V電源；但該電源的“—”端不要與PC的DC24V的“—”端以及“COM”端相連，否則會影響PC的運行。

4．輸入的靈敏度各廠家對PC的輸人端電壓和電流都有規(guī)定，如日本三菱公司F7n系列Pc的輸入值為：DC24V、7mA，啟動電流為4．5mA，關(guān)斷電流小于1．5mA，因此，當(dāng)輸入回路串有二極管或電阻(不能完全啟動)，或者有并聯(lián)電阻或有漏電流時(不能完全切斷)，就會有誤動作，靈敏度下降，對此應(yīng)采取措施。另一方面，當(dāng)輸入器件的輸入電流大于PC的最大輸入電流時，也會引起誤動作，應(yīng)采用弱電流的輸入器件，并且選用輸人為共漏型輸入的PC，Bp輸入元件的公共點電位相對為負(fù)，電流是流出PC的輸入端。

輸出回路的設(shè)計

1．各種輸出方式之間的比較

(1)繼電器輸出：優(yōu)點是不同公共點之間可帶不同的交、直流負(fù)載，且電壓也可不同，帶負(fù)載電流可達(dá)2A／點；但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負(fù)載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負(fù)載電流的增加而減少，一般在幾十萬次至Jl百萬次之間，有的公司產(chǎn)品可達(dá)1000萬次以上，響應(yīng)時間為10ms

(2)晶閘管輸出：帶負(fù)載能力為0．2A／點，只能帶交流負(fù)載，可適應(yīng)高頻動作，響應(yīng)時間為1ms.

(3)晶體管輸出：最大優(yōu)點是適應(yīng)于高頻動作，響應(yīng)時間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶DC5—30V的負(fù)載，最大輸出負(fù)載電流為0．5A／點，但每4點不得大于0．8A。

當(dāng)你的系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下時，應(yīng)首選繼電器輸出，因其電路設(shè)計簡單，抗干擾和帶負(fù)載能力強(qiáng)。當(dāng)頻率為10次／min以下時，既可采用繼電器輸出方式；也可采用PC輸出驅(qū)動達(dá)林頓三極管(5—10A)，再驅(qū)動負(fù)載，可大大減小電流。

2．抗干擾與外部互鎖當(dāng)PC輸出帶感性負(fù)載，負(fù)載斷電時會對PC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負(fù)載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負(fù)載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護(hù)PC。

當(dāng)兩個物理量的輸出在PC內(nèi)部已進(jìn)行軟件互鎖后，在PC的外部也應(yīng)進(jìn)行互鎖，以加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

3．“GOM“點的選擇不同的PC產(chǎn)品，其“COM”點的數(shù)量是不一樣的，有的一個“COM”點帶8個輸出點，有的帶4個輸出點，也有帶2個或1個輸出點的。當(dāng)負(fù)載的種類多，且電流大時，采用一個“COM”點帶1—2個輸出點的PC產(chǎn)品；當(dāng)負(fù)載數(shù)量多而種類少時，采用一個“COM”點帶4—8個輸出點的PC產(chǎn)品。這樣會對電路設(shè)計帶來很多方便，每個“COM”點處加一熔絲，1—2個輸出時加2A的熔絲，4—8點輸出的加5—10A的熔絲，因PC內(nèi)部一般沒有熔絲。

4．PC外部驅(qū)動電路對于PC輸出不能直接帶動負(fù)載的情況下，必須在外部采用驅(qū)動電路：可以用三極管驅(qū)，也可以用固態(tài)繼電器或晶閘管電路驅(qū)動，同時應(yīng)采用保護(hù)電路和浪涌吸收電路，且每路有顯示二極管(LED)指示。印制板應(yīng)做成插拔式，易于維修。

PC的輸入輸出布線也有一定的要求，請看各公司的使用說明書。

擴(kuò)展模塊的選用

對于小的系統(tǒng)，如80點以內(nèi)的系統(tǒng)．一般不需要擴(kuò)展；當(dāng)系統(tǒng)較大時，就要擴(kuò)展。不同公司的產(chǎn)品，對系統(tǒng)總點數(shù)及擴(kuò)展模塊的數(shù)量都有限制，當(dāng)擴(kuò)展仍不能滿足要求時，可采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；同時，有些廠家產(chǎn)品的個別指令不支持?jǐn)U展模塊，因此，在進(jìn)行軟件編制時要注意。當(dāng)采用溫度等模擬模塊時，各廠家也有一些規(guī)定，請看相關(guān)的技術(shù)手冊。

各公司的擴(kuò)展模塊種類很多，如單輸入模塊、單輸出模塊、輸入輸出模塊、溫度模塊、高速輸入模塊等。PC的這種模塊化設(shè)計為用戶的產(chǎn)品開發(fā)提供了方便。

PC的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

當(dāng)用PC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，其難度比PC單機(jī)控制大得多。首先你應(yīng)選用自己較熟悉的機(jī)型，對其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執(zhí)行速度和用戶程序存儲容量也應(yīng)仔細(xì)了解。否則，不能適應(yīng)你的實時要求，造成系統(tǒng)崩潰。另外，對通信接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳送速度等也要考慮。

篇（8）

本系統(tǒng)的傳感器采用電位器(見圖2)，它通過連桿機(jī)構(gòu)和軸承與提升臂相連接，與提升臂旋轉(zhuǎn)軸線同軸［4］。當(dāng)耕深改變時，拖拉機(jī)的下拉桿隨之上下運動，與下拉桿連接的提升臂也會有一個相應(yīng)的轉(zhuǎn)角變化;同時，電位器的轉(zhuǎn)軸也在連桿機(jī)構(gòu)的作用下隨提升臂同步轉(zhuǎn)動，根據(jù)電位器阻值的變化檢測出提升臂轉(zhuǎn)動的角度，從而根據(jù)對應(yīng)的幾何關(guān)系所建立起的數(shù)型間接檢測出此時的耕深［5］;微機(jī)接收到反饋信號后，把該信號和預(yù)設(shè)耕深信號進(jìn)行分析對比，然后控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)耕深。

1．2微機(jī)控制

本系統(tǒng)控制模塊采用微芯公司的PIC18F23K20系列單片機(jī)作為微機(jī)控制單元。該單片機(jī)運行速度快、功耗較低，并且其內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換器模塊、增強(qiáng)型CCP模塊以及單片機(jī)通信需要的USART模塊等，從而大大減少了外接的專業(yè)電路模塊，簡化了整個控制電路，能夠?qū)崟r、高效地實現(xiàn)該裝置所需的各種功能的控制［6］。本系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片是東芝公司生產(chǎn)的TA8435H，其電路簡單、工作可靠。該芯片是單片正選細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動專用芯片，具有以下特點:1)工作電壓范圍在10～40V;2)輸出電流平均可達(dá)1．5A，峰值可達(dá)2．5A;3)運行方式有整步、半步、1/4細(xì)分和1/8細(xì)分多種選擇;4)采用的是脈寬調(diào)試式斬波驅(qū)動方式;5)具有正反轉(zhuǎn)控制功能，帶有復(fù)位和時能引腳;6)可選擇使用單時鐘輸入或雙時鐘輸入［7］。微機(jī)和步進(jìn)電機(jī)聯(lián)合控制的程序流程如圖3所示。系統(tǒng)對PIC18F23K20單片機(jī)的各個模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，然后通過電位器進(jìn)行耕深檢測。當(dāng)提升臂轉(zhuǎn)動時，電位器轉(zhuǎn)軸隨著轉(zhuǎn)動，引起電位器內(nèi)部阻值變化，進(jìn)而引起電壓值的變化，通過線路傳給微機(jī)處理。微機(jī)把反饋信號和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較、分析，如果實測值在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)，則繼續(xù)檢測;如果實測值不在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)，且比標(biāo)準(zhǔn)值小，則微機(jī)發(fā)送控制信號控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)整實測值大小，直到實測值在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi);同理，若實測值比預(yù)設(shè)值大，則控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。

1．3執(zhí)行機(jī)構(gòu)

本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(見圖4)是在原液壓懸掛系統(tǒng)的基礎(chǔ)上經(jīng)過加裝步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)手動和自動聯(lián)合控制。步進(jìn)電機(jī)通過鉸鏈安裝在拖拉機(jī)上，可以隨著分配器操縱桿轉(zhuǎn)動，電機(jī)桿上安裝1根絲桿，當(dāng)微機(jī)控制信號控制電機(jī)動作時，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可以推動操作手桿移動，實現(xiàn)分配器油液的流量和流向的改變，進(jìn)而調(diào)節(jié)農(nóng)具耕深。聯(lián)合控制如圖5所示。當(dāng)需要手動控制耕深時，斷開步進(jìn)電機(jī)與操縱桿鏈接即可。

2試驗與分析

為了檢測該系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，在西南大學(xué)農(nóng)機(jī)試驗田里進(jìn)行了田間試驗。試驗工具采用西南大學(xué)農(nóng)機(jī)實驗室的福田雷沃M1200－D型拖拉機(jī)，配套的農(nóng)具為西南大學(xué)農(nóng)機(jī)實驗室的東方紅1LH－535鏵式犁。根據(jù)農(nóng)藝要求，試驗前預(yù)設(shè)耕深范圍為0～20cm，安裝好本裝置的拖拉機(jī)在實驗田進(jìn)行直線行駛作業(yè)后，通過多點實測耕深，得到試驗數(shù)據(jù)如表1所示。試驗數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)在使用中基本可以反映田間實測耕深，且在預(yù)設(shè)耕深允許的范圍內(nèi)。

篇（9）

2、Dupline現(xiàn)場總線系統(tǒng)

該工程中用Dupline現(xiàn)場總線系統(tǒng)采集皮帶機(jī)保護(hù)信號送入選煤廠PLC控制系統(tǒng)，使用Dupline現(xiàn)場總線系統(tǒng)可降低選煤廠建設(shè)總投資，據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)選煤廠內(nèi)帶式輸送機(jī)累計長度超過270m時，使用Dupline總線系統(tǒng)作為皮帶保護(hù)的總投資將小于將保護(hù)信號直接送入PLC的總投資。該廠主廠房生產(chǎn)控制系統(tǒng)皮帶機(jī)累計長度560m，需用跑偏開關(guān)26對、拉繩開關(guān)19個、失速開關(guān)7個和堵溜槽開關(guān)7個。Dupline現(xiàn)場總線系統(tǒng)由四種基本元件組成：網(wǎng)關(guān)模塊、輸入模塊、輸出模塊和兩芯電纜。在主廠房控制系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)模塊型號為：G38910020，網(wǎng)關(guān)模塊負(fù)責(zé)將Dupline數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Profibus-DP現(xiàn)場總線協(xié)議，反之亦然。網(wǎng)關(guān)模塊為PLC和Dupline現(xiàn)場總線網(wǎng)關(guān)之間的自動數(shù)據(jù)傳輸提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化方法，每個網(wǎng)關(guān)可帶數(shù)字量點數(shù)為128個，但距離長達(dá)幾公里時其所帶數(shù)字量點數(shù)要適當(dāng)減少。本廠所用數(shù)字量輸入模塊型號為G50101106和G50102206，跑偏開關(guān)和失速開關(guān)內(nèi)裝2206數(shù)字量輸入模塊，拉繩開關(guān)和堵溜槽開關(guān)內(nèi)裝1106數(shù)字量輸入模塊，1106模塊和2206模塊的區(qū)別在于1106為1通道，2206為2通道，這兩種數(shù)字量輸入模塊都可以通過Dupline網(wǎng)絡(luò)直接供電，無需再拉電源線。Dupline系統(tǒng)所用總線電纜為：RVVSP2×1.5型屏蔽雙絞線，所有Dupline數(shù)字量輸入模塊通過同一條兩芯電纜與Dupline網(wǎng)關(guān)模塊相連接，通過編碼工具為每個數(shù)字量輸入模塊設(shè)置唯一的地址編碼。主廠房生產(chǎn)控制系統(tǒng)中用到G38910020型網(wǎng)關(guān)模塊1塊、數(shù)字量輸入模塊G50101106型和G50102206型分別為26塊和33塊、測試工具1套、編碼工具1套和配套總線電纜。

3、現(xiàn)場施工過程中的問題

3.1廠家配套電控箱的安裝問題

電控箱包括閥門控制箱、壓濾機(jī)電控柜、電子皮帶秤、除鐵器控制箱等，這些電控箱由電氣施工單位安裝還是配套廠家安裝的問題。在技術(shù)協(xié)議中，廠家不負(fù)責(zé)設(shè)備安裝，只負(fù)責(zé)現(xiàn)場安裝技術(shù)指導(dǎo)；這部分的安裝費及附加耗材無法在電氣圖紙中體現(xiàn)，導(dǎo)致電氣廠家和電氣施工單位都不愿意做這部分工作。解決方法：在技術(shù)協(xié)議中要求配套廠家配齊成套設(shè)備所需電纜，并負(fù)責(zé)設(shè)備現(xiàn)場安裝與調(diào)試，另外，機(jī)制專業(yè)在畫設(shè)備安裝圖時應(yīng)體現(xiàn)設(shè)備配套電控柜。

篇（10）

蒸發(fā)器的示意所示，其工作流程大致可描述為：待濃縮的稀液從蒸發(fā)器上部進(jìn)入蒸發(fā)器E1201，吸收過熱蒸汽提供的熱量，稀液中的水分變成二次蒸汽從蒸發(fā)器頂部排出，濃縮液從蒸發(fā)器底部排出；濃縮液濃度不能在線測量；稀液流量為F1201，稀液管線上設(shè)閥門V1201；濃縮液流量為F1202，濃縮液管線上設(shè)閥門V1202；二次蒸汽流量為F1203，二次蒸汽管線上設(shè)閥門V1203；從蒸發(fā)器中部通入滿足工藝要求的過熱蒸汽，蒸汽流量為F1105，過熱蒸汽管線上設(shè)閥門V1105；換熱后的過熱蒸汽變?yōu)槔淠懦觥Ｕ舭l(fā)器為真空操作，蒸發(fā)器液位為L1201，溫度為T1201，壓力為P1201。

1．2工藝流程分析蒸發(fā)器的工藝流程可以具體描述為：

1）打開稀液流量閥V1201，向蒸發(fā)器E1201注入稀液，并使蒸發(fā)器液位穩(wěn)定在80％左右。

2）打開過熱蒸汽流量閥V1105和二次蒸汽流量閥V1203，向蒸發(fā)器通入過熱蒸汽，使蒸發(fā)器溫度達(dá)到108℃，并保持穩(wěn)定。

3）待濃縮液濃度達(dá)到7．5％時，開啟濃縮液流量閥V1202，開始連續(xù)出料，使?jié)饪s液流量達(dá)到4．63kg／s，并保持流量平穩(wěn)。

2系統(tǒng)總體方案設(shè)計

2．1控制要求與技術(shù)指標(biāo)

（1）控制要求

基礎(chǔ)過程控制（BPCS）的任務(wù)是保證蒸發(fā)器溫度、濃縮液濃度以及濃縮液流量均符合工藝要求。根據(jù)工藝要求可以將BPCS的控制任務(wù)分解為：建立蒸發(fā)器液位、提升蒸發(fā)器溫度、蒸發(fā)器提升負(fù)荷運行、濃縮液濃度控制、蒸發(fā)器溫度控制、蒸發(fā)器液位控制、濃縮液流量控制。

（2）系統(tǒng)安全要求

現(xiàn)代過程控制系統(tǒng)包括基本過程控制系統(tǒng)(BPCS)和安全儀表系統(tǒng)（SIS）。蒸發(fā)過程可能會出現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)壓力過大而引起事故，因此SIS系統(tǒng)的設(shè)計非常重要。

2．2控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計

考慮到安全可靠和經(jīng)濟(jì)適用的同時兼顧，本方案選擇了西門子的PLCS7416－2F，與PCS7BOX構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，兩個CPU同時具有基礎(chǔ)控制系統(tǒng)（BPCS）和安全控制系統(tǒng)（SIS）的功能，正常運行狀態(tài)下PCS7BOX執(zhí)行BPCS功能，PLCS7416－2F執(zhí)行SIS功能。BPCS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)共用一個工程師站和一個操作員站，這樣避免了傳統(tǒng)DCS和SIS之間復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，節(jié)省了成本與安裝費用，系統(tǒng)中備件品種少，經(jīng)濟(jì)性好，并且可以互為代用，便于維護(hù)。BPCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)之間的通信連接采用光纖實現(xiàn)，使系統(tǒng)的安全可靠性大大提高。此外，PCS7BOX和冗余PLC相互獨立，冗余系統(tǒng)的存在與否不影響控制系統(tǒng)的正常運行。用PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)擴(kuò)展此系統(tǒng)，使此系統(tǒng)一方面可與管理系統(tǒng)對接，另一方面具有了良好的可擴(kuò)展性，能方便地實現(xiàn)監(jiān)控功能，同時使此系統(tǒng)的維護(hù)也變得更加方便。

3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)

3．1儀表供配電設(shè)計

為保證供電的安全和可靠，設(shè)計供電系統(tǒng)時，應(yīng)按照用電儀表的電壓等級和電源類型進(jìn)行設(shè)計。本方案采用二級供電方式，由第一級總供電箱直接向設(shè)置在底層的各二級供電箱供電，并在第二級供電系統(tǒng)中同樣設(shè)置總供電箱、分供電箱。供電系統(tǒng)可采用多回路供電的配電方式，將各分供電箱分別接到總供電箱上的各組端子上，這樣在靈活分配用電負(fù)荷的同時能夠分散端子故障所帶來的影響。

3．2輸入／輸出模塊配置

BPCS和SIS的輸入／輸出模塊配置相類似，以BPCS為例，在分析控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。確定了BPCS所需配置的I／O點數(shù)后，即可進(jìn)行輸入／輸出模塊的選擇。本方案選擇西門子公司的分布式I／O產(chǎn)品ET200M。

3．3系統(tǒng)控制柜設(shè)計

接下來是系統(tǒng)控制柜的設(shè)計，包括主控制柜和分控制柜的設(shè)計，確定控制柜以及輸入輸出模塊后，繪制系統(tǒng)輸入輸出模塊的接線原理圖。

3．4系統(tǒng)組態(tài)

在SIMATICManager中完成系統(tǒng)組態(tài)。系統(tǒng)硬件組態(tài)如圖3上半部分所示，左邊是BPCS系統(tǒng)的硬件組態(tài)，右邊是SIS系統(tǒng)的硬件組態(tài)。通信網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)如圖3的下半部分所示，完成BPCS功能和SIS功能的DCS和PLC均掛接在PROFIBUS總線上。PCS7BOX和IM153－2分別是BPCS的CPU和ET200M通信模塊；AS400F和IM153－2FO則是SIS的CPU和ET200M通信模塊。

4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

4．1控制程序總體設(shè)計

根據(jù)程序的功能以及程序執(zhí)行情況，控制程序可以被劃分為3個部分：

1）啟動組織塊OB100。OB100在PLC啟動時執(zhí)行一次，通過該組織塊可以實現(xiàn)初始化操作。

2）主程序OB1。OB1由操作系統(tǒng)不斷地循環(huán)調(diào)用。通過OB1可以進(jìn)行系統(tǒng)常規(guī)處理，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運行狀態(tài)，比如更新程序中的標(biāo)志，并進(jìn)行相應(yīng)處理。

3）循環(huán)中斷OB35。循環(huán)中斷組織塊按照設(shè)定的時間間隔執(zhí)行中斷程序。在循環(huán)中斷中完成模擬量采集、數(shù)字濾波、PID運算，最后是控制量輸出。

4．2控制程序設(shè)計與實現(xiàn)

（1）S7CFC編程語言

CFC（ContinuousFunctionChart，連續(xù)功能圖）用圖形的方式連接程序庫中的各種功能塊，包括從簡單的邏輯操作到復(fù)雜的閉環(huán)和開環(huán)控制等領(lǐng)域。編程的時候?qū)⑿枰墓δ軌K復(fù)制到圖中并用線連接起來即可。定時中斷程序即采用CFC來編寫。

（2）定時中斷的整體結(jié)構(gòu)

在定時中斷中進(jìn)行模擬量采集、數(shù)字濾波、PID運算以及控制信號輸出，同時實現(xiàn)參數(shù)超限時的報警和停車。程序的控制單元主要有：溫度控制、液位控制、濃度控制等。不同被控量所需定時中斷的時間間隔均不相同，定時時間要根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試情況來確定。

4．3推理程序設(shè)計與實現(xiàn)

經(jīng)過分析，可以看出被控對象的特點是多回路、多參數(shù)、強(qiáng)耦合。因此控制策略為：將復(fù)雜大系統(tǒng)分解成相對獨立的簡單子系統(tǒng)進(jìn)行處理，控制律力求簡單實用。其中，根據(jù)對被控對象的分析，發(fā)現(xiàn)濃縮液濃度不可在線測量。為了實現(xiàn)濃度的準(zhǔn)確控制，采用了推理控制策略，利用可實時測得的稀液流量、濃縮液流量以及二次蒸汽流量，通過推理運算實現(xiàn)濃度的間接控制。推理控制算法采用SCL（類似于C語言）進(jìn)行編程，并將其編譯成模塊，供CFC編程調(diào)用。BPCS部分主要采用連續(xù)功能圖CFC實現(xiàn)。

4．4系統(tǒng)安全SIS設(shè)計

作為保證生產(chǎn)安全的重要措施，安全控制系統(tǒng)主要包含安全儀表和信號報警兩部分。大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程要求安全儀表系統(tǒng)和信號報警遵循失效安全原則，使工業(yè)設(shè)備在發(fā)生故障的時候轉(zhuǎn)入預(yù)定義的安全狀態(tài)。在本方案中，包括了報警指示、緊急停車聯(lián)鎖等安全控制。緊急停車聯(lián)鎖在蒸發(fā)器裝置的機(jī)械設(shè)備故障、某些過程參數(shù)越限、系統(tǒng)自身故障或稀液進(jìn)料中斷時，對系統(tǒng)實施緊急停車。緊急停車聯(lián)鎖能自動產(chǎn)生一系列預(yù)先定義的動作，使工藝裝置和人員處于安全狀態(tài)。

4．5系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計

控制系統(tǒng)使用西門子WinCC組態(tài)軟件對操作員站進(jìn)行了組態(tài)，實現(xiàn)對蒸發(fā)器的實時控制及調(diào)整、系統(tǒng)運行監(jiān)控與管理。WinCC使生產(chǎn)過程的狀態(tài)能夠以文字、圖像、曲線和報警等多種形式清晰地表達(dá)出來，同時能夠記錄生產(chǎn)過程中發(fā)生的事件，供歷史查詢使用，還可以組態(tài)可打印的報表。