自动控制软件系统设计（共12篇）
自动控制软件系统设计 篇1
引言
随着我国汽车行业的发展, 各种专用车辆在国民经济建设发展过程中起到了越来越重要的作用。很多专用车辆装有取力装置, 通过取力装置使执行功能的机构获得来自汽车发动机的动力, 以驱动发电机、液压油泵、气泵等。
对于野外作业、抢险抢修等需要电力供应又不方便现场取电的作业场合来说, 带有车载发电机的专业车辆是提供稳定电能的最佳选择。对于带车载发电机的自取力发电系统来说, 发电机要依靠取力器从底盘发动机取出的输出动力进行发电工作, 底盘发动机的稳定性直接决定了发电机发出的电能质量是否满足使用要求, 发动机转速越稳定发电质量越好。这就提出了对发动机进行调速的要求。
传统的调速方式是通过踩踏加速踏板或者调节手动棘轮进行发动机调速。这种方式的缺点一是误差比较大, 二是负载变化时无法及时跟进调整, 转速变化率较大。对于车载发电机来说, 发动机转速变化过大将直接导致电压、频率的大幅度变化, 严重时甚至可能导致用电设备无法正常工作。为了确保获得较稳定的输出电压, 有必要设计一套通过电子装置对发动机转速进行自动控制的取力控制系统。
1 手动调速系统存在的主要问题及改进思路
车载发电机工作时需要动力装置带动发电机转动, 从而将机械能转化为电能。发动机带动取力器旋转, 取力器输出的转速就是发电机输入的转速, 而发电机需要保持额定转速才能保证输出电能的稳定, 所以要求发动机要保持稳定的转速。
传统的手动控制系统的动力传递过程如图1所示。
发动机转速公式如下:P=T*n/9550
式中, P为发动机功率, 单位KW;T为发动机扭矩, 单位:Nm;N为发动机转速, 单位:r/min。
由公式可以看出, 当油门恒定时, 发动机功率P不变, 扭矩T与转速n成反比关系。由于手动控制属于开环系统, 没有实时监控和反馈, 当用电负载增加时, 系统所需扭矩T变大而油门位置不变, 发动机功率不会随之改变, 所以发动机转速n会降低, 反映到发电机端就是发电机转速也降低, 这会导致电压和频率降低, 发电质量变差。同理当负载减少时, 发电机转速会升高, 导致电压和频率升高, 同样会影响发电质量。只有通过人员及时操作手动棘轮或者调速踏板才能使系统跟上负载变化, 在实际工作中显然是很不方便的。
为了改进系统的工作效率, 需要引进闭环模式, 通过测量、反馈、调节等一系列控制环节, 使转速实时跟随负载的实际变化。改进后的系统动力传递过程如图2所示。
自动控制系统采用了闭环反馈机制, 通过转速测量传感器得到转速实际值, 与理想转速进行比较后就能得出实际转速是否存在偏差。差值被送往控制单元, 经过处理后将信号送往执行机构。执行机构根据信号实时操控油门开闭, 从而保证了当负载导致扭矩变化时, 发动机功率随之同比例变化, 所以可以保持转速恒定, 也就保证了发电质量的稳定。
2 系统结构及原理
如上所述, 带闭环反馈的转速控制系统的基本结构如图3所示。
(1) 传感器及转速输入。系统转速信号输入需要依靠安装在车体上的传感器进行采集, 传感器需要安装在探头距离测速齿轮2mm以内的距离上, 以保证速度信号能够正确的传导到控制系统中。速度传感器可以安装到发动机至驱动桥的动力传递路线上的任意部位, 也可以直接从车辆发动机自身安装的传感器上取出信号。在实际工作中得到的经验是传感器可以安装在传动系统飞轮处, 在飞轮外壳上打一个安装孔, 将传感器装入到符合使用要求的位置, 拧紧传感器的固定螺栓即可。飞轮可以起到测速齿轮的作用, 传感器检测飞轮的转速, 再由控制程序换算成发动机的实际转速。
(2) 信号的采集与处理。系统根据时钟频率, 对每秒输入的脉冲信号进行计数, 将其折算成测速齿轮的转速参数, 然后与设定在可编程控制器的额定转速进行对比、计算, 如果测速齿轮转速与额定转速差值高于设定值, 则向控制器发送相应的动作信号。为了避免控制机构过于频繁的工作, 可以适当降低采样频率, 比如每1秒或2秒采集一次脉冲信号。
(3) 驱动执行机构的结构形式。驱动机构主要分为步进电机式及ECU控制式。步进电机式适用于普通车辆, 控制单元直接控制步进电机的动作, 步进电机通过拉动油门拉线或通过齿轮啮合控制喷油泵油量轴来改变发动机喷油量, 从而达到控制发动机的转速的目的。
ECU控制式适用于新式的电喷发动机车辆。电喷车装备了电子控制燃油喷射系统 (Electronic Fuel Injection, 简称EFI) , EFI利用系统中的各传感器将监测到的发动机运行状态的参数转换成电信号, 输入到发动机控制器 (ECU, 又称电控单元) 中, 控制器根据这些信号, 计算出喷油器的通电时间, 并接通喷油器电路, 使喷油器喷油, 从而对喷油器的喷油时刻、喷油量进行精确的控制。由于电喷车辆的喷油控制由ECU执行, 所以步进电机控制方式不适用于这种车辆。相对于步进电机式, ECU式控制系统除了控制器以外, 还需要一个电控模块负责控制器与ECU之间的通信, 将控制信号转换为ECU能处理的格式送到ECU中。
(4) 驱动机构的控制。驱动机构的控制依靠可编程控制器实现。控制器中输入额定转速、转速误差和控制程序, 实际转速参数被送入信号采集模块寄存器保存, 并与额定转速相比较。如信号采集过程中, 测出的实际转速与额定转速之差位于转速误差范围内, 说明转速是比较理想的, 控制器不输出信号, 执行机构不动作;一旦差值超过了转速误差允许的范围, 程序会自动运算补正参数, 将控制信号输入执行机构, 通过驱动执行机构调整油门开闭, 直到转速差回到允许范围内为止。
以步进电机控制方式为例。假定发动机喷油泵油量控制旋转轴的有效旋转角为0°~45°, 按等角分配转速, 在旋转45°位置时的发动机转速为2500rpm, 动力传递路线速比设为1:1, 取力器的额定转速要求2200rpm, 转速误差为±10rpm, 则进行取力工作时, 发动机油量控制旋转轴需旋转到45/ (2500×2200) =39.6°±0.18°。设当前测速齿轮转速为2215rpm, 假定步进电机转一转为4000个脉冲, 则一个脉冲的转角为0.00025转, 即0.09°。一个脉冲对应的转速调整量为5rpm, 由于转速差2215-2200=15rpm>10rpm, 则控制器向步进电机发送反转低电平信号, 发送15/5=3个转动脉冲信号, 那么步进电机驱动执行机构将发动机油量控制旋转轴向反方向旋转0.09×3=0.27°, 确保发动机转速降为2200rpm, 实现转速控制。如果要实现更精确的控制, 可以增大步进电机细分数, 比如发送一个脉冲对应发动机提高或降低1rpm。
(5) 备用手动调速控制。为了防止实际应用中出现自动控制系统失灵的问题, 可以增加手动调速模式和模式选择开关作为备用。手动控制模式可以选用调速电位器, 通过旋转电位器旋钮就能直接控制发动机转速。手动控制方式精确度较低, 不能根据负载变化实时调整发动机转速, 所以主要用于自动调速系统失效而又急需取力发电时的应急情况。
(6) 程序调试。实际使用中需要对控制程序进行必要的调试, 通过改变运算参数使转速能够及时平稳地跟随负载变化情况。理想的转速/负载变化图如图5。
从图中可以看出, 负载变化时发动机转速会瞬时产生波动, 然后由于自动控制系统的作用, 转速能够迅速回到理想转速。通过调整程序控制参数, 可以调整输出电压稳定时间、稳态电压调整率、瞬态电压调整率等参数。实际工作中电压稳定时间一般控制在5~10秒为宜, 转速误差范围调整为±10rpm。
3 控制系统的实际应用
目前, 该取力控制系统已经成功应用在以中国重汽豪沃货车为底盘的应急救援抢险车等几款车辆上。实验证明, 该取力控制系统静态工作稳定, 动态响应时间短, 具有手动控制和自动控制切换功能, 即使在自动控制故障的情况下也可以继续工作, 具有很强的实用价值。
4 结束语
本文通过叙述经由电子装置对发动机转速进行自动控制的取力控制系统的原理、构造及使用情况, 说明了本系统具有很高的可行性及实用性。通过不断完善系统结构及参数, 转速自动控制系统可以大大提高车载取力系统的工作效率及工作质量, 实现转速自动精确控制的目标。
摘要：自动控制系统采用了闭环反馈机制, 通过转速测量传感器得到转速实际值, 执行机构根据信号实时操控油门开闭, 所以可以保持转速恒定。
关键词：发动机,反馈,自动控制
参考文献
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[5]汤蕴璆, 史乃.电机学.机械工业出版社, 1999.4, 105-108.
自动控制软件系统设计 篇2
污水处理自动控制系统的设计
污水处理过程具有多变量、非线性、时变性及随机性特点,传统的.控制方法难以达到控制要求.介绍利用智能自动控制系统来实现污水处理过程控制,阐述了智能控制系统的硬、软件设计及过程控制流程设计.
作 者：朱英爱 杨杰 Zhu Yingai Yang Jie 作者单位：朱英爱,Zhu Yingai(莱芜钢铁集团有限公司安全生产部,山东,莱芜,271104)杨杰,Yang Jie(莱钢钢铁股份有限公司板带厂,山东,莱芜,271104)
刊 名：电工技术 英文刊名：ELECTRIC ENGINEERING 年，卷(期)： “”(12) 分类号：X7 关键词：污水处理 厌氧处理 PLC 自动控制水位遥测自动控制系统的设计 篇3
【摘 要】本控制系统以AT89S51单片机为主控单元，通过超声波传感器和液位变送器实现液位实时数据的检测和自动控制。该系统具有有性价比高、操作简便、可视化操作等优点。
【关 键 词】AT89S51单片机， nRF24L01， 超声波传感器，GFSK
【中图分类号】G71【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0259-02
1 前言
由于需要测量的水池或水塔与控制室有相当长的距离，常常需要架设上百到近千米的输电和控制线路，费用大。给测量和控制带来了极大的不方便。本系统利用单片机的无线测量和自动控制系统完成了不需要架设电缆和实现水位的远程自动控制和遥测，对于工业生产和生活有极大的实用价值。
2 原理框图
应用单片机控制的水位遥测自控系统的原理框图如图1所示：
以AT89S51单片机为主要控制核心，构建成两个无线短矩离通信数字电台，利用软件控制水位传感器测量出实时的水位信息。而数据的无线传送应用Nordic公司的高速无线单片无线射频芯片nRF24L01通GFSK调制以最高达1Mbit/s的速度快速发送出去。通过设置主控制站的键盘可以远程设置水位的上下限，主控制站采用易于人机交换的LCD1602作为数据显示。采用单片机设计具有成本低、效益高的优点。另外，单片机控制系统的灵活性和程序的可移植性好。
键盘：采用独立式键盘，AT89S51的I/O口具有位驱动能力，而且所用按键数目不多，可以通过单片机软件利用查询或中断方式简单地实现各种控制。考虑到该控制软件系统和硬件系统都比较复杂，CPU需要驱动较多的电子器件，要利用到单片机内部的资源较多，所以采用独立式键盘显示模块：使用专用的LCD1602显示驱动器和LCD1602显示模块。LCD1602显示模块通过接口接收显示命令和数据，并按指令和数据的要求进行显示。LCD显示模块一般带有内部显示RAM和字符发生器，只要输入ASCII码就可以进行显示而且不用一直扫描显示，可以减轻CPU的工作负担，使其可以去做其它更重要的处理。
液位传感器：使用超声波液位传感器，这种传感器是通过测量超声波在空气中行走时间来计算液位的实时高度。因为超声波测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果，而且超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。而且它的造价也不高，且安装方便，实用性好。本设计属于近距离测量，采用常用的压电式超声波换能器来实现。超声波因其方向性好、测量精度高，已广泛应用于液位、流量、物距等方面的检测。本系统采用单片机输出40KHZ的方波经过74HC04所组成的几个与非门放大发射出去，经过一定时间延时以后再打开外中断。CX20106A接收到40KHz的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入。超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差△T，然后求出距离S。在速度V已知的情况下，距离S的计算，公式如下为S=V△T/2
远程测量与控制：采用无线RF射频模组进行数据传输。采用Nordic公司的收发一体的无线RF芯片nRF24L01，通过简单的几个外部连接元件可以实现最高2Mbit/S的速率传输。nRF24L01工作在全球开放2.4～2. 5GHZ波段，只要通过SPI把配置字写到nRF24L01里，就可以把所要传送的数无线传送出去，还以实现自应答和自动重发。其操作简单，成本低，且能够满足本设计要求。
3 总体硬件系统电路设计
主测控站系统设计原理详图如图2 所示：
从测控站系统设计原理详图如图3 所示：
4 系统软件流程图
（1） 测控站主程序流程图如图4所示：
（2） 超声波测距流程图如图5所示：
（3） 主控站流程图如图 6所示：
（4） 无线发射流程图如图7所示：
5 结论
本水位遥测自动控制系统对于小型水泵的控制采用慢速汲水，以确保超声波传感器测量的精度和水位控制的精度，在测量水位时，安装超声波传感器时要离容器正上方一定高度按装，以消除超声波测量的盲区。本系统是安装在容器正上方十厘米处。整套设备结构简洁，操作方便，具有比较好的稳定性，能够精确的测量液位，遇警时能自动调至正常，并且可以在允许范围内任意设定液位。通过按键可以在允许范围内任意设定水位报警的上下限，使得装置更加智能化。
参考文献
[1]朱爱红、朱宁文等，基于 AT89C51的超声波测距系统
[2]求是科技，单片机通信技术与工程实践，人民邮电出版社，2005.1
[3]徐晋、赵俊逸、黄勇，《ET13X210/221射频收发芯片原理及应用》
[4]赵亮 侯国锐编著，单片机C语言编程与实例，人民邮电出版社，2003
[5]康华光主编.电子技术基础：数字部分.高等教育出版社
种子自动筛选系统软件设计 篇4
农作物种子质量的好坏很大程度上决定了种植业的成败,而种子育种是确保种子质量的重要环节。育种过程中对种子的大小、质量、形状、颜色等特性有严格的要求。人工挑选符合育种要求的种子不仅工作效率低而且容易受主观因素影响而出现误差。近年来,随着计算机运算速度的不断提高和机器视觉技术在农业工程领域的广泛应用。采用机器视觉技术并结合图像处理技术、自动控制技术、人工智能来实现对种子动态检测和自动筛选的方法可以克服人工挑选的弊端,提高筛选作业的精度和效率。因此,自动筛选出符合要求的种子是本文所要解决的主要问题。
1 图像处理功能设计
本设计采用USB摄像头由软件控制自动拍摄种子照片。所得照片由计算机软件进行图像的预处理并计算得出种子的各项育种参数。本设计的特点在于软件设计中添加了学习功能,用户可以将符合标准的种子信息提前提供给系统,系统会将此信息作为种子的判别依据。最终软件得出的结果通过串口输出,该信号可作为种子筛选机构的驱动信号。系统的结构框图如图1所示。
1.1 图像预处理
图像预处理的目的是将摄像头所获取的图像中有关种子的信息保留,去掉与种子无关的信息的步骤。其主要包括灰度化和阈值化处理。本设计使用目前图像处理领域流行的OpenCV[1,2]进行软件开发,并且充分利用了该软件在图像处理领域的简洁、高效性能特点。
1.1.1 灰度化[3]
考虑到图像的合理性,本文选用下面的公式进行灰度转换为
Gray=(0.299)R+(0.587)G+(0.114)B (1)
其中,Gray表示示图像中的像素的灰度值,R表示该像素的红色分量,G表示绿色分量,B表示蓝色分量;0.299,0.587,0.114分别为前人实验和理论推导证明得出的最合理灰度图像的权值。
1.1.2 阈值化
阈值化是输入图像f到输出图像g的如下变换,即
其中,T是阈值,对于物体的图像元素g(i,j)=1,对于背景的图像元素g(i,j)=0(反之亦然)。针对照片经过反复的实验最终确定将阈值设为91可以最大限度保证种子形状清晰,为后面获取种子轮廓做准备。处理后的结果如图2所示。
1.2 种子特征的提取
本设计针对种子的几何特征信息进行提取和计算,包括面积、周长、圆形度、直径和延伸度[4]。
面积(Area,A)定义为种子轮廓线内包含的所有像素个数。周长(Perimeter,P)指图像中种子外轮廓线的长度,是反映颗粒大小的指标之一。周长值是指物体边界像素点的距离,对于直线来说,是沿着向上、向下、向左、向右的方向以一个像素点递增,距离为1。对于倾斜方向也有左上角、左下角、右上角、右下角4个方向,这种倾斜方向像素间的距离是
(b)
圆形度(Roundness,R)为种子的边界形状接近圆的程度,是计算种子形状复杂程度的特征量。由面积和周长计算得到,其计算公式为
对于半径为r的圆来说,面积等于πr2,周长等于2πr,所以圆形度R等于1。形状越接近圆R越大,最大为1,形状越复杂R越小, R的值在0和1之间。
直径(Diameter, D)是指与种子在图像中的轮廓面积相等的圆的直径,表达式为
延伸度(Elongation,E)表示长方形颗粒的长宽比,用来描述颗粒的形状参数,表达式为
1.3 特征的对比
特征值提取后,数据将会与事先设定的样本值按式(6)进行比对,算出误差。误差允许范围的绝对值在0～10%内由用户自由设定,其中特征值在误差范围之内的种子将被认定为“合格”。则
误差
1.4 信号输出
种子图像被判定为“合格”之后,程序自动由计算机串口向下位机发送一串数据作为分拣装置的驱动信号,完成对相应种子的分拣动作。本设计的分拣速度为60粒/min。
2 种子自动筛选系统人机交互设计
为了方便用户使用,本系统采用MFC设计了种子自动筛选系统的图形用户界面,如图4所示。
2.1 自学习功能设计
本系统具有自学习功能以适应不同品种种子的识别。用户可以预先将1粒符合育种要求的种子作为样本提供给系统,系统将以样本种子的各项参数作为参考值与后面待测种子参数进行比较。样本种子的参数信息会一直显示在“样本参数”一栏。系统设计了误差范围控制功能,允许用户通过移动界面上的滑块决定待测种子各参数与样本种子对应参数的误差误差范围,以适应不同的筛选误差范围。
待测种子依次经过摄像头,摄像头每采集到1粒种子的图像便会显示在窗口上,相应的种子参数显示在“当前种子参数”一栏。为方便用户观察样本种子和待测种子的参数,在窗口的最左侧设计了“样本参数”“当前种子参数”以及当前种子图像窗口3栏。
2.2 种子筛选误差的控制
软件在设计时考虑到不同用户在使用时可能对所筛选种子参数的不同要求,增添了参数选取和误差范围控制功能。在“待测参数”一栏,用户可以自由选取筛选种子所测量的参数,以及调节筛选的误差。
2.3 运行种子筛选功能
为了简化用户操作,本窗口仅设计了3个按钮。其中,“开始捕捉”“采样”按钮实现学习功能。点击“开始捕捉”按钮,摄像头所拍摄的画面会显示在窗口上,此功能方便用户调试摄像画面亮度、焦距。将样品种子放置于摄像机下,点击“采样”按钮,样本种子参数就会被读入软件并显示在窗口上。点击“运行”按钮,系统将会定时从摄像头采集种子图片,将计算出的种子参数显示在“当前种子参数”一栏。通过与样本参数进行对比,种子图像符合要求,系统将自动通过计算机串口向下位机发送信号,驱动选种机构。
软件运行以后配合下位机将会自动完成种子的筛选工作。摄像头获取待测种子图像后,对图像进行优化和计算以得到该粒种子的特征参数。将此参数与样本参数进行比较,误差范围可在用户界面上调节,在误差范围以内的种子参数软件判定为合格,所选参数均合格则判定此粒种子合格,反之则判定为不合格。上位机将判定结果发送给下位机,下位机根据判定结果控制种子分离机构完成种子的筛选。
3 试验与结果分析
3.1 合格种子误差范围的确定
为了确定合格种子的允许的误差范围,以玉米种子作为实验对象,对大量由人工挑选出来的合格种子进行测量,如表1所示。
通过对大量合格种子参数的采集,最终确定一组值作为合格种子的样本值,如表1中“样本”一行,其他各行为被测种子的各项参数值以及该值与样本值的百分比。通过分析数据最终确定以在与样本值误差在±15%以内作为合格区间。在软件设计当中规定各项参数同时满足要求的种子方可判定为合格的种子。本软件的误差值可由用户随意调节,以满足用户对选种误差的不同要求。
3.2 对大颗粒种子的筛选
本试验以玉米种子作为筛选对象,挑选1粒结构完整饱满的种子作为样本。如图5所示,挑选了a,b,c,d,e5粒种子作为待测种子。
从外观上a,b,c不符合要求,d种在外观上符合要求。为了突出差异性,本试验特意将1粒合格种子e的部分破坏作为待测对象。分别对a,b,c,d,e5粒种子进行测量得出结果,如表2所示。
由表2数据可知,a,b,c种周长、面积、直径大大超出误差的允许范围,因此软件判定为“不合格”;d种的各项参数均在误差范围之内,符合选种要求,判定为合格;e种尽管破坏的并不严重,从数据上还是能够将其判定为不合格。
由试验2可以证明本系统能够很好地实现对大颗粒种子筛选的功能。
3.3 对小颗粒种子的筛选
为了证明本设计对于小粒种子的筛选同样有效,本试验选取了小麦种子作为筛选对象。挑选了1粒结构完整饱满的种子作为样本,同时挑选了a,b,c,d,e5粒种子作为待测种子。小颗粒种子筛选对照,如图6所示。
从外观上a,b符合要求,c,d种在外观上不符合要求。e种是将一粒轻度破坏的合格种子。分别对a,b,c,d,e5粒种子进行进行测量,数据如表3所示。
由试验数据可知,a,b种各项参数均在误差允许范围之内,判定为“合格”;c,d,e种均有某几项参数不满足误差要求判定为不合格。
试验3证明本软件对小麦这样的小粒种子仍具有较高的区分度和可识别性。
4 结论
本文采用动态图像处理技术,实现了对种子的几何提取和计算,并以此为依据对种子是否符合育种要求进行判断最终输出判断结果。通过引入学习功能,使得用户可以方便地对所需种子的各项参数进行设定,简化了软件的操作步骤,提高筛选实验的直观性,增强了筛选种子的针对性,为种子育种实验智能自动化选种提供了解决方案。
摘要：在育种过程中,挑选一致性好的种子是一项繁琐而艰苦的工作,用机器视觉代替人的视觉可以克服人眼疲劳等因素对种子进行筛选所造成的误差。为此,采用OpenCV图像处理软件设计种子识别软件,对种子的面积、周长、圆形度、直径、延伸度等特征参数进行提取。根据与样本参数的对比决定是否合格,并通过串口送至下位机,控制下位机完成种子的分拣工作。该系统设计了自学习功能,样本种子可自由选择,并可自由控制筛选误差范围。经试验验证,该系统能够准确地判断玉米和小麦种子是否合格,判断速度为60粒/min。
关键词：种子筛选,图像处理,OpenCV
参考文献
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自动洗碗机的控制系统设计 篇5
关键词：洗碗机；控制器；键盘／显示
1 引言
随着数字信息家用电器应用的普及，洗碗机已经广泛进入人民大众的家庭之中，从而使得人们能够从繁杂的家务劳动中逐步解放出来。作为一种家庭自动化设备，洗碗机一般需要实现诸如自动控制进水、自动加洗涤剂、冷洗、自动加温洗、清洗、排水、杀菌消毒，以及定时和故障报警等功能。从被控制量角度出发，一个洗碗机通常需要满足图1所示的一些具体要求，其中涉及的开关量信号有两种，一种是传感器的高、低电平信号检测，如机门开关、水位高低、温度调节保护器和行程开关等；另一种开关信号经由固态继电器控制强弱电压信号的断开和加载，如进水电磁阀门的开合、恒温加热器的开合、瞬间加热器的开合、清洁剂控制盒和消毒剂控制盒的工作等。图1中所涉及的模拟量信号主要用于实现以下几方面的功能：
（1）用温度传感器实现水温／消毒水温度检测；
（2）通过人机接口的显示输出、键盘输入和声音输出等实现水温显示、洗涤过程显示以及故障类型显示等；
（3）根据用户需要通过设置键选择洗涤模式，并通过功能键启动相关功能；
（4）机器使用情况统计、清洁剂和消毒剂剂量的使用情况计数等；
自动货梯PLC控制系统设计 篇6
关键词：自动货梯 PLC 控制设计
随着单片机的功能和可靠性的不断提高,其在实际生活中的应用越来越广泛。PLC是在单片机基础上发展起来的，主要是为缩短工程开发周期而出现的一种产品，跟单片机最根本的差别就是简单易用，不需要了解太多的电子电路知识。单片机(MCU)是完整的单片计算机系统，现在单片机的性能优越，功能强大，PLC的核心就是单片机，可以完成几乎所有的电器控制要求，最大的缺点是开发困难，周期长且开发成本高。因此,本文设计采用PLC控制系统,实现一个基于CAN总线的四层货梯控制系统。
1、系统的功能需求及整体结构
1.1系统的功能需求
该系统要能对运货电梯进行自动控制,按一定的电梯控制原则,结合每层的呼梯按钮及楼层选择按钮信号,采集安装在每层上的光电开关信息,控制电梯上下运行;在呼梯盒中显示当前楼层数,并通过总控制器中的控制信息配合安装在门上的霍尔传感器控制磁力门锁的开关。
1.2货梯控制系统的整体结构
本货梯控制系统主要分为2个子系统1个主控制器和4个呼梯盒控制子系统,2个系统之间以CAN总线为通信基础。其中主控制器接收4个呼梯盒子控制系统的输入信号,按一定的控制原则控制货梯的运行;而4个呼梯盒控制子系统则采集各种功能按钮、光电开关和霍尔传感器的信号,并实时地将各种信号发送给主控制器。
2、货梯控制系统的硬件设计
本货梯控制系统的硬件采用模块化设计,包括光电开关信号采集模块、继电器控制模块、霍尔传感器信号采集模块、开关按钮信号采集模块、CAN通信模块。
2.1光电开关信号采集模块
光电开关(光电传感器)是光电接近开关的简称。它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路选通内部的开关电路来检测物体有无的。物体不限于金属,所有能反射光线的物体均可被检测。本系统采用NPN常开型光电开关,每个楼层有2个,以功能区分为上行传感器和下行传感器,用于电梯楼层定位。光电开关采用+12V供电,在电源与输出信号线间串一个保护电阻。由于光电開关的输出信号并不是单片机所能接收的,因此要将光电开关的输出信号通过TLP521-1光隔进行信号调理,转换为单片机引脚可接收的信号。
2.2继电器控制模块
本货梯控制系统中带有控制电机正反转的开关电路,因此使用继电器控制模块直接控制正反转开关的开闭。光电耦合器TLP521-1的副边电流作为三极管Q1的基极驱动电流,使Q1导通继电器K1吸合;R1为基极限流电阻,同时R1和R2组成分压电路,以避免基极过压;D1为瞬态稳压二极管,主要用于抑制Q1截止瞬间使继电器线圈上产生反向高压,从而保护Q1以免反向击穿。
2.3霍尔传感器信号采集模块
本货梯控制系统中,采用霍尔开关44E与小磁铁配合。霍尔开关接触到小磁铁即导通,门合好且单片机引脚接收为低电平;霍尔开关接触不到小磁铁即不导通,门没有合好且单片机引脚接收为高电平。
3、货梯控制系统的CAN通信设计
3.1CAN功能概述
CAN总线即控制器局域网络总线,是一种专门应用于工业自动化领域的网络。它能以多主方式工作,网络上任一节点均可在任何时刻主动向网络上其他节点发送信息,通信方式灵活,且不分主从,因此可以不改变所有节点的软件或硬件而增加新的节点。本货梯控制系统正是利用了CAN总线这一优点,将主控盒和4个呼梯控制子盒以CAN结点并入CAN总线中进行通信,使得硬件配置简单,软件实现简洁。
3.2CAN通信的实现
PLC芯片包含传输单元、接收单元和中断单元3个部分,经发送方/接收方组件RxCAN(接收信息)和TxCAN(发送信息)引脚与外界联系,且支持CAN2.0B协议。本货梯控制系统由于传输的数据量不是很大,所以采用的帧数据类型为标准帧。为了实现标准帧数据类型的存储和发送,在软件设计中定义结构体can_msg。
structcan_msg{
unsignedintid;//11位标识符
boolRTR;//远程发送请求位
unsignedchardata;//数据位
unsignedcharlen;//数据长度
unsignedcharprty;//优先级
};
msCAN12有3个发送报文缓冲区和5个接收报文缓冲区,每个报文缓冲区由4个标识符寄存器(IDR)、8个数据段寄存器(DSR)、1个数据长度寄存器(DLR)、1个发送缓冲区优先级寄存器组成。在本货梯控制系统中,根据标准帧的定义及msCAN12报文缓冲区的结构,定义了CAN总线通信协议,设置主控节点标识符为0,其他4个呼梯盒控制子系统标识符为1、2、3、4。
4、货梯控制系统的软件实现
货梯控制系统软件由主控系统程序和呼梯盒子控制程序两个部分组成。呼梯盒子控制程序负责采集各层的按钮、光电开关和霍尔传感器的信号,主要功能模块有:单片机引脚及时钟初始化模块,信号的分析和处理模块,CAN初始化、发送和接收模块。主控系统程序主要负责货梯运行的逻辑控制,主要功能模块为:单片机引脚及时钟初始化功能模块,CAN初始化、发送和接收功能模块,PLC写入和擦除功能模块,逻辑控制功能模块。具体模块功能如下:单片机引脚及时钟初始化功能模块和CAN初始化、发送和接收功能模块,主要用来实现货梯控制系统主控程序的基本运行功能及与各子控制器间的通信。逻辑控制功能模块接收每个呼梯盒发送过来的信号并将这些信号进行保存。
当货梯上行时,货梯只响应同向上行的呼梯信息;当到达指定的目的层后,首先检查有无下行招呼。有则响应,无则检查有无上行招呼。电梯下行时,货梯只响应同向下行的呼梯信息,当到达指定的目的层后,首先检查有无上行招呼。有则响应,无则检查有无下行招呼。控制部分能记忆货梯呼梯盒中的所有请求信号,并按照电梯运行规则和响应顺序,每个请求信号保留至执行后消除。
5、结语
本货梯已经能实现运货功能,并能按照用户的要求,及时响应呼梯和楼层选择信号,将货物送到指定层。但是,本系统在货梯载货超重报警和货梯运行过程中的加速、减速等方面还需要进一步完善。
参考文献：
[1]BarrttStevenF,PackDanielJ.嵌入式系统使用68HC12和HCS12的设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2006.
室内温度自动控制系统的设计 篇7
1 设计室内温度自动控制系统, 用于控制温度, 具体要求如下
(1) 室内面积120 m2; (2) 温度连续可调, 范围为20℃~60℃; (3) 温度误差≤±0.5℃; (4) 硬件成本≤3000元。
2 控制系统总体设计
从国内外温室控制技术的主流方式来看, 室内温度控制技术大致有三种方式。
(1) 手动控制。通过人对室内温度的观测, 凭借长期积累的经验和直觉推测及判断, 手动调节温室内环境。但这种控制方式的劳动生产率较低, 并不能实现室内温度的自动控制。
(2) 自动控制。这种控制系统需要计算机根据传感器的实际测量值与温控系统事先设定的目标值进行比较, 有计算机完成室内温度的控制过程。计算机自动控制的温室控制技术实现了自动化控制。但由于计算机自动控制的实现方式有很多种形式, 所以要根据设计要求及经费预算选择适合的计算机自动控制。
(3) 智能化控制。这是在温室自动控制技术和生产实践的基础上, 构建专家系统, 的温室信息自动采集及智能控制。这种控制方式相对前两种控制方式成本较高。
根据室内温度控制系统设计要求, 温控自动控制系统, 原理框图如图1所示, 本系统由温度采集模块、键盘以及显示模块、控制系统模块、升温模块、降温模块六个部分组成。
通过按键设定温度值, 设定的温度值和采集的温度值都可以通过LED数码管显示。当所设定的温度值比采集的温度大时, 通过加热器加热, 以达到设定值;反之, 开启降温风扇, 同时开启定时器, 若在10分钟内达到设定值, 则完成降温, 若在10分钟内达没到设定值, 则蜂鸣报警, 在风扇下人工加载冰块, 以快速达到降温效果。该系统对温度的控制范围在20℃~60℃, 温度控制的误差小于等于0.5℃。
3 硬件设计
(1) 温度采集模块:由温度采集和转换电路组成。系统通过AD模块采集外界的温度参数, 通过放大器的作用将温度转化为电流模拟量;再由DC模块转化变成数字量, 以便控制系统辨认接收。
(2) 键盘输入模块:设定温度由键盘输入。键盘采用电话式键盘, 键盘扫描工作方式, 当在键盘上按下键时, 相关的键码将通过键盘编码集成电路传递给控制系统。
(3) 显示模块:由两位七段数码管显示译码器组成。它将温度转换的数字量, 即温度值并分别送入两位七段数码管显示。
(4) 控制系统模块:系统采用MCS—51系列单片机。由时钟电路、复位电路等组成。接收键盘输入指令, 与温度采集信号比较, 做出升温、降温判断, 发出控制指令。
(5) 升温模块:由继电器接收控制系统指令, 控制加热器加热。
(6) 降温模块:分别采用自然通风、机械通风、辅助降温三种形式。自然通风, 在室内设有侧窗和天窗故可以采用自然通风的方式来降温;机械通风, 在室内顶部装有10台工业电扇, 机械通风的方式来降温;辅助降温, 如在采用前两种方式无效时, 在风扇下放置冰块, 采用物理与机械结合的方式降温。
4 软件设计
4.1 主程序流程图
温度控制系统的主程序流程图, 温度控制系统采用温度传感器采集温度数据, 再由模数转换器将温度转化为单片机可以处理的数据。本系统将温度总体控制在20℃~60℃之间, 并且可以通过键盘输入要设定的温度值, 并通过7段数码管显示出来。在整个系统的运行期间, 有一个定时器T0中断每隔20 ms扫描一次, 用于当前温度与设定温度的比较, 然后发出加温或降温的命令。
4.2 升温、降温控制流程图 (如图3)
5 经费预算
系统采用简键盘输入、七段码显示、单片机控制、电阻加热、风扇及冰块降温, 故硬件成本在3000元以内。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础-模拟部分[M].4版.北京:高等教育出版社, 1999.
[2]康华光.电子技术基础-数字部分[M].4版.北京:高等教育出版社, 1999.
[3]谢自美.电子线路设计实验测试[M].武汉:华中科技大学出版社, 2000.
LED路灯自动控制系统设计 篇8
传统的路灯控制系统只有温度检测及光检测模块, 忽略了环境湿度对LED光源的影响。若湿度过大, 会引起电路短路, 从而造成火灾。所以把湿度检测模块加入LED路灯自动控制系统很有必要。
1 系统总体方案设计
系统的总体设计原理框图如图1所示。该系统由控制器、多路传感器、电源驱动器和LED光源等4大模块组成。控制器是整个系统的核心, 其输入信号是前端传感器传来的电信号, 其输出信号控制后级的电源驱动器, 实现对LED光源的开、关及强度控制。
2 系统硬件设计
2.1 传感器模块
2.1.1 温度传感器
LED的使用寿命受周围温度的影响, 当其周围温度高于安全温度点时, 其工作电流变大, 使LED使用寿命变短, 甚至会直接损坏器件。如果采用传统散热方法, 在LED上装载散热片, 但其散热性会随着长时间的灰尘积累及其它因素而下降, 并且加装散热片, 不但使用成本提高, 还会占用较大的空间, 不利于安装。故本设计采用数字温度传感器DS1820, 它支持“一线总线”接口, 具有功耗低、性能高、较强的抗干扰能力等优点, 适合于本设计所需要的多点温度控制。它主要包括以下7个部分:寄生电源、温度传感器、ROM单线接口、高速暂存器 (即RAM) 、TH触发器、TL触发器、循环冗余校验码发生器。
DS1820与中央控制器协作, 利用温度补偿原理, 使LED工作在安全区边际, 这样可以实现在安全温度点内和安全温度点外两种情况下都能正常工作。即当外围温度小于安全温度点时, 输出电流、输出功率工作在额定状态, 并且保持不变;当外围温度大于安全温度点时, 输出电流按比例下降从而实现负补偿, 保证LED的使用寿命。
DS1820检测远端的LED温度, 还检测芯片自身温度, 即间接检测PCB温度, 将检测到的两种温度的模拟信号转换成数字信号, 从而通过数据线及时钟线与控制器通信。
DS1820检测远端的LED温度并与控制器协作的过程:控制器将接收到的温度信号与预先设定的安全温度点阈值进行比较, 温度过高时启动温度补偿程序, 从而降低LED电源驱动器的输出电流。
DS1820检测PCB温度并与控制器协作的过程:控制器将接收到的温度信号与预先设定的安全温度点阈值进行比较, 温度过高时通过信号线启动风扇, 对PCB板进行散热, 以保证PCB板上的元器件温度不会过高。
整个系统必须按照协议对DS1820进行各种操作, 即:对DS1820进行初始化设置 (发复位脉冲) ——发送ROM功能命令——发送RAM存储操作命令——处理数据。DS1820是数字形式输出, 所以可直接与控制器连接, 中间不需要加A/D转换器。
2.1.2 湿度传感器
为避免路灯系统因湿度过高而导致短路, 本设计中采用湿度传感器来检测系统的环境湿度。
湿度传感器有以下三种:线性电压输出式、线性频率输出式和频率/温度输出式。根据现实状况, 因路灯控制系统传输线路一般都大于200m, 故本设计采用线性频率输出式湿度传感器。所用型号为HF3223, 它具有线性度好、抗干扰能力强、便于和控制器配合工作等优点。
HF3223检测电路系统的湿度, 输出频率信号, 即模拟信号, 再经过A/D转换器转换为数字信号, 与控制器内预先设定的安全湿度点阈值进行比较, 如果湿度大于安全湿度点, 则启动电路保护程序, 防止短路。
由于HF3223传感器是线性输出, 所以在与控制器协作过程中, 不需要进行非线性补偿, 简化了整个系统的控制。
2.1.3 光传感器
本设计采用的是环境光传感器, 它能感知周围光线的强度, 具有灵敏度高, 较小的暗电流, 低照度就可以响应, 电流随光照度增强呈线性变化等特点。
环境光传感器通过检测到外界的光强度, 产生对应的电流, 通过A/D转换, 数字信号送入控制器中, 从而控制电源驱动电路输出电流的大小, 最后控制LED光源的亮度及开、关状态。
2.2 控制器
本设计采用S T C单片机来实现控制的功能。所选型号为STC12C5A6OS2AD, 它是传统8051单片机的更新, 具有高速、低功耗和很强的抗干扰能力。此型号单片机芯片的封装形式为表贴型, 降低了PCB板的制作成本。此单片机内部含有A/D转换模块, 降低了外围电路的复杂性。
单片机通过端口连接及录入程序, 实现以下功能:
(1) 接收温度传感器、湿度传感器和光传感器传来的电信号, 将需要进行A/D转换的信号接到单片机的A/D端口, 单片机内部实现A/D转换。
(2) 所传输的三路信号分别与通过程序设定的阈值进行比较通过比较结果来调用对应的程序, 输出相应的信号。
(3) 所输出的信号控制后级的电源驱动器, 从而控制电源驱动器的输出电流, 最终达到控制LED的目的。
2.3 电源驱动器
LED的实用电源是直流电, 所以在市电与LED之间需要加一个电源转换器, 把交流电转换为直流电。在本设计中, 利用电源驱动器实现此功能。考虑系统的灵活性及易维护性, 本设计采用一个恒压源后级加载多个恒流源, 每个恒流源单独给每路LED提供恒定的电流。
此电源驱动器中, 包含以下保护电路:
(1) 浪涌保护电路:对于LED路灯系统, 电网负载的启用和雷电的感应会引起各种浪涌, 由于LED的抗浪涌能力比较差, 有些浪涌会导致LED损坏。因此, LED驱动电源需要有避免或衰减浪涌的侵入, 保护LED不被损坏的能力。
(2) 过流保护电路:当异常情况使电流过大时, 该电路保护LED不被击穿而损坏。
(3) 输入过压保护电路:从恒定电压源输出的电压不能大于后级电流源的额定工作电压, 加载输入过压保护电路, 确保电流源及LED的正常工作。
3 结语
本文采用传感器技术、计算机技术和自动控制技术相结合, 检测LED路灯系统的温度、湿度及周围环境光强度, 通过单片机控制实现对LED路灯的开、关及其光度的自动调节。在整个设计中, 采用易于编程、易维护的STC单片机作为中央控制器, 其输入端口接收三路传感器检测的信号, 通过输出端口控制LED的电源驱动器, 实现对LED的恒流输入。本设计维护简单, 易于实现, 在当今节能环保的时代具有现实意义。
参考文献
[1]冯勇, 杨旭.白光LED可控恒流源驱动系统设计[J].电器开关, 2008 (4) :29—31.
[2]贺一鸣, 王崇贵, 刘进宇.智能路灯控制系统设计与应用研究[J].现代电子技术, 2010 (1) :207—210.
[3]冯育长.单片机系统设计与实例分析[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2007.5.
温度自动控制系统的设计研究 篇9
关键词：MSP430系统,PID控制,FPGA,AT89S51
1 引言
温度,作为一个需要不断监测和控制的变量,在人们的日常生产、生活当中起到了至关重要的作用。而随着工业革命的到来和新技术手段的发展,对温度的控制也逐渐向科技化、自动化、精确化的趋势发展。对温度自动控制系统进行设计与研究,对于人们的生产、生活的影响巨大。从空调、冰箱等家用电器,到猪舍、鸡舍等生产养殖,从笔记本、台式机到大型的机电设备,温度自动控制系统都在其中发挥着重要的作用。本文从温度自动控制系统研究设计的理论层面进行论述,在当前较为流行的几种温度自动控制系统的主要应用模式中选取了有代表性的以FPGA为基础的温度自动控制系统进行详细的分析。
2 我国温度自动控制系统应用现状
目前,我国温度有多种自动控制系统的应用模式,主要包括以MSP系统为基础平台的温度自动控制系统和以AT89S51为主控器的温度自动控制系统及以FPGA为运作基础的温度自动控制系统。这些运用方式各有所长,是当前最常用的几种温度自动控制系统的应用模式。
2.1 以MSP430系统为基础平台的温度自动控制系统
TI公司推出的MSP430F449是一种集成数字和模拟电路,拥有16位超低功耗混合信号处理器。其中,16位的CPU可以通过总线与外围模块和存储器相连接;具有直接嵌入式的仿真处理功能,拥有JTAG接口;因其具有16位的数据宽度,所以可以更加有效地对数据进行处理;同时,多总线的设计可以有效地降低噪声,保持安静的工作环境;多时钟的设计可以有效地降低功耗。
2.2 以AT89S51为主控制器的温度自动控制系统的设计研究
鉴于传统的温度测量存在误差较大、精度较低、测量速度较慢、读数比较困难的缺点,研究者设计研制了以AT89S51为主控制器的温度自动控制系统。该系统的电路设计简单,包括单片机为AT89S51的主控制器、DS18B20温度传感器、显示电路的显示屏为LCD128X64的液晶显示屏及3×4矩阵键盘的键盘电路。
2.3 应用程序庞大且复杂,良莠不齐
当前,我国温度自动控制技术总体上呈现如下特点:自动控制系统应用的技术基础复杂多样,质量参差不齐。一方面,除了几种主要的应用模式以外,在社会上还有多达几十种温度自动控制系统的应用基础,这其中有的已经落后,难以跟上时代发展的步伐;另一方面,大量杂牌的温度自动控制系统技术充斥着市场,这些系统技术大部分存在质量或技术问题,给人们的日常工作与生活带来安全隐患。
3 以FPGA为运作基础的温度自动控制系统的设计研究
FPGA,即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展而来的产物。它作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点,是当前温度自动控制系统中比较常见的一种类型。
3.1 FPGA的工作原理
FPGA采用逻辑单元陈列法,内部包括可配置逻辑模块CLB (Configurable Logic Block)、输入输出模块IOB (Input Output Block)和内部连线(Interconnect) 3个部分。与传统的逻辑电路门阵列相比,FPGA有其自身特殊的结构。它利用小型查找表(16×1 RAM)实现组合逻辑,每个查找表连接到一个D触发器的输入端,触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O,由此构成既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块,这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。这些复杂的系统构件使得FPGA在运用时必须以娴熟的技术为基础,做到理论与实践紧密结合,才能达到人们想要的结果。
3.2 FPGA系统与温度自动控制系统的结合
以FPGA为基础的温度自动控制系统是出于提高增强温度控制系统的精确程度和稳定性而提出的,该系统的核心技术是MCS-51单片机,前级信号采集电路由精密A/D转换器和精密热电偶摄氏温度传感器构成,后向功率控制电路则由双向可控硅、内置过零检测的光电耦合器和FPGA构成。以FPGA为运作基础的温度自动控制系统与以MSP430系统为基础平台的温度自动控制系统的相同之处是采用了PID控制算法,这样通过一系列的程序设计可以保证温度在稳定的状态下,上下浮动1℃,具有较高的精确性。
以FPGA为基础的温度自动控制系统的研究设计需要考虑2个部分,分别是系统软件设计和系统硬件设计,最后还要对所测量的数据进行分析。
该系统的硬件设计主要需要研究前级采样电路、加热制冷切换控制电路和FPGA设计。电压输出型温度传感器LM35在温度为0℃时的电压输出为零,电压随着温度的上升而上升,基本维持在温度上升1℃,电压升高10 mV的水平。这里还需要在电压输出型温度传感器LM35的输出端连接一个精密的高共模抑制比的运算放大器OPA277,以期得到更加准确的数据信息。加热制冷切换控制电路要实现系统的加热和制冷2种功能,通过电压极性的相反来达到散热面和制冷面相交换的目的。作为该温度自动控制系统的核心FPGA,A/D采样模块和加热制冷切换控制模块都是在其中完成的。
该系统设计软件的内部元件包括信号串并行转换电路、键盘接口电路、DDS信号发生器和ID接口电路,充分发挥了FPGA的强大功能。这样,外部的硬件设计就非常的简单明了,也使得该控制系统的外部设计特别的简单,这样不仅调试时易于上手,而且当需要修改FPGA内部结构的系统功能时也非常方便。在对该系统进行研究设计时,还要注意外部环境对于系统自动控制温度的影响,因此一般在有空调的实验室内进行系统调试,同时要选用精度较高的数字温度计进行实时测量。通过相关一系列的试验得出的数据表明,该系统的精度符合设计要求。
3.3 以FPGA为基础的温度自动控制系统的具体应用
在这种应用模式之中,FPGA自然是温度控制系统设计的核心。用FPGA实现加热制冷任务,在加热制冷控制切换模块中,采用双继电器控制半导体控制制冷片两端的电压极性,A/D采样模块采用状态机控制A/D转换器对放大器OPA277的采样过程。
对FPGA系统的运用进行测试时,要进行一段时间的实验,详细记录实验数据,然后再将系统操作运用到温度自控系统之中。例如,许多著名的温度自动控制系统公司就在FPGA正式投入使用之前进行了详细的实验。为避免外界温度的干扰,实验地点选择在有空调的实验室,保证FPGA具备较高的可操作性。
4 结语
本文介绍了以MSP430系统为基础平台的温度自动控制系统、主控制器为AT89S51的温度自动控制系统及以FPGA为运作基础的温度自动控制系统3种温度自动控制系统,通过对这3种温度自动控制系统的设计进行研究和分析,对控制温度、调节温度都起到了一定的推动作用。但是,温度自动控制系统与科学技术的发展相适应并造福于民还有很长的路要走,完善温度自动控制系统任重而道远。
参考文献
[1]刘蓉,费婷婷,袁子晴,等.温度自动控制系统设计[J].电子设计工程,2011,19(10):92-93.
[2]路则光.王萌,贾万达,等.智能化大班台的温度自动控制系统[J].山东农业大学学报(自然科学版).2013,44(2):271-275.
[3]司志泽,陈志军.基于DS18820的温度自动控制系统的设计[J].设计应用,2012(10):124-125.
[4]沈建华,杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.
滚齿机自动控制系统设计 篇10
滚齿机是用来加工各种齿轮的专用机床,可加工直齿、斜齿、人字齿等各种齿型齿轮,广泛应用各种行业,滚齿机在机械领域有很重要的作用。
可编程逻辑控制器(PLC)和数字式直流调速器590+以其优越的性能在现阶段有着广泛的应用,欧陆数字式直流调速器590+不论从参数设置,界面的友好度,以及报警的提示,还是对系统和自身的保护等诸多方面都是很不错的,因此得到了更多的应用。
1 SSD590+工作原理及控制系统
1.1 SSD590+工作原理
一般说来,调速器就是使用控制环(一个内部的电流和一个外部的速度环)来控制直流电机。
调速器可以远程使用数字模拟输入和输出,或是现场使用操作平台来控制。插上一个COMMS任选技术盒,调速器可以连接一个网络,并被PLC/SCADA或其他智能设备所控制。
1.2 SSD590+控制系统
SSD590+控制菜单系统目录,如图1所示:
2 PLC的主要结构及软件系统和常用编程语言
2.1 PLC的构成
从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。
2.2 PLC的软件系统及常用编程语言
PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等,主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言,诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM中,不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求,用PLC的程序语言编制的应用程序(也就是逻辑控制)用来实现各种控制。
3 滚齿机硬件电路设计
3.1 可编程逻辑控制器(PLC)硬件电路设计
系统启动后PLC得电,SB3.SB5同时也闭合,冷却风机和润滑泵同时启动,主轴运行端C3和使能端C5得电,KA0线圈得电,其常开触电闭合,KA2线圈得电,常开触电闭合,主轴正向进给KA2线圈失电后其常开触电断开;同样KA3线圈得电常开触电闭合,主轴正向寸动,如图2所示。
3.2 590+数字式直流调速器硬件电路设计
D7,D8接通辅助电源供电,C9端电压为24V,K5,K4闭合,C3,C5得电,线圈KM0得电主触点闭合三相电源接入,590+开始工作,KA0线圈得电,其常开触电闭合,KA2线圈得电,常开触电闭合,主轴正向进给KA2线圈失电后其常开触电断开;同样K A 3线圈得电常开触电闭合,主轴正向寸动。若KA1线圈得电,主轴反向运动,点动与寸动与正转相同,如图3所示。
4 滚齿机系统软件部分设计
软件设计采用的是三菱公司自带的编程软件FXGPWIN。(略)
5 结语
扦样机自动控制系统的研究与设计 篇11
关键词：自动编码扦样机；粮食；控制器；STC51单片机
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）03-0019-03
随着粮食购销状况的变化，收粮过程中的检斤验质显得尤为重要。部分粮食企业或其内部人员暗箱操作，故意压价侵害粮农或故意抬价肥私熟人，使粮企受损。为防止作弊，减少人工参与环节，迫切需要研制扦样机实现自动化、扦样随机化的封闭式自动扦样机。
自动扦样机根据售粮运输车辆的大小尺寸，从若干组编码数据中随机选取不同的扦样数据，能在整个车厢平面及不同粮层上无死角任意点扦样，可防止扦样预先放置的优质粮。运输车辆大到14.0 m长、4.0 m深，小至2.0 m长、0.5 m深，若想囊括所有车型，扦样机必须能根据车型改变扦样范围。
1 扦样机发展现状
一些大中型粮食企业配置的手动机械扦样机，由于需要人工参与操作，不能有效防止作弊，只能在一定程度上降低扦样人员劳动强度。机械扦样机的结构有门字形和旋转型。门字形扦样机控制简单，扦样速度快，但占地面积大；单臂旋转式扦样机如图1所示，操作控制复杂，但基本不受场地限制，结构简单，造价低廉，被大多数粮库采用。为此，解决单臂旋转式扦样机的自动控制具有重要意义。
2 扦样机自动控制系统的设计
2.1 单臂旋转式扦样机存在的问题
单臂旋转式扦样机一般用电机驱动执行，动作可分为升降、旋转、进退、扦样、吸粮5种。多数扦样机没有升降动作，升降只是为了扦样杆长度适应大小不同车型而增加的控制动作。自动控制时必须解决极限位置、运动距离的信号检测问题，需要的输入/输出端口较多，布线困难。
3.2 扦样机自动控制系统设计
以单片机作为桥梁，通过编程解决控制问题，与上位机的数据通讯采用无线传输方式，布线简单，容易实现，能降低成本，便于推广。因此，采用计算机遥控测控系统，间接控制执行继电器的方案。控制系统结构（不包括手持遥控操作器）组成如图2所示。
3 扦样机自动控制系统工作过程
该控制器适用于单臂旋转的扦样机，除包含原有手动扦样功能外，还能够自动控制扦样机的升降、旋转，以及扦样杆的移动及吸粮，并按设定参数随机自动分组扦样，电路组成如图3所示。
系统中，单片机U1采用STC 89C58RD+或IAP15F2K61S2，短路块S11、S12用于2种单片机选择，以保证产品兼容性。输入口线为IN01～IN16，输出口线为O01～O14，与下一级的光电隔离输入/输出连接。74LS245缓冲驱动可增加驱动能力及防止长线传输影响。
3.1 工作原理
系统采用STC89C58RD+单片机形式。为保证运行可靠，单片机系统配备独立电源，输入/输出部分均采用光电隔离。
设置6个极限位置信号，作为动作的原点，在3个动作方向的电机轴部各安装一个测量圆盘，圆盘四周均匀打孔，通过对圆盘孔计数，即可运算出行进距离。使用低温电子开关作为信号检测元件，具有无触点、响应快、寿命长、防尘防水、价格低廉的优点。
系统设计时，根据大中小等不同车型，每种车型设计20组以上扦样数据，每组数据包含的扦样点数为：大型车10～13点；中型车5～9点；小型车3～5点。事先将这些数据存入计算机中。实际扦样时，计算机根据输入的车型随机产生一组扦样数据，无线传入单片机中，控制扦样。数据格式一般为：开始-地址-命令-数据1 -- 开始-地址-命令-数据2 --......开始-地址-命令-数据n -- 结束。
3.2 工作过程
在上位机中安装无线RS485收发器及扦样软件，输入车型数据，计算机发出的命令及随机扦样数据通过无线RS485传送给各单片，扦样程序框图如图4所示。单片机首先判断是否本机地址（各扦样小车均具有独立地址，便于多车同时扦样），若是，则按接收位移数据进行移动，到达设定位置后启动吸粮扦样，依次完成各点扦样，并将动作完成信息上传至上位机。扦样程序见图4。
4 扦样机自动控制系统接线安装方式
4.1 接线安装方式
控制器具有3组接线端子，分别为电源端、输入（限位信号+运动量检测）端、输出控制端。输入、输出端均通过光耦隔离，以增强抗干扰能力，使设备可靠工作。
电源端接三相交流电源及地线。信号端有6个限位端及3个位移量测量计数端，每组接线端子顺序为：低压直流电源正、电源负、输出。输出控制端有6个用于连接3个方向的正反向运动继电器的控制线圈，3组继电器的线圈均与相对应继电器常闭触点串联，防止动作冲突。
4.2 性能特点
为使系统更具通用型性，采用无线RS485与上位机通讯。上位机软件界面直观、操作简单方便。系统采用SQL数据库管理系统，以C/S两层结构作为软件体系结构，实现远程访问数据。使用C#高级程序设计语言运行于.NET Framework上。客户端适应在WINDOWS98//2000/XP系统上运行，便于检斤、结算、封闭化验及其他后续开发。扦样数据根据车型随机产生，减少人工干预程度。控制在三维坐标（θ，r，y）内运动，旋转范围±90°，扦样无死角，样品代表性强。可扩充性，最多可同时控制扦样臂上3个独立的扦样器同时扦样，提高扦样速度。
5 结语
白灰窑自动控制系统的设计 篇12
各个行业发展到今天这个程度, 无数事实告诉我们新技术必将取代传统的, 无法跟上时代的旧技术。电气自动化控制领域行业也是如此。PLC取代一些继电器和接触器, 使自动化行业向着新的天地发展。PLC具有编程方法简单易学, 硬件配套齐全, 实用性强, 用户使用方便, 维修方便、可靠性高, 抗干扰力强等优点, 因此, PLC的应用几乎涵盖了整个工业。
1控制系统的设计
使用西门子S7-300系列可编程序控制器, 实现对整个白灰窑生产自动化系统的逻辑控制和回路控制。PLC系统采用分布式扩展的方式。控制系统的设计遵循先进性与实用性相结合的原则, 选用一套西门子S7-300系列PLC实现系统控制, 利用ET200远程控制模块实现分布式控制, 减少系统电缆敷设量, 各控制站之间采用Profibus总线进行通信, 两台上位监控站互为备用, 通过工业以太网实现与控制系统的信息交互, 监控站选用西门子工业监控软件WINCC, 实现对竖炉生产过程的全程监视、操作、控制, 硬件采用研华工控主机, 配置21”液晶显示器。
2 PLC在控制系统中的主要功能
2.1 设备起停的顺序控制
顺序控制是石灰生产工艺的基本要求, 包括设备的顺序启动、顺序停止、急停等, 在事故时还应该自动停止上游设备或者全线停止。同时应考虑三座窑公用设备的控制及低压取点数。
2.2 配料控制
石灰窑原料的配比是影响石灰质量的基本因素, 配料在石灰生产过程中是一个重要的环节, 各种原料比例的精确控制是生成优质石灰的必要条件。
2.3 原料及上料控制
保证系统安全可靠地将配比好的原料输送到石灰窑中, 包括各相关运输皮带的顺序控制、卷扬电机的控制、探尺的控制等。
2.4 石灰窑本体控制
主要包括本体各相关的温度、压力、流量检测与控制, 主要的调节内容有燃烧室温度自控控制系统、空气与燃料比例调节系统、助燃风量调节系统、冷却风量调节系统等。
2.5 燃烧控制
燃烧控制是通过调节煤气的供给量和空燃比进行的。点火炉膛温度必须保持在一个合理的范围内。
2.6 煤气空气的压力控制
煤气管道的压力通常是不稳定的, 为了达到最优的燃烧控制效果, 必须预先进行压力控制与调节。
2.7 生产安全的信号检测与保护
对于物料运输系统来说, 必须有效地防止物料的非正常堆积。白灰生产因为有煤气参与, 生产的安全性必须得到有效保证。煤气加压站、主控室应安装一氧化碳报警装置, 现场及控制室报警。此外还应安装除尘压力2台、温度2台进行电脑监控。由厂家提供, 自动化安装。
3监控站主要功能
入机接口配置高性能工业微机上位机, 图形软件采用西门子监控软件, 具有实时监控、历史趋势图、报表、故障信息、良好的人机界面、丰富的图形库、过程控制功能块、数学函数等功能。
3.1 操作站主要功能和画面
菜单画面:通过菜单可进入任何画面。
系统总体主画面:全部设备按工艺流程要求布置画面, 通过该画面可以直观系统的了解全部生产过程。
系统局部监视画面:对某些重要工艺流程可以局部放大观察。
系统选择操作画面:对某些设备可以进行点动操作, 选择其操作方式;通过CRT完成操作设备启/停功能的画面。
参数设定画面:操作人员可以方便通过鼠标和键盘对系统运行参数的设定值进行设定和修改, 设定值或修改值一旦输入并确认后, 系统会自动按设定值或修改值运行。
控制回路调节画面:燃烧控制、速度控等具有系统调节要求的回路, 给出该调节系统的设定参数和反馈参数的数字或棒图显示, 使操作人员清晰地看到调节和过程动态参数变化。
动态实时及历史趋势画面:对检测参数进行采集并绘制成曲线给予实时显示, 并可历史趋势显示。
报警画面:在给出系统的运行参数中, 把那些参数处于报警状态, 联锁条件及故障诊断报警一览表提示给操作人员, 并由控制系统作出相应处理, 以确保系统安全可靠运行。
操作指导画面:帮助画面, 指导操作人员如何对画面进行操作。
每座白灰窑采用两台工业摄像机:料坑一台, 炉顶料口一台。
3.2 操作方式
全线的操作系统由操作站、操作台和机旁操作箱构成。
操作站:主要用于工艺和电气参数设定、运行方式选择、生产前的一般操作。
操作台:主要用于手动操作和在自动方式下实施人工干预机旁操作箱, 主要用于机械设备的调整和检修时的操作。
操作方式:现场手动运行, 计算机联锁运行, 计算机解锁运行。
4结语
随着各个行业对控制系统的要求的加深, 功能的扩大, 设备的易维护、稳定性高、可靠性强、使用寿命长等条件提出了更高的要求。西门子的PLC及其其他的应用软件的使用对解决这个问题, 提供了一个可行的方法, 实践证明本系统能够满足预期的要求。
摘要：随着科学技术的发展, 控制系统领域的技术也逐渐完善, 相应的PLC的应用范围比以前有所扩展, 所以, 现在很多的工程项目中, 更倾向于选用PLC作为控制器, 而不是采用传统的继电器。文章以双宏白灰窑2期工程为例, 详细介绍了PLC在自动控制中的应用及监控站的主要功能。
关键词：PLC,监控站,白灰窑
参考文献
[1]王翠萍, 朱凌云.PLC和WinCC在高炉自动控制系统中的应用[J].仪表技术, 2007 (10) .
[2]王盼盼, 吕卫阳.PLC实现高炉上料系统的自动控制[J].自动化博览, 2008 (9) .
[3]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2005.
[4]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2005.
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