05第五章 机电一体化系统设计 工业控制计算机及其接口技术

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1、机电一体化Mechatronics传感器计算机执行件操作执行元件动力源机构计测控制执行件操作执行动力结构机电一体化系统的五大要素与功能工业控制计算机系统是机电一体化系统的中枢，其主要作用是按编制好的程序完成系统信息采集、加工处理、分析和判断，作出相应的调节和控制决策，发出数字形式或模拟形式的控制信号，控制执行机构的动作，实现机电一体化系统的目的功能。第5章工业控制计算机及其接口技术5.1工业控制计算机5.2计算机控制接口技术5.3可编程控制器5.4数字控制器设计5.1工业控制计算机一、工业控制计算机系统的组成5.1工业控制计算机二

2、、工业控制计算机系统的基本要求1.具有完善的过程输入/输出功能2.具有实时控制功能3.具有可靠性4.具有较强的环境适应性和抗干扰能力5.具有丰富的软件5.1工业控制计算机三、工业控制计算机的分类及其应用特点在设计机电一体化系统时，必须根据控制方案、体系结构、复杂程度、系统功能等，正确地选用工业控制计算机系统。根据计算机系统软硬件及其应用特点，常将工业控制计算机分为：可编程序控制器、总线型工业控制计算机以及单片机三类。5.2计算机控制接口技术机电一体化系统通常都由许多要素和子系统构成，为了确保各个要素与系统之间能够顺利的进行信息、物

3、质、能量的传输和转换，在它们之间必须具备有一定的联系条件，这些联系条件都统称为接口。简单地说就是各子系统之间以及子系统内各模块之间相互联接的硬件及相关协议软件。从某种意义上讲，机电一体化产品的设计，就是在根据功能要求选择了各要素后，所进行的接口设计。从这一观点出发，机电一体化产品的性能很大程度上取决于接口的性能，即各要素和各子系统之间的接口性能是机电一体化系统性能好坏的决定性因素。因此，接口设计是机电一体化产品设计的关键环节。5.2计算机控制接口技术从不同的角度及工作特点出发，机电一体化系统的接口有多种分类方法，根据与外部传递信息

4、的不同，将接口分为：1）人机接口；2）信息采集接口；3）控制输出接口；4）系统间接口。接口的分类和特点人机接口人机对话设备计算机信息采集接口控制输出接口机电接口传感器执行元件机械分系统机电一体化系统的基本组成1.人机接口人机接口实现人与机电一体化系统的信息交流、信息反馈，保证对机电一体化系统的实时监测、有效控制；人机接口又包括输入接口与输出接口两类。通过输入接口，操作者向系统输入各种命令及控制参数，对系统运行进行控制；通过输出接口，操作者对系统的运行状态、各种参数进行监测。2.信息采集接口和控制输出接口信息处理系统通过信息采集接口

5、接受传感器输出的信号，检测机械系统运行参数，经过运算处理后，发出有关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大，驱动执行元件，以调节机械系统的运行状态，使其按要求动作。信息采集接口和控制输出接口是计算机和外部设备相互交换信息的桥梁。总体来讲，机电一体化系统对接口的要求是：1）能够输入有关的状态信息，并能够可靠地传送相应的控制信息；2）能够进行信息转换，以满足系统对输入与输出的要求；3）具有较强的阻断干扰信号的能力，以提高系统工作的可靠性。一、人机接口人机接口是操作者与机电系统之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以分

6、为两大类：输入接口与输出接口。常用的输入设备有控制开关、BCD二～十进制码拨盘、键盘、触摸屏等，常用的输出设备有状态指示灯、发光二极管显示器、液晶显示器、微型打印机、扬声器等等。1.开关输入接口对于一些二值型控制命令和参数，常采用简单的开关作为输入设备。输入接口控制微机通过I/O口或扩展I/O口对开关点电位进行检测，从而判断开关的状态。由于这类开关都是机械开关，机械触点的弹性作用使开关在闭合及断开瞬间产生抖动，造成开关点点电位产生一系列脉冲，电压抖动时间的长短，与机械特性有关，一般为5～10ms。按钮的稳定闭合期由操作员的按键动作

7、决定，一般在几百微秒至几秒之间。所以，在进行接口设计时需要采取软件或硬件措施进行消抖处理。软件消抖是在检测到开关状态后，延时一段时间再进行检测，若两次检测到的开关状态相同则认为有效。延时时间应大于抖动时间。硬件消抖常采用下图所示电路。2.拨盘输入接口(1).BCD码拨盘结构拨盘种类很多，作为人机接口使用最方便的是十进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘，其结构如右图所示。拨盘内部有一可转动圆盘，具有“0～9”十个位置，可以通过前面两个“+、-”按钮进行位置选择，对应每个位置，前面窗口有数字提示，拨盘后面有五根引出线，分别定义为A、1

8、、2、4、8。当拨盘在不同位置时，1、2、4、8线的通断关系如下表所示。2.拨盘输入接口位置线号权值124801234567890101010101001100110000001111000000000011从表中可以看出，若将A线作为控制线，将1