机电一体化控制系统

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1、6、机电一体化控制系统6.1概述6.1.1计算机控制系统的组成将模拟式自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了一个典型的计算机控制系统，如图5-1所示。图5-1计算机控制系统的基本框图图5-2典型计算机控制系统的组成框图典型的机电一体化控制系统结构可用图5-2来示意，它可分为硬件和软件两大部分。（1）由中央处理器、时钟电路、内存储器构成的计算机主机是组成计算机控制系统的核心部件，主要实现数据采集、数据处理、逻辑判断、控制量计算、越限报警等功能，并通过接口电路向系统发出各种控制命令，指挥全系统有条不紊地协调工作。（2）操作台是人—机对话的联系纽带。（3）通用外围设备主要是为了扩

2、大计算机主机的功能而配置的。（4）I/O接口与I/O通道是计算机主机与外部连接的桥梁。常用的I/O接口有并行接口和串行接口，I/O通道有模拟量I/O通道和数字量I/O通道。其中，模拟量I/O通道的作用是：一方面将经由传感器得到的工业对象的生产过程参数变换成二进制代码传送给计算机；另一方面将计算机输出的数字控制量变换为控制操作执行机构的模拟信号，以实现对生产过程的控制。（5）传感器的主要功能是将被检测的非电学量参数转变成电学量，如热电偶把温度变成电压信号，压力传感器把压力变成电信号等等。变送器的作用是将传感器得到的电信号转变成适用于计算机接口使用的标准的电信号（如0~10mADC）。系统软件

3、是由计算机的制造厂商提供的，用来管理计算机本身的资源和方便用户使用计算机的软件。常用的有操作系统、开发系统等，它们一般不需用户自行设计编程，只需掌握使用方法或根据实际需要加以适当改造即可。应用软件是用户根据要解决的控制问题而编写的各种程序，比如各种数据采集、滤波程序，控制量计算程序，生产过程监控程序等。在计算机控制系统中，软件和硬件不是独立存在的，在设计时必须注意两者相互间的有机配合和协调，只有这样才能研制出满足生产要求的高质量的控制系统。5.1.2计算机在控制中的应用方式1.操作指导控制系统如图5-3所示，计算机的输出不直接用来控制生产对象。图5-3计算机操作指导控制系统示意图图5

4、-4直接数字控制系统的结构2.直接数字控制系统直接数字控制DDC（DirectDigitalControl）系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式，其结构如图5-4所示。3.监督计算机控制系统计算机根据工艺参数和过程参量检测值，并按照所设计的控制算法进行计算，计算出最佳设定值后直接传送给常规模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产过程。SCC系统有两种类型，一种是SCC+模拟调节器，另一种是SCC+DDC控制系统。监督计算机控制系统的构成示意图如图5-5所示。（1）SCC+模拟调节器的控制系统。（2）SCC+DDC的控制系统。图5-5监督计算机控制系统

5、的构成示意图(a）SCC＋模拟调节器系统；(b）SCC＋DDC系统4分级计算机控制系统图5-6是一个四级计算机控制系统。其中，过程控制级为最底层，对生产设备进行直接数字控制；车间管理级负责本车间各设备间的协调管理；工厂管理级负责全厂各车间的生产协调，包括安排生产计划、备品备件等；企业（公司）管理级负责总的协调，安排总生产计划，进行企业(公司)经营方向的决策等。图5-6计算机分级控制系统5.1.3典型的机电一体化控制系统图5-7介绍了工业炉计算机控制的典型情况，其燃料为燃料油或者煤气，为了保证燃料在炉膛内正常燃烧，必须保持燃料和空气的比值恒定。图5-7工业炉的计算机控制2.微型计算机控制

6、的电动机调速系统图5-8是计算机控制的双闭环直流调速系统的原理图。其中，晶闸管触发器、速度调节器和电流调节器均由计算机实现。图5-8计算机控制的双闭环系统3.计算机数字程序控制系统在图5-9中表示出一个在线、开环、实时的简单机床数字程序控制系统的构成框图。根据所使用的软件，该系统既可以设计成平面点位控制系统，又可设计成平面轮廓控制系统。图中的微型计算机是系统的核心部件，它完成程序和数据的输入、存储、加工轨迹计算和步进电动机控制程序、显示程序、故障诊断程序等控制程序的执行等。图5-9简单机床数字程序控制系统的构成框图5.2工业控制计算机5.2.1工业控制计算机的特点及要求1.实时性

7、2.高可靠性3.硬件配置的可装配可扩充性4.可维护性（1）8位CPU，工作频率为1~12MHz。（2）128BRAM数据存储器，4KBROM程序存储器。（3）5V电源，40引脚双列直插式封装。（4）12MHz工作频率时机器周期为1μs，所有指令的执行为1~4个机器周期。（5）外部可分别扩展64KB数据存储器和程序存储器。（6）2级中断，5个中断源。（7）21个专用寄存器，有位寻址功能。（8）两个16位定时/计