第四章 常用控制程序的設(shè)計

1、第第4章常用控制程序的設(shè)計章常用控制程序的設(shè)計 開關(guān)量輸出接口開關(guān)量輸出接口2 電機控制接口技術(shù)電機控制接口技術(shù)3報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計1本章要點步進電機控制接口技術(shù)步進電機控制接口技術(shù)4第第4章常用控制程序的設(shè)計章常用控制程序的設(shè)計課程索引課程索引 課前思考課前思考 1. 1.工業(yè)控制系統(tǒng)中常用報警方式有幾種工業(yè)控制系統(tǒng)中常用報警方式有幾種? ? 2.PWM 2.PWM調(diào)速系統(tǒng)的工作原理調(diào)速系統(tǒng)的工作原理? ? 教學(xué)要求教學(xué)要求 掌握：掌握：報警程序設(shè)計、開關(guān)量輸出接口技術(shù)、報警程序設(shè)計、開關(guān)量輸出接口技術(shù)、電動機控制接口技術(shù)、步進電機控制接口技電動機控制接口技術(shù)、步進電機控制接口技術(shù)術(shù)4

2、.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計引言引言報警程序報警程序是計算機控制程序中必不可少的一部分。在控制是計算機控制程序中必不可少的一部分。在控制過程中，有一些參數(shù)被限定在某一范圍，超出之后輕則會造成次過程中，有一些參數(shù)被限定在某一范圍，超出之后輕則會造成次品、浪費等，重則造成設(shè)備損壞、人員傷亡等。報警程序就是提品、浪費等，重則造成設(shè)備損壞、人員傷亡等。報警程序就是提醒操作人員注意或采取緊急處理措施。醒操作人員注意或采取緊急處理措施。本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容常用報警方式常用報警方式簡單報警程序設(shè)計簡單報警程序設(shè)計越限報警程序設(shè)計越限報警程序設(shè)計4.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計4.1.1 常用報警方式常

3、用報警方式4.1.1 常用報警方式常用報警方式一、發(fā)光報警一、發(fā)光報警在設(shè)備中常用發(fā)光二極管（在設(shè)備中常用發(fā)光二極管（LED）發(fā)光報警，其電路如下。）發(fā)光報警，其電路如下。LED驅(qū)動電流一般為驅(qū)動電流一般為5-30mA，74LS373（273、377， 或或8255等）為等）為數(shù)據(jù)鎖存，數(shù)據(jù)鎖存，74LS06（或（或74LS07 ）為驅(qū)動器，為驅(qū)動器，R為限流電阻。為限流電阻。R=（V-0.5）/ I0.5為為LED的結(jié)電壓。的結(jié)電壓。R：2004501000I ：22.5104.5（mA）若用白熾燈報警，則需用繼電器若用白熾燈報警，則需用繼電器進行控制，只需將電路中的進行控制，只需將電路中的

4、LED換成換成繼電器、電阻換小一些的即可。繼電器、電阻換小一些的即可。4.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計4.1.1 常用報警方式常用報警方式二、發(fā)聲報警二、發(fā)聲報警在設(shè)備中，發(fā)聲報警的方法有多種，可用報警喇叭發(fā)聲、發(fā)在設(shè)備中，發(fā)聲報警的方法有多種，可用報警喇叭發(fā)聲、發(fā)聲芯片發(fā)聲、編程發(fā)聲、可編程語音芯片發(fā)聲等。聲芯片發(fā)聲、編程發(fā)聲、可編程語音芯片發(fā)聲等。1、報警喇叭發(fā)聲、報警喇叭發(fā)聲有一種壓電式蜂鳴器，加上有一種壓電式蜂鳴器，加上324V直流電壓，便發(fā)出直流電壓，便發(fā)出“嘟、嘟、嘟、嘟嘟、嘟”的報警聲，電壓越高，聲音越大。的報警聲，電壓越高，聲音越大。2、編程發(fā)聲、編程發(fā)聲用計算機，或者利用設(shè)備

5、中單片機，編程發(fā)聲程序，使喇叭用計算機，或者利用設(shè)備中單片機，編程發(fā)聲程序，使喇叭發(fā)出各種各樣的報警聲，甚至音樂。發(fā)出各種各樣的報警聲，甚至音樂。3、可編程語音芯片發(fā)聲、可編程語音芯片發(fā)聲使用時先錄制聲音，然后編寫程序，可根據(jù)不同的情況，發(fā)使用時先錄制聲音，然后編寫程序，可根據(jù)不同的情況，發(fā)出不同的語音提示。如出不同的語音提示。如ZY1420A語音模塊，分為語音模塊，分為160段，每段可錄段，每段可錄制制0.125s，錄音總長度為，錄音總長度為20s。4.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計4.1.1 常用報警方式常用報警方式4、發(fā)聲芯片發(fā)聲、發(fā)聲芯片發(fā)聲用發(fā)聲芯片發(fā)聲報警，是常用的方法，如汽車倒車、

6、汽車灑用發(fā)聲芯片發(fā)聲報警，是常用的方法，如汽車倒車、汽車灑水、門鈴、玩具發(fā)聲等，都是使用的發(fā)聲芯片發(fā)聲。如下表所示水、門鈴、玩具發(fā)聲等，都是使用的發(fā)聲芯片發(fā)聲。如下表所示的的KD-956X系列報警聲音芯片（見表系列報警聲音芯片（見表4-1）。）。 型型 號號聲聲 光光 性性 能能KD-9561KD-9561機槍、警笛、救護車、消防車聲機槍、警笛、救護車、消防車聲KD-9561BKD-9561B嘟嘟嘟嘟嘟嘟聲聲KD-9562KD-9562機槍、炮彈等八種聲音機槍、炮彈等八種聲音KD-9562BKD-9562B光控報警聲光控報警聲KD-9562CKD-9562C單鍵八音單鍵八音KD-9563KD-

7、9563三聲二閃光三聲二閃光KD-9565KD-9565六聲五閃光六聲五閃光4.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計4.1.1 常用報警方式常用報警方式 KD-956X系列聲音芯片主要特性：系列聲音芯片主要特性：1）工作電壓范圍寬（）工作電壓范圍寬（3-4.5V）2）靜態(tài)電流低；）靜態(tài)電流低；3）外接振蕩電阻可調(diào)節(jié)模擬聲音的放音節(jié)奏；）外接振蕩電阻可調(diào)節(jié)模擬聲音的放音節(jié)奏；（R1R1發(fā)生頻率發(fā)生頻率 ， R1R1：180k180k -290k -290k ）4 4）外接一只小功率三極管便可驅(qū)動揚聲器。）外接一只小功率三極管便可驅(qū)動揚聲器。 KD 956X系列聲音芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：包含有振蕩器、節(jié)拍器、音

8、色發(fā)生系列聲音芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：包含有振蕩器、節(jié)拍器、音色發(fā)生器、地址計數(shù)器、控制和輸出等部分。器、地址計數(shù)器、控制和輸出等部分。 下面為下面為KD 9561聲音芯片的外形圖、應(yīng)用電路圖和接線圖。聲音芯片的外形圖、應(yīng)用電路圖和接線圖。4.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計4.1.2 簡單報警程序設(shè)計簡單報警程序設(shè)計簡單報警程序設(shè)計方法可以分兩種簡單報警程序設(shè)計方法可以分兩種全軟件報警程序：全軟件報警程序：對測量的參數(shù)（溫度、壓力、流量、速度、成分等）與規(guī)定對測量的參數(shù)（溫度、壓力、流量、速度、成分等）與規(guī)定的上、下限進行比較，根據(jù)比較結(jié)果做報警（聲、光）和處理。的上、下限進行比較，根據(jù)比較結(jié)果做報警（

9、聲、光）和處理。硬件申請、軟件處理報警程序：硬件申請、軟件處理報警程序：這種方法的報警判斷不是程序完成的，而是直接由電路或設(shè)這種方法的報警判斷不是程序完成的，而是直接由電路或設(shè)備完成的，超過限定值時向備完成的，超過限定值時向CPU發(fā)出中斷請求，發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷后響應(yīng)中斷后進行報警（聲、光）和處理。進行報警（聲、光）和處理。4.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計4.1.2 簡單報警程序設(shè)計簡單報警程序設(shè)計一、軟件報警程序設(shè)計一、軟件報警程序設(shè)計如鍋爐水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要參數(shù)：水位、進水流量、蒸如鍋爐水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要參數(shù)：水位、進水流量、蒸汽流量。汽流量。根據(jù)鍋爐中的水位、進水流量和

10、蒸汽流量，調(diào)節(jié)進水閥門，根據(jù)鍋爐中的水位、進水流量和蒸汽流量，調(diào)節(jié)進水閥門，以保持鍋爐中的水位。以保持鍋爐中的水位。4.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計4.1.2 簡單報警程序設(shè)計簡單報警程序設(shè)計鍋爐報警參數(shù)：鍋爐報警參數(shù)：X1X1：水位（高、低）；：水位（高、低）； X2X2：爐膛溫度；（高、低）：爐膛溫度；（高、低） X3X3：蒸汽壓力（低）：蒸汽壓力（低）4.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計4.1.2 簡單報警程序設(shè)計簡單報警程序設(shè)計軟件報警子程序流程圖。軟件報警子程序流程圖。X1X1：水位（高、低）：水位（高、低） X2X2：爐膛溫度（高、低）：爐膛溫度（高、低）X3X3：蒸汽壓力（低）：蒸汽

11、壓力（低）4.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計4.1.2 簡單報警程序設(shè)計簡單報警程序設(shè)計二、硬件直接報警程序設(shè)計二、硬件直接報警程序設(shè)計對于某些根據(jù)開關(guān)量對于某些根據(jù)開關(guān)量狀態(tài)進行報警的系統(tǒng)，為狀態(tài)進行報警的系統(tǒng)，為了使系統(tǒng)簡化，可以不用了使系統(tǒng)簡化，可以不用上面所說的軟件編程判斷上面所說的軟件編程判斷報警方法，而是采用硬件報警方法，而是采用硬件申請申請 中斷的方法，進行報中斷的方法，進行報警設(shè)計。警設(shè)計。右圖為硬件直接報警右圖為硬件直接報警系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)原理圖。04為反相器。為反相器。有參數(shù)超限便向有參數(shù)超限便向CPU產(chǎn)生中斷請求，從產(chǎn)生中斷請求，從C口輸入、口輸入、高低高低4位交換、再從位

12、交換、再從C口輸口輸出。出。4.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計4.1.3 越限報警程序設(shè)計越限報警程序設(shè)計前面講的報警程序比較簡單，實際中測量值在某一個范圍上前面講的報警程序比較簡單，實際中測量值在某一個范圍上下擺動，為了避免測量值在極限值附近擺動造成頻繁的報警，因下擺動，為了避免測量值在極限值附近擺動造成頻繁的報警，因此在上下限附近設(shè)定一個回差帶，如下圖所示。此在上下限附近設(shè)定一個回差帶，如下圖所示。4.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計4.1.3 越限報警程序設(shè)計越限報警程序設(shè)計程序基本思想：程序基本思想：（1 1）比較判斷：）比較判斷：將采樣、數(shù)字濾波后的將采樣、數(shù)字濾波后的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)與該被測點

13、上、該被測點上、下限給定值進行比較，下限給定值進行比較，檢查是否越限；檢查是否越限； 或或與上限復(fù)位值、下限復(fù)與上限復(fù)位值、下限復(fù)位值進行比較，檢查是位值進行比較，檢查是否復(fù)限。否復(fù)限。（2 2）處理：）處理： 如越限，則分如越限，則分別置上、下限標(biāo)志，并別置上、下限標(biāo)志，并輸出相應(yīng)的聲光報警信輸出相應(yīng)的聲光報警信號；號；如復(fù)限，則清除如復(fù)限，則清除相應(yīng)標(biāo)志。相應(yīng)標(biāo)志。4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)引言 接口接口在工業(yè)上，被控制的對象中的執(zhí)行機構(gòu)的動力部分，一般都是強在工業(yè)上，被控制的對象中的執(zhí)行機構(gòu)的動力部分，一般都是強電，但計算機系統(tǒng)是弱電，要弱電去控制強電，就需要接口。電，

14、但計算機系統(tǒng)是弱電，要弱電去控制強電，就需要接口。 對于只進行通斷控制的機構(gòu)對于只進行通斷控制的機構(gòu)，如電機的啟停，照明的開關(guān)，報警的控，如電機的啟停，照明的開關(guān)，報警的控制等，只需要制等，只需要開關(guān)量開關(guān)量來進行控制，接口常用的器件是來進行控制，接口常用的器件是繼電器或可控硅繼電器或可控硅。 在實際應(yīng)用中，因為執(zhí)行機構(gòu)中的強電在開、關(guān)過程中會產(chǎn)生很強的在實際應(yīng)用中，因為執(zhí)行機構(gòu)中的強電在開、關(guān)過程中會產(chǎn)生很強的電磁干擾，若在強電和弱電之間不加隔離，就會對計算機系統(tǒng)造成誤動電磁干擾，若在強電和弱電之間不加隔離，就會對計算機系統(tǒng)造成誤動作和損壞。因此在接口電路中，作和損壞。因此在接口電路中，一是

15、要放大（驅(qū)動），二是要隔離一是要放大（驅(qū)動），二是要隔離。本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容1、光電隔離技術(shù)、光電隔離技術(shù)2、繼電器輸出接口技術(shù)、繼電器輸出接口技術(shù)3、固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)、固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)4、大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)、大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)5、可控硅接口技術(shù)、可控硅接口技術(shù)6、電磁閥接口技術(shù)、電磁閥接口技術(shù)4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.1 光電隔離技術(shù)光電隔離技術(shù) 常用的光電隔離器的種類有：發(fā)光二極管常用的光電隔離器的種類有：發(fā)光二極管/光敏三極管（光敏復(fù)合光敏三極管（光敏復(fù)合晶體管、光敏電阻、光觸發(fā)可控硅）等，其工作原理如下圖所示。晶體管、光敏電阻

16、、光觸發(fā)可控硅）等，其工作原理如下圖所示。 工作原理：工作原理： 隔離電壓隔離電壓：塑料封裝一般為：塑料封裝一般為2500V左右左右 陶瓷封裝一般為陶瓷封裝一般為5000-10000V左右左右 輸入驅(qū)動電流輸入驅(qū)動電流：一般為：一般為10mA左右，左右， 常用常用7404、7406、7407等芯片驅(qū)動。等芯片驅(qū)動。 常用的光電隔離器有常用的光電隔離器有4N25等等， 隔離電壓為隔離電壓為2500V，驅(qū)動電流為，驅(qū)動電流為10mA-15mAout三極管三極管4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.1 光電隔離技術(shù)光電隔離技術(shù)光電耦合隔離器的幾種類型光電耦合隔離器的幾種類型 4.2 開

17、關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.1 光電隔離技術(shù)光電隔離技術(shù)光電耦合隔離器的結(jié)構(gòu)原理光電耦合隔離器的結(jié)構(gòu)原理端入輸端出輸V5+V5+圖 4 - 2 光 電 耦 合 隔 離 器 的 結(jié) 構(gòu) 原 理+ce4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.1 光電隔離技術(shù)光電隔離技術(shù) 圖圖415 415 正確的隔離正確的隔離 P107P107 4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.1 光電隔離技術(shù)光電隔離技術(shù)圖圖416 416 不正確的隔離不正確的隔離 P107P1074.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.1 光電隔離技術(shù)光電隔離技術(shù)光電耦合隔離電路光電耦合隔

18、離電路路電離隔合耦電光3 - 4圖遞傳相同量字?jǐn)?shù)遞傳相反量字?jǐn)?shù)+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 Vccee+-D7 D07 4 L S 2 7 3數(shù)據(jù)緩沖器選 通 脈 沖b (a (D7 D07 4 L S 2 7 3數(shù)據(jù)緩沖器選 通 脈 沖4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.2 繼電器輸出接口技術(shù)繼電器輸出接口技術(shù)電磁式繼電器的工作原理和應(yīng)用電路如下圖所示。電磁式繼電器的工作原理和應(yīng)用電路如下圖所示。 驅(qū)動電流一般為驅(qū)動電流一般為100mA左右，直流電壓左右，直流電壓5V、9V、12V、24V等等 選用時應(yīng)考慮：選用時應(yīng)考慮： 1、額定工作電壓、電流、額定工作電壓、電流

19、2、接點負荷、接點負荷 3、接點的數(shù)量與種類、接點的數(shù)量與種類 （動斷或動開）（動斷或動開） 4、體積、封裝、工作、體積、封裝、工作 環(huán)境、延遲時間等環(huán)境、延遲時間等為高時繼為高時繼電器閉合電器閉合保護保護二極管二極管繼電器繼電器線圈線圈光電光電隔離器隔離器4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.3 固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 電磁式繼電器在通斷過程中會產(chǎn)生電磁干擾，并且觸點容易氧電磁式繼電器在通斷過程中會產(chǎn)生電磁干擾，并且觸點容易氧化而影響可靠性。化而影響可靠性。 固態(tài)繼電器（固態(tài)繼電器（Solid State Relay）SSR是用是用晶體管或可控硅晶體管或可

20、控硅代替代替電磁式繼電器，電磁式繼電器，SSR無無觸點，響應(yīng)快觸點，響應(yīng)快，并且將，并且將光電隔離集成光電隔離集成到一到一起。起。 SSR分為直流型的和交流型的。分為直流型的和交流型的。 一、直流型一、直流型SSR 結(jié)構(gòu)與工作原理如下圖結(jié)構(gòu)與工作原理如下圖4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.3 固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 直流直流SSR主要用于直流負載的場合主要用于直流負載的場合 輸出工作電壓輸出工作電壓30-180V（5V開始工作）開始工作） SSR控制步進電機（下圖）?？刂撇竭M電機（下圖）。PCx=1時導(dǎo)通時導(dǎo)通，對應(yīng)繞組通電。，對應(yīng)繞組通電。保護保護二極

21、管二極管步進電機步進電機繞組繞組C4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.3 固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)二、交流型二、交流型SSR 用可控硅作開關(guān)器件用可控硅作開關(guān)器件。分為過分為過零型和移相型兩類零型和移相型兩類。用于控制交流用于控制交流大功率設(shè)備大功率設(shè)備，如控制交流電動機、，如控制交流電動機、交流電磁閥等。交流電磁閥等。 SSR結(jié)構(gòu)與工作原理如下圖結(jié)構(gòu)與工作原理如下圖4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.3 固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 交流交流SSR輸出波形如下圖所示輸出波形如下圖所示非過零型非過零型導(dǎo)通時間導(dǎo)通時間立即導(dǎo)通立

22、即導(dǎo)通過零型導(dǎo)過零型導(dǎo)通時間通時間過零型導(dǎo)過零型導(dǎo)通時間通時間關(guān)斷時間關(guān)斷時間相同，在相同，在過零時過零時交流電源交流電源波形波形控制信號控制信號SSR兩端的兩端的電壓在導(dǎo)通電壓在導(dǎo)通時為時為0。非過零型非過零型SSR，加上控制信號便導(dǎo)通，加上控制信號便導(dǎo)通必須在負載電源電必須在負載電源電壓接近零且輸入控壓接近零且輸入控制信號有效制信號有效, ,負載負載才導(dǎo)通才導(dǎo)通4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.3 固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 交流交流SSR控制交流電機原理圖如下圖所示?？刂平涣麟姍C原理圖如下圖所示。 RP、CP組成浪涌電壓保護電路組成浪涌電壓保護電路（對

23、（對50Hz的阻抗約為的阻抗約為32K），），RM為壓敏電阻，用作過壓保護（保護為壓敏電阻，用作過壓保護（保護SSR）。）。 PC0=0，A繞組通電繞組通電電機正轉(zhuǎn)電機正轉(zhuǎn)；PC0=1，B繞組通電繞組通電電機反轉(zhuǎn)電機反轉(zhuǎn)交流固態(tài)交流固態(tài)繼電器繼電器4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.4 大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù) 場效應(yīng)管特點場效應(yīng)管特點：輸入阻抗高、關(guān)斷漏電流小、響應(yīng)快，體積小、：輸入阻抗高、關(guān)斷漏電流小、響應(yīng)快，體積小、價格低。價格低。 IRF系列場效應(yīng)管特性系列場效應(yīng)管特性： 電流從幾毫安電流從幾毫安-幾十安；耐壓從幾十伏幾十安；耐壓從幾十伏-幾

24、百伏。幾百伏。 使用時注意加光電保護使用時注意加光電保護，如用，如用4N25等光電隔離器。等光電隔離器。 G：柵極，控制端；：柵極，控制端；D：漏極，接電源正極：漏極，接電源正極 S：源極，接電源負極：源極，接電源負極 主要用于直流設(shè)備主要用于直流設(shè)備4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.4 大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù) 大功率場效應(yīng)管控制步進電機原理圖大功率場效應(yīng)管控制步進電機原理圖 場效應(yīng)管型號為場效應(yīng)管型號為IRF640，PCx為為1時時對應(yīng)繞組導(dǎo)通對應(yīng)繞組導(dǎo)通，為，為0時對應(yīng)繞組關(guān)閉。時對應(yīng)繞組關(guān)閉。三個繞組按規(guī)律三個繞組按規(guī)律交替導(dǎo)通，步進電機交

25、替導(dǎo)通，步進電機才會旋轉(zhuǎn)。才會旋轉(zhuǎn)。場效應(yīng)管場效應(yīng)管開關(guān)開關(guān)光電光電隔離器隔離器浪涌電壓保浪涌電壓保護電路，保護電路，保護場效應(yīng)管護場效應(yīng)管步進電機步進電機繞組繞組A保護保護二極管二極管4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.5 可控硅接口技術(shù)可控硅接口技術(shù) 可控硅可控硅（Silicon Controlled Rectifier(整流器整流器)）SCR，也叫晶閘管，是一，也叫晶閘管，是一種大功率器件。種大功率器件。 特點特點：效率高、壽命長、體積小。：效率高、壽命長、體積小。 應(yīng)用應(yīng)用：作大功率驅(qū)動器件，實現(xiàn)以小功率控制大功率。在直流電機調(diào)速系：作大功率驅(qū)動器件，實現(xiàn)以小功率控制大

26、功率。在直流電機調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。 分類分類：分為單向可控硅和雙向可控硅。：分為單向可控硅和雙向可控硅。 一、單向可控硅一、單向可控硅 A陽極、陽極、K陰極、陰極、G控制極控制極4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.5 可控硅接口技術(shù)可控硅接口技術(shù) 幾個參量幾個參量： 觸發(fā)電流觸發(fā)電流IT：Ig IT時導(dǎo)通；時導(dǎo)通；控制角控制角；導(dǎo)通角導(dǎo)通角；Ig為柵極電流為柵極電流 截止截止：UAUK。 單向可控硅的單向?qū)üδ?，單向可控硅的單向?qū)üδ?，多用于直流大電流場合的開關(guān)多用于直流大電流場合的開關(guān)。在交流系。在交流系統(tǒng)中用做統(tǒng)中用做

27、大功率整流大功率整流。IT導(dǎo)通導(dǎo)通4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.5 可控硅接口技術(shù)可控硅接口技術(shù) 二、雙向可控硅二、雙向可控硅 又叫三端雙向可控硅，簡稱又叫三端雙向可控硅，簡稱TRIAC。 工作原理工作原理：控制極：控制極G加正向脈沖則正向?qū)?，加反向脈沖則反加正向脈沖則正向?qū)?，加反向脈沖則反向?qū)?。也會截止。向?qū)?。也會截止?特點與應(yīng)用特點與應(yīng)用：控制簡單，無耐壓問題，作交流無觸點開關(guān)。：控制簡單，無耐壓問題，作交流無觸點開關(guān)。G4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.5 可控硅接口技術(shù)可控硅接口技術(shù) 用雙向可控硅控制交流電加熱爐的原理圖：用雙向可控硅控

28、制交流電加熱爐的原理圖：上半部分為可控硅控制電路上半部分為可控硅控制電路，下半部分為交流電過零探測電下半部分為交流電過零探測電路路，每過一次零便產(chǎn)生一個脈沖的下降沿，向，每過一次零便產(chǎn)生一個脈沖的下降沿，向CPUCPU發(fā)出中斷請求，發(fā)出中斷請求，CPUCPU響應(yīng)后，向響應(yīng)后，向D0D0發(fā)出同步觸發(fā)脈沖，使可控硅導(dǎo)通。發(fā)出同步觸發(fā)脈沖，使可控硅導(dǎo)通。注意：每半個周期給可控硅一個同步脈沖，電壓不小于注意：每半個周期給可控硅一個同步脈沖，電壓不小于4V4V，脈沖寬度不小于脈沖寬度不小于2020 s s。D0為低時導(dǎo)通。為低時導(dǎo)通。 此電路復(fù)雜，采用圖此電路復(fù)雜，采用圖4-264-26電路簡單。電路簡

29、單。光電光電隔離器隔離器產(chǎn)生中斷請產(chǎn)生中斷請求信號求信號 此電路復(fù)雜，采用圖此電路復(fù)雜，采用圖4-264-26電路簡單。電路簡單。4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.5 可控硅接口技術(shù)可控硅接口技術(shù)VbVctt4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.6 電磁閥接口技術(shù)電磁閥接口技術(shù) 電磁是受通電線圈電磁力控制開閉的閥體。廣泛應(yīng)用于氣體、電磁是受通電線圈電磁力控制開閉的閥體。廣泛應(yīng)用于氣體、液體開關(guān)閥門。液體開關(guān)閥門。 結(jié)構(gòu)原理圖如下圖所示。結(jié)構(gòu)原理圖如下圖所示。4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)4.2.6 電磁閥接口技術(shù)電磁閥接口技術(shù) 電磁閥的種類：有交流

30、和直流兩種。電磁閥的種類：有交流和直流兩種。 交流電磁閥交流電磁閥使用方便，但容易震動、啟動電流大；使用方便，但容易震動、啟動電流大；直流電磁閥直流電磁閥需專門電源，如需專門電源，如12V12V、24V24V、48V48V等。等。 交流電磁閥的接口電路如下圖所示。交流電磁閥的接口電路如下圖所示。 雙向可控硅的選擇雙向可控硅的選擇：對中小型的交流電磁閥，可選：對中小型的交流電磁閥，可選3A3A、600V600V的。的。為過零觸發(fā)光電為過零觸發(fā)光電耦合雙向可控硅耦合雙向可控硅驅(qū)動芯片驅(qū)動芯片為低時可為低時可控硅導(dǎo)通控硅導(dǎo)通4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)電動機控制技術(shù)概述電動機控制技術(shù)

31、概述 電動機是被廣泛應(yīng)用的原動機電動機是被廣泛應(yīng)用的原動機 電動機的控制要求越來越高：電動機的控制要求越來越高： 啟、停、逆轉(zhuǎn)快速，調(diào)速快、準(zhǔn)。啟、停、逆轉(zhuǎn)快速，調(diào)速快、準(zhǔn)。 電動機控制器的發(fā)展：電動機控制器的發(fā)展： 電機控制元件經(jīng)歷了從交流放大器到磁放大器、可控離子變電機控制元件經(jīng)歷了從交流放大器到磁放大器、可控離子變速器、可控硅、計算機控制。速器、可控硅、計算機控制。 計算機控制計算機控制又分為微機控制系統(tǒng)、單片機控制裝置和專用控制又分為微機控制系統(tǒng)、單片機控制裝置和專用控制板卡等，并且采用了復(fù)雜的控制算法。板卡等，并且采用了復(fù)雜的控制算法。 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，在直流小功率

32、電動機調(diào)速中已經(jīng)成熟，在，在直流小功率電動機調(diào)速中已經(jīng)成熟，在直流中、小功率方面正在迅速取代可控硅直流中、小功率方面正在迅速取代可控硅SCR直流調(diào)速系統(tǒng)，但直流調(diào)速系統(tǒng)，但在交流和大功率電動機調(diào)速方面尚屬研究中。在交流和大功率電動機調(diào)速方面尚屬研究中。 電動機調(diào)速的發(fā)展趨勢電動機調(diào)速的發(fā)展趨勢：微型化、智能化、一體化，即將以微：微型化、智能化、一體化，即將以微型計算機（單片機）為核心的控制器做到電動機上。型計算機（單片機）為核心的控制器做到電動機上。4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)電動機控制技術(shù)概述電動機控制技術(shù)概述本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容1、小功率直流電動機調(diào)速原理、小功率直流電

33、動機調(diào)速原理2、開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)、開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)3、脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計、脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計4、閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)、閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)5、交流電動機控制接口技術(shù)、交流電動機控制接口技術(shù)4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.1小功率直流電動機調(diào)速原理小功率直流電動機調(diào)速原理 脈沖寬度調(diào)制（脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation ）PWM原理原理 小功率直流電動機小功率直流電動機由轉(zhuǎn)子和定子組成由轉(zhuǎn)子和定子組成，定子可以是磁極或勵磁繞組。，定子可以是磁極或勵磁繞組。 其轉(zhuǎn)速與加在轉(zhuǎn)子電樞上的電壓其轉(zhuǎn)速與加在轉(zhuǎn)子電樞上的電壓Ua有關(guān)，有關(guān)， Ua轉(zhuǎn)速

34、轉(zhuǎn)速V；所加電壓極性；所加電壓極性改變，則電動機反轉(zhuǎn)。改變，則電動機反轉(zhuǎn)。 據(jù)此原理，據(jù)此原理，通過改變電動機電樞電壓接通和斷開的時間比（即占空比）來通過改變電動機電樞電壓接通和斷開的時間比（即占空比）來控制電動機的轉(zhuǎn)速，控制電動機的轉(zhuǎn)速，這種方法就稱為脈沖寬度調(diào)制這種方法就稱為脈沖寬度調(diào)制PWM。 脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)速公式（平均轉(zhuǎn)速）：脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)速公式（平均轉(zhuǎn)速）： Vd=Vmax * D Vd-電動機平均轉(zhuǎn)速電動機平均轉(zhuǎn)速 Vmax全通電時速度（最大）全通電時速度（最大） D= t1 /T-占空比，占空比， t1是通電時間，是通電時間，T是脈寬周期。是脈寬周期。D1。 Vd D，與單純的周期，與單

35、純的周期T無關(guān)無關(guān) Vd與與D的關(guān)系如下頁圖所示的關(guān)系如下頁圖所示4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.1小功率直流電動機調(diào)速原理小功率直流電動機調(diào)速原理定子繞組及定子繞組及產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞電樞4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 1、開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)的組成、開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)的組成 由五部分組成：由五部分組成： （1）占空比）占空比D的的 設(shè)定設(shè)定 1）用電位器調(diào)節(jié)、）用電位器調(diào)節(jié)、2）用撥碼開關(guān)、）用撥碼開關(guān)、3）用數(shù)字鍵盤）用數(shù)字鍵盤 （2）脈沖寬度發(fā)生器）脈沖寬度發(fā)生器 軟件編程軟件編程 （3

36、）驅(qū)動器）驅(qū)動器 TTL放大電路放大電路 （4）電子開關(guān)）電子開關(guān) 用晶體管、場效應(yīng)管、可控硅、繼電器用晶體管、場效應(yīng)管、可控硅、繼電器 （5）電動機）電動機4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) Vd與與D只是近似的線性關(guān)系，只是近似的線性關(guān)系，與單純的周期與單純的周期T無關(guān)無關(guān)（與步進電（與步進電機的調(diào)速脈沖不同，步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比）。在機的調(diào)速脈沖不同，步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比）。在D不變的情況下，不變的情況下，T越小，電機轉(zhuǎn)速越平穩(wěn)。越小，電機轉(zhuǎn)速越平穩(wěn)。4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.2開環(huán)

37、脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 2、電動機控制接口、電動機控制接口 上圖中的第上圖中的第3、4兩部分即為接口部分。直流電機與微機的接口兩部分即為接口部分。直流電機與微機的接口有以下有以下4種方法：種方法： （1）光電隔離器）光電隔離器+大功率場效應(yīng)管大功率場效應(yīng)管 適用于自己開發(fā)的系統(tǒng)，價格低適用于自己開發(fā)的系統(tǒng)，價格低 （2）固態(tài)繼電器）固態(tài)繼電器 適用于自己開發(fā)的系統(tǒng)，價格低適用于自己開發(fā)的系統(tǒng)，價格低 （3）專用接口芯片）專用接口芯片 如如L290、L291、L292等，價高、但可靠等，價高、但可靠 （4）專用接口板）專用接口板 如如7501、7502，主要用于，主要用于STD或或

38、PC機系統(tǒng)機系統(tǒng) 如用單片機控制，即可產(chǎn)生并輸出調(diào)制脈沖，再加上如用單片機控制，即可產(chǎn)生并輸出調(diào)制脈沖，再加上光電隔離光電隔離器器+大功率場效應(yīng)管大功率場效應(yīng)管，或者加上，或者加上固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器就構(gòu)成了就構(gòu)成了接口部件和脈接口部件和脈寬調(diào)速控制器。寬調(diào)速控制器。4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.3脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 一、脈寬占空比設(shè)計一、脈寬占空比設(shè)計 由脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)速公式：由脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)速公式： Vd=Vmax * D 電動機平均轉(zhuǎn)速電動機平均轉(zhuǎn)速Vd、全通電時速度、全通電時速度 Vmax 已知已知，對于給定的平，對于給定的平均轉(zhuǎn)速均轉(zhuǎn)速Vd ，便可

39、計算出占空比，便可計算出占空比D。 占空比占空比D= t1 /T ， t1是通電時間，是通電時間， t2是斷電時間。是斷電時間。 脈寬周期脈寬周期T= t1 + t2 1、軟件計數(shù)法、軟件計數(shù)法 設(shè)單位時間（設(shè)單位時間（ t0 ）計一個數(shù)，則通電時間）計一個數(shù)，則通電時間t1計數(shù)計數(shù)N1= t1 / t0 ， 斷電時間斷電時間t2計數(shù)計數(shù)N2= t2 / t0 ，在脈沖輸出端，輸出高電平計數(shù)，在脈沖輸出端，輸出高電平計數(shù)N1，輸出低電平計數(shù)輸出低電平計數(shù)N2，并讓輸出端如此循環(huán)輸出即可。，并讓輸出端如此循環(huán)輸出即可。 2、硬件計數(shù)法、硬件計數(shù)法 用硬件計數(shù)器計數(shù)，分別輸出高電平和低電平，也如此

40、循環(huán)輸用硬件計數(shù)器計數(shù)，分別輸出高電平和低電平，也如此循環(huán)輸出即可。出即可。4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.3脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 二、電動機轉(zhuǎn)動控制原理二、電動機轉(zhuǎn)動控制原理 正轉(zhuǎn)：正轉(zhuǎn)：SW1SW1、SW4SW4閉合閉合 反轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：SW2SW2、SW3SW3閉合閉合 剎車：剎車：SW2SW2、SW4SW4閉合閉合（或（或SW1SW1、SW3SW3閉合）閉合） 滑行：滑行：SW1SW1、SW2SW2、SW3SW3、 SW4SW4全部斷開全部斷開 4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.3脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計控制數(shù)據(jù)控制

41、數(shù)據(jù)運轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)狀態(tài)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)PA1 PA0SW1 SW2 SW3 SW410正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)100101反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)011011剎車剎車010100滑行滑行0000雙向控制電動機工作狀態(tài)真值表雙向控制電動機工作狀態(tài)真值表 PA0、PA1為為0時，時，SW1、SW3才有可能導(dǎo)通才有可能導(dǎo)通 SWx狀態(tài)：狀態(tài)：PA0、1為為1時導(dǎo)時導(dǎo)通，為通，為0時截止時截止 SWx用的是場效應(yīng)管用的是場效應(yīng)管PB0-PB7：設(shè)置脈沖寬度，：設(shè)置脈沖寬度， 即方波的占空比即方波的占空比74LS125：四總線三態(tài)緩沖器：四總線三態(tài)緩沖器三、電動機控制接口電路三、電動機控制接口電路4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口

42、技術(shù)4.3.3脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 四、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計四、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計1、流程圖（右圖）、流程圖（右圖）2、8086匯編程序匯編程序 4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 為了提高電動機脈沖寬度為了提高電動機脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)的精度，通常采用調(diào)速系統(tǒng)的精度，通常采用閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)。閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)。 閉環(huán)系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了電動機的速度基礎(chǔ)上增加了電動機的速度檢測回路檢測回路，意在將檢測到的，意在將檢測到的速度與給定值比較，并由數(shù)速度與給定值比較，并由數(shù)字調(diào)節(jié)器（字調(diào)

43、節(jié)器（PID）進行調(diào)節(jié)。）進行調(diào)節(jié)。其原理框圖如左圖所示。其原理框圖如左圖所示。4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機 1、測速發(fā)電機的工作原理、測速發(fā)電機的工作原理 測速發(fā)電機是一種將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。根據(jù)結(jié)測速發(fā)電機是一種將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。根據(jù)結(jié)構(gòu)及工作原理的不同，分為直流和交流測速發(fā)電機。構(gòu)及工作原理的不同，分為直流和交流測速發(fā)電機。 測速發(fā)電機的工作原理測速發(fā)電機的工作原理：用被控制的電動機，帶動測速發(fā)電機：用被控制的電動機，帶動測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)子在定子所形成的磁場中旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組

44、切割磁力線，便產(chǎn)的轉(zhuǎn)子在定子所形成的磁場中旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線，便產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，即有電壓。轉(zhuǎn)速越高，電壓越高。電壓便與電生了感應(yīng)電動勢，即有電壓。轉(zhuǎn)速越高，電壓越高。電壓便與電動機的轉(zhuǎn)速成正比，由此得到電動機的轉(zhuǎn)速信息。動機的轉(zhuǎn)速成正比，由此得到電動機的轉(zhuǎn)速信息。 測速發(fā)電機的特點是分辨率較高，價格較低測速發(fā)電機的特點是分辨率較高，價格較低。4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 2、直流閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖、直流閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度

45、調(diào)速系統(tǒng) 二、數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器二、數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器 數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器，是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的一數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器，是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的一種裝置。計算機控制系統(tǒng)最常用的是碼盤式轉(zhuǎn)速傳感器。種裝置。計算機控制系統(tǒng)最常用的是碼盤式轉(zhuǎn)速傳感器。 下圖為增量式和絕對式碼盤。下圖為增量式和絕對式碼盤。4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 1、增量式碼盤的工作原理、增量式碼盤的工作原理 增量式碼盤的脈沖輸入到計算機的計數(shù)器，其轉(zhuǎn)速公式為：增量式碼盤的脈沖輸入到計算機的計數(shù)器，其轉(zhuǎn)速公式為： nm=60*Nc/n/t1（轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)/

46、分）分）式中：式中：nm -轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)速，單位為r/min Nc -在在t1時間內(nèi)測得的脈沖數(shù)時間內(nèi)測得的脈沖數(shù) n-碼盤上一周的縫隙數(shù)碼盤上一周的縫隙數(shù) t1 -測速時間，單位為秒測速時間，單位為秒Nc/n：為在為在t1時間內(nèi)碼盤轉(zhuǎn)的總?cè)?shù)時間內(nèi)碼盤轉(zhuǎn)的總?cè)?shù)4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 2、絕對式碼盤的工作原理、絕對式碼盤的工作原理 有數(shù)字的方格示透光，無數(shù)字的方格示不透光，透光的地方經(jīng)光有數(shù)字的方格示透光，無數(shù)字的方格示不透光，透光的地方經(jīng)光敏元件輸出敏元件輸出1，不透光的地方經(jīng)光敏元件輸出，不透光的地方經(jīng)光敏元件輸出

47、0。 每一個位圈需要一個光敏元件，每一個位圈需要一個光敏元件，8個位圈需要個位圈需要8個光敏元件，可以個光敏元件，可以計數(shù)計數(shù)256。 8位光敏元件輸出的數(shù)據(jù)，可以直接接到計算機的數(shù)字量輸入端位光敏元件輸出的數(shù)據(jù)，可以直接接到計算機的數(shù)字量輸入端口。每隔一段時間讀一次數(shù)據(jù)，口。每隔一段時間讀一次數(shù)據(jù)，兩次的數(shù)據(jù)差除以碼盤上的縫隙數(shù)，兩次的數(shù)據(jù)差除以碼盤上的縫隙數(shù)，即為轉(zhuǎn)的圈數(shù)。轉(zhuǎn)速即為轉(zhuǎn)的圈數(shù)。轉(zhuǎn)速=兩次的數(shù)據(jù)差兩次的數(shù)據(jù)差/碼盤上外圈的縫隙數(shù)碼盤上外圈的縫隙數(shù)/時間時間11111111118888888812345678910111213141516171819202222222222444

48、4444441616161616轉(zhuǎn)速仍然可轉(zhuǎn)速仍然可以用前面的以用前面的公式，公式， Nc理理解為數(shù)據(jù)差解為數(shù)據(jù)差D0位圈位圈D1位圈位圈D2位圈位圈D3位圈位圈D4位圈位圈最外圈最外圈有數(shù)字的格為透光有數(shù)字的格為透光總格數(shù)總格數(shù)4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.5交流電動機控制接口技術(shù)交流電動機控制接口技術(shù) 1、交流電動機的調(diào)速正在研究發(fā)展中、交流電動機的調(diào)速正在研究發(fā)展中 交流電動機的調(diào)速比較復(fù)雜，是一個非常活躍的領(lǐng)交流電動機的調(diào)速比較復(fù)雜，是一個非常活躍的領(lǐng)域，有待進一步研究和開發(fā)。此處作簡單介紹。域，有待進一步研究和開發(fā)。此處作簡單介紹。 2、交流電動機調(diào)速的的特點、

49、交流電動機調(diào)速的的特點 1）電流作正反兩個方向流動；）電流作正反兩個方向流動；2）電壓較高（）電壓較高（220V-380V）需要加光電隔離，常用交流固態(tài)繼電器。）需要加光電隔離，常用交流固態(tài)繼電器。 3、采用固態(tài)繼電器與交流伺服電機的接口電路、采用固態(tài)繼電器與交流伺服電機的接口電路4.3 電動機控制接口技術(shù)電動機控制接口技術(shù)4.3.5交流電動機控制接口技術(shù)交流電動機控制接口技術(shù) 3、采用固態(tài)繼電器與交流伺服電機的接口電路、采用固態(tài)繼電器與交流伺服電機的接口電路 PC0=1，PC1=0，A相相導(dǎo)通，電動機導(dǎo)通，電動機正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)。 PC0=0，PC1=1，B相相導(dǎo)通，電動機導(dǎo)通，電動機反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。 P

50、C0=0，PC1=0，A相相與與B相均關(guān)閉，電動機相均關(guān)閉，電動機不不運轉(zhuǎn)。運轉(zhuǎn)。 R4與電容與電容C的作用的作用是是消除伺服電機關(guān)斷時的消除伺服電機關(guān)斷時的浪涌電壓。浪涌電壓。 光敏電阻光敏電阻R2和電阻和電阻R3的作用的作用是組成過零檢測是組成過零檢測電路，產(chǎn)生雙向觸發(fā)脈電路，產(chǎn)生雙向觸發(fā)脈沖。沖。4.4步進電機控制接口技術(shù)步進電機控制接口技術(shù) 步進電機運轉(zhuǎn)精度高步進電機運轉(zhuǎn)精度高 旋轉(zhuǎn)單位是旋轉(zhuǎn)單位是“步步”，一步的最小轉(zhuǎn)角可，一步的最小轉(zhuǎn)角可以小到以小到0.36度（最大轉(zhuǎn)角達到度（最大轉(zhuǎn)角達到90度）。步進電機若前進一定的步度）。步進電機若前進一定的步數(shù)，然后再后退相同的步數(shù)，則可精確

51、的回到原來的位置。數(shù)，然后再后退相同的步數(shù)，則可精確的回到原來的位置。 步進電機啟、停速度快步進電機啟、停速度快 能夠在能夠在“一剎那一剎那”間使步進電機啟動間使步進電機啟動或停止，在快速啟停時不會失掉一步。一般轉(zhuǎn)速為或停止，在快速啟停時不會失掉一步。一般轉(zhuǎn)速為200-1000步步/秒。秒。 步進電機在定位場所得到了廣泛的應(yīng)用步進電機在定位場所得到了廣泛的應(yīng)用 如：在繪圖儀、打印如：在繪圖儀、打印機、掃描儀、復(fù)印機等設(shè)備及光學(xué)儀器中應(yīng)用。其定位不需要位機、掃描儀、復(fù)印機等設(shè)備及光學(xué)儀器中應(yīng)用。其定位不需要位移傳感器測定位置。移傳感器測定位置。 概述概述-步進電機的特點及應(yīng)用步進電機的特點及應(yīng)用

52、 本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容1、步進電機工作原理、步進電機工作原理2、步進電機控制系統(tǒng)原理、步進電機控制系統(tǒng)原理3、步進電機與微機的接口及程序設(shè)計、步進電機與微機的接口及程序設(shè)計4、步進電機步數(shù)及速度的計算方法、步進電機步數(shù)及速度的計算方法5、步進電機的變速控制、步進電機的變速控制4.4步進電機控制接口技術(shù)步進電機控制接口技術(shù)4.4.1步進電機的工作原理步進電機的工作原理 步進電機實際上是一個步進電機實際上是一個數(shù)字?jǐn)?shù)字/ /角度轉(zhuǎn)換器角度轉(zhuǎn)換器。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。其結(jié)構(gòu)如下圖所示（是一個三相步進電機）。（是一個三相步進電機）。 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) 1）定子）定子 是磁極，相對著的是是磁極，相對著的是 一對

53、（一對（三相步進電機有三三相步進電機有三 對磁極對磁極），每個磁極外形），每個磁極外形 是均勻的是均勻的5個矩形小齒。個矩形小齒。 2）轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子上無線圈，外形是轉(zhuǎn)子上無線圈，外形是 分布均勻的分布均勻的40個矩形小齒個矩形小齒， 相鄰兩齒的相鄰兩齒的夾角為夾角為9度度。4.4步進電機控制接口技術(shù)步進電機控制接口技術(shù)4.4.1步進電機的工作原理步進電機的工作原理 2、工作原理、工作原理 定子各相（定子各相（AA、BB、CC）相差）相差120度依次單獨通電，則定子度依次單獨通電，則定子所產(chǎn)生的磁場按所產(chǎn)生的磁場按AA、BB、CC、AA、BB、順序旋轉(zhuǎn)。順序旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理

54、AA上通電時上通電時 為了構(gòu)成閉合的磁力線、為了構(gòu)成閉合的磁力線、并且使磁阻最小，轉(zhuǎn)子上的齒要與定子并且使磁阻最小，轉(zhuǎn)子上的齒要與定子AA上的齒對齊。設(shè)轉(zhuǎn)子與定子上的齒對齊。設(shè)轉(zhuǎn)子與定子A相中間相中間的齒相對的齒記為的齒相對的齒記為0號齒號齒。 BB上通電時上通電時 為了構(gòu)成閉合的磁力線、為了構(gòu)成閉合的磁力線、并且使磁阻最小，轉(zhuǎn)子上的齒也要與定子并且使磁阻最小，轉(zhuǎn)子上的齒也要與定子BB上的齒對齊。上的齒對齊。 轉(zhuǎn)子上與定子轉(zhuǎn)子上與定子B相中間應(yīng)該對齊的齒號相中間應(yīng)該對齊的齒號為為120/9=13.33，不是整數(shù)，即轉(zhuǎn)子與，不是整數(shù)，即轉(zhuǎn)子與定子上的齒未對齊，則磁阻大，為減小磁定子上的齒未對齊，

55、則磁阻大，為減小磁阻，轉(zhuǎn)子要旋轉(zhuǎn)。第阻，轉(zhuǎn)子要旋轉(zhuǎn)。第13、14號齒距離號齒距離B相相中間的角度分別為中間的角度分別為3和和6，因此，因此13號齒號齒順時針旋轉(zhuǎn)順時針旋轉(zhuǎn)3與定子齒對齊。與定子齒對齊。 CC相通電相通電 同樣的道理，轉(zhuǎn)子仍然順時針旋轉(zhuǎn)同樣的道理，轉(zhuǎn)子仍然順時針旋轉(zhuǎn)3。 定子按定子按AB C A B 通電時，則轉(zhuǎn)子按順時針方通電時，則轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)。向旋轉(zhuǎn)。 步距角步距角 每步的轉(zhuǎn)角為每步的轉(zhuǎn)角為3，即步距角為即步距角為3。 通電一周的旋轉(zhuǎn)角度通電一周的旋轉(zhuǎn)角度 按照按照AB C A順序順序通電一周，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)通電一周，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)9。 反轉(zhuǎn)方法反轉(zhuǎn)方法 若通電順序反過來若通

56、電順序反過來， 按按CB A C通電，通電，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。反。 3、步距角、步距角Qs計算公式計算公式 Qs=360/(N*Zr)式中：式中： Zr為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；為轉(zhuǎn)子齒數(shù)； N=Mc*C為通電一周的拍數(shù)，叫為通電一周的拍數(shù)，叫運行拍數(shù)運行拍數(shù)。 其中其中Mc為繞組相數(shù)；為繞組相數(shù)；C為狀態(tài)數(shù)，采用（單、雙）三拍時為狀態(tài)數(shù)，采用（單、雙）三拍時C=1，采用（單、雙）六拍時采用（單、雙）六拍時C=2。 如三相三拍，步距角為如三相三拍，步距角為3；三相六拍，步距角為；三相六拍，步距角為1.5。括號內(nèi)為每轉(zhuǎn)括號內(nèi)為每轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)一圈的步數(shù)4.4步進電機控制接口技術(shù)步進電機控制接口

57、技術(shù)4.4.1步進電機的工作原理步進電機的工作原理 典型的步進電機控制系統(tǒng)如下圖所示，主要有三部典型的步進電機控制系統(tǒng)如下圖所示，主要有三部分組成。分組成。 步進控制器步進控制器由緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯、由緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯、正反控制門等組成。正反控制門等組成。 步進控制器線路復(fù)雜、成本高。步進控制器線路復(fù)雜、成本高。 計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 用軟件編程代替了步進控制器，用軟件編程代替了步進控制器，可靠、成本低、控制方便，應(yīng)用廣泛?？煽俊⒊杀镜?、控制方便，應(yīng)用廣泛。4.4步進電機控制接口技術(shù)步進電機控制接口技術(shù)4.4.2步進電機控制系統(tǒng)原理步進電機控制系統(tǒng)原理 典

58、型的典型的微機控制步進電機原理微機控制步進電機原理系統(tǒng)如下圖所示系統(tǒng)如下圖所示 計算機控制步進電機需要解決的問題：計算機控制步進電機需要解決的問題： 1）脈沖序列的產(chǎn)生）脈沖序列的產(chǎn)生 2）方向控制）方向控制 3）程序設(shè)計）程序設(shè)計4.4步進電機控制接口技術(shù)步進電機控制接口技術(shù)4.4.2步進電機控制系統(tǒng)原理步進電機控制系統(tǒng)原理 1、脈沖序列的生成、脈沖序列的生成 脈沖序列如右圖所示脈沖序列如右圖所示 1）脈沖周期的實現(xiàn)）脈沖周期的實現(xiàn) 脈沖周期脈沖周期=通電時間通電時間+斷電時間。斷電時間。 通電時通電時，計算機輸出高電平使開，計算機輸出高電平使開 關(guān)閉合；關(guān)閉合；斷電時斷電時，計算機輸出低電

59、平使開關(guān)斷開。，計算機輸出低電平使開關(guān)斷開。 通電和斷電時間的控制通電和斷電時間的控制，可以用定時器，也可以用軟件延時。，可以用定時器，也可以用軟件延時。 周期決定了步進電機的轉(zhuǎn)速；占空比決定了功率周期決定了步進電機的轉(zhuǎn)速；占空比決定了功率。 2）脈沖高度）脈沖高度 脈沖高度決定于元器件，對脈沖高度決定于元器件，對TTL電平為電平為0-5V，對，對CMOS電平一電平一般為般為0-10V。常用的接口電路多為常用的接口電路多為0-5V。4.4步進電機控制接口技術(shù)步進電機控制接口技術(shù)4.4.2步進電機控制系統(tǒng)原理步進電機控制系統(tǒng)原理 2、方向控制、方向控制 常用的步進電機有三相、四相、五相、六相。常

60、用的步進電機有三相、四相、五相、六相。 旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序通電順序有關(guān)。以三相步進電機為例有關(guān)。以三相步進電機為例 三相步進電機有三種工作方式三相步進電機有三種工作方式： 1）單三拍）單三拍，通電順序為，通電順序為 ABC 2）雙三拍）雙三拍，通電順序為，通電順序為 ABBCCA 3）單雙交替六拍）單雙交替六拍，通電順序為，通電順序為 AABBBCCCA 若按上述通電順序為正轉(zhuǎn)，則反向通電步進電機反轉(zhuǎn)若按上述通電順序為正轉(zhuǎn)，則反向通電步進電機反轉(zhuǎn)。 關(guān)于四相、五相、六相步進電機的通電方式與此相似，從略。關(guān)于四相、五相、六相步進電機的通電方式與此相似，從略。4.4步