自動(dòng)化科技創(chuàng)新設(shè)計(jì)-3

自動(dòng)化科技創(chuàng)新設(shè)計(jì)1第三章產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)前言機(jī)電設(shè)備、電子設(shè)備、電氣設(shè)備等產(chǎn)品，一般要經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研、產(chǎn)品規(guī)劃、方案論證；進(jìn)而進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)等多個(gè)階段。方案設(shè)計(jì)最集中體現(xiàn)創(chuàng)新思想，其過(guò)程是先對(duì)該產(chǎn)品應(yīng)具有的功能進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)構(gòu)思，然后提出原理方案，最后對(duì)產(chǎn)品的動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)做方案設(shè)計(jì)，并以結(jié)構(gòu)圖、動(dòng)作原理圖、電路工作原理圖等形式表示出來(lái)。2本章主要內(nèi)容§3.1方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述§3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法§3.3設(shè)計(jì)平臺(tái)3第一節(jié)方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述一、方案設(shè)計(jì)1、方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容主要是原理方案的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的選型，這是整個(gè)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，這從質(zhì)的方面決定了產(chǎn)品的水平。原理方案設(shè)計(jì)先從產(chǎn)品的功能分析入手，根據(jù)目標(biāo)要求，確定產(chǎn)品的工作原理，然后進(jìn)行構(gòu)思和設(shè)想，決定實(shí)現(xiàn)功能的器件，同時(shí)協(xié)調(diào)各器件之間的相互關(guān)系，最終確定整個(gè)系統(tǒng)的組成。4設(shè)計(jì)舉例1：電機(jī)溫控調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)載溫度給定控制系統(tǒng)電機(jī)溫度檢測(cè)比較環(huán)節(jié)圖3.1原理方案設(shè)計(jì)舉例控制系統(tǒng)電機(jī)溫度檢測(cè)負(fù)載閉環(huán)控制開(kāi)環(huán)控制5器件和控制系統(tǒng)的選型列出可供選擇的器件及其控制系統(tǒng)組合，根據(jù)確定的工作原理方案、工作環(huán)境及條件、市場(chǎng)需求、性價(jià)比、制造工藝條件等因素，選擇合適的機(jī)構(gòu)類型，還要充分考慮所選系統(tǒng)類型的復(fù)雜程度、材料性能對(duì)產(chǎn)品的性能的影響。

設(shè)計(jì)舉例1：電機(jī)溫控調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)可供選擇的電機(jī)類型直流永磁式電機(jī)、直流勵(lì)磁式電機(jī)、交流單相電容電機(jī)、交流罩極式電機(jī)、三相交流異步籠型電機(jī)、三相交流同步電機(jī)等。根據(jù)負(fù)載情況、供電系統(tǒng)條件、工作環(huán)境、系統(tǒng)性價(jià)比、成本等多種因素進(jìn)行合理選擇。6可供選擇的溫度檢測(cè)裝置溫度檢測(cè)裝置的作用是把溫度的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化。可供選擇的常用裝置有以下幾種。

裝置1：熱電偶，把溫度的變化轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電壓。具有測(cè)量精度高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但也需加放大電路來(lái)放大微弱的感應(yīng)電壓，同時(shí)制造熱電偶的材料貴重，增加了系統(tǒng)的成本。

裝置2：熱敏電阻，把溫度的變化轉(zhuǎn)換成電阻阻值的變化。再用放大轉(zhuǎn)換電路把電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓變化。具有材料加工容易、性能好、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。

裝置3：集成溫度傳感器，將溫度檢測(cè)元件、驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路以及必要的邏輯控制電路集成在單片IC上，具有體積小、使用方便、只能用于低溫檢測(cè)等特點(diǎn)。有模擬輸出、邏輯輸出和數(shù)字輸出等幾種。7熱電偶的工作原理：兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)T＞T0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說(shuō)回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì)。熱電勢(shì)thermo-electricforce由兩部分組成，即溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。熱電偶原理圖TT0AB熱端冷端8

熱敏電阻器的工作原理：溫度特性（RT—T）12340601201600100101102103104105106RT/Ω溫度T/oCT/℃1-負(fù)溫度系數(shù)（NTC）2-臨界溫度系數(shù)（CRT）3-正溫度系數(shù)（PTC）9可供選擇的速度檢測(cè)裝置速度檢測(cè)裝置的作用是把速度的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化。可供選擇的常用裝置有以下3種。

裝置1：霍爾式傳感器，采用非接觸式測(cè)量方式。它把轉(zhuǎn)速的變化轉(zhuǎn)換成在單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)的變化。具有靈敏度高、測(cè)量精度高、易受磁場(chǎng)干擾等特點(diǎn)。

裝置2：光電式傳感器，采用非接觸式測(cè)量方式。它把轉(zhuǎn)速的變化轉(zhuǎn)換成在單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)的變化。具有靈敏度高、測(cè)量精度高、易受強(qiáng)光干擾等特點(diǎn)。

裝置3：磁電式傳感器，采用非接觸式測(cè)量方式。把轉(zhuǎn)速的變化轉(zhuǎn)換成在單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)的變化。具有靈敏度高、測(cè)量精度高、易受磁場(chǎng)干擾等特點(diǎn)。10霍爾式傳感器的工作原理當(dāng)電流I通過(guò)放在磁場(chǎng)中由半導(dǎo)體材料制成的霍爾元件，且電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，電荷在電磁力作用下向一側(cè)偏移，在垂直于電流與磁場(chǎng)的霍爾元件的橫向側(cè)面上即產(chǎn)生一個(gè)與電流和磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比的電壓，稱為霍爾電壓UH。當(dāng)磁場(chǎng)或電流消失時(shí)，電壓也隨之消失。11霍爾式傳感器的工作原理常見(jiàn)的有遮斷式和變磁通式兩種。

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遮斷式的工作原理當(dāng)葉片進(jìn)入永久磁鐵與霍爾元件之間時(shí)，磁場(chǎng)被葉片遮斷，霍爾元件無(wú)電壓信號(hào)輸出；當(dāng)缺口進(jìn)入磁鐵與霍爾元件之間時(shí)，霍爾元件有電壓信號(hào)輸出。13變磁通式的工作原理14霍爾式傳感器的工作原理霍爾電壓經(jīng)放大整形后，輸出與轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的矩形脈沖信號(hào)。15231(a)透射式光電式傳感器的工作原理

在待測(cè)轉(zhuǎn)速軸上固定一帶凹孔的圓盤(pán)，在盤(pán)的一邊由白熾燈或發(fā)光二極管產(chǎn)生恒定光，透過(guò)盤(pán)上小孔到達(dá)光敏二極管組成的光電轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)電路放大整形后，輸出矩形脈沖信號(hào)，信號(hào)頻率由轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。輸出信號(hào)光敏二極管發(fā)光二極管遮光盤(pán)16231(b)反射式光電式傳感器的工作原理在待測(cè)轉(zhuǎn)速的軸上固定一個(gè)涂上黑白相間條紋的圓盤(pán)，它們具有不同的反射率。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反光與不反光交替出現(xiàn)，光電敏感器件間斷地接收光的反射信號(hào)，轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)。

17磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理18磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理19磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理轉(zhuǎn)輪凸齒由高磁導(dǎo)率材料制成。當(dāng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸齒就會(huì)頻繁地靠近、遠(yuǎn)離傳感器的感應(yīng)線圈，線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)電磁感應(yīng)原理(楞次定律)，線圈會(huì)產(chǎn)生近似按正弦函數(shù)規(guī)律變化的感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓的頻率與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的速度成正比。20磁電式傳感器轉(zhuǎn)輪輸出信號(hào)凹齒21可供選擇的控制核心控制核心的作用是根據(jù)溫度的變化，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理得出電機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速，然后發(fā)出控制指令改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能增效的目的?？晒┻x擇的常用控制核心有以下幾種。

控制核心1：PLC+變頻器，該系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、編程維護(hù)容易、能適用于惡劣的工作環(huán)境、成本高等特點(diǎn)。控制核心2：?jiǎn)纹瑱C(jī)+專用調(diào)速驅(qū)動(dòng)集成電路，該系統(tǒng)具有成本低、體積小、抗干擾能力弱、適用于小型化設(shè)備等特點(diǎn)?？刂坪诵?：集成運(yùn)算放大器+調(diào)速驅(qū)動(dòng)電路，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需編程、功能較單一等特點(diǎn)。22可供選擇的控制方式開(kāi)環(huán)控制：控制核心接收傳感器的信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，然后發(fā)出控制指令，對(duì)執(zhí)行器(電機(jī)、電磁閥等等）進(jìn)行控制，而控制的結(jié)果是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)無(wú)法做出分析，控制的結(jié)果對(duì)控制過(guò)程沒(méi)有影響，系統(tǒng)受到干擾后，被控變量偏離設(shè)定值，無(wú)法消除偏差。這種控制方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、控制精度低等特點(diǎn)。23可供選擇的控制方式

閉環(huán)控制：實(shí)質(zhì)上就是反饋控制?？刂破鹘邮諅鞲衅鳈z測(cè)的輸入信號(hào)和表示控制結(jié)果的反饋信號(hào)，經(jīng)過(guò)比較運(yùn)算后，決定增減輸出控制量的大小?？刂破髋c被控對(duì)象之間，不僅存在著正向作用，而且存在著反饋?zhàn)饔?，即系統(tǒng)的輸出量對(duì)控制量有直接影響。這種控制方式具有控制精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等特點(diǎn)。24方案設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)針對(duì)工作原理方案設(shè)計(jì)與構(gòu)件選型、組合對(duì)產(chǎn)品的功能性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)的影響，做出客觀的評(píng)價(jià)及確定評(píng)價(jià)方法。2、方案設(shè)計(jì)的基本要求要分清主次、抓住重點(diǎn)，符合科學(xué)的基本規(guī)律和發(fā)展觀。注重用新工作原理代替舊的工作原理。注重引入新技術(shù)、新工藝、新材料。注重各環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系。提高產(chǎn)品的精確、可靠性。注重硬件與軟件的有效結(jié)合。注重產(chǎn)品的綜合效率和整體優(yōu)化。25設(shè)計(jì)舉例2：C650車(chē)床控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案改造目的：由軟件編程替代了大部分硬件電路的功能。減少了機(jī)床控制線路的復(fù)雜程度，因而減少了電路故障發(fā)生概率，提高了工作可靠性。增加控制系統(tǒng)故障自診斷報(bào)警功能，降低了故障維修難度，縮短故障維修時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程數(shù)字化控制，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高零件加工精度，降低產(chǎn)品次品率。2627基于PLC的C650控制系統(tǒng)組成（參考）28基于單片機(jī)的C650控制系統(tǒng)組成（參考）293、方案設(shè)計(jì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的本質(zhì)是求新、求異、選優(yōu)。要充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，不受傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和常規(guī)思維慣例的約束，掌握創(chuàng)新設(shè)計(jì)原理和創(chuàng)新設(shè)計(jì)技法，多方面、多角度、多層次地尋求解決問(wèn)題的途徑。不斷進(jìn)行多解比較和多解評(píng)優(yōu)，真正在多解中發(fā)現(xiàn)新產(chǎn)品，創(chuàng)造新產(chǎn)品。在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，在保證控制要求的前提下，力求產(chǎn)品或系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、生產(chǎn)成本低、制造加工難度小。這樣才能便于產(chǎn)品或系統(tǒng)的普及推廣。才能在殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得成功。30產(chǎn)品舉例：基于PLC的X62W萬(wàn)能銑床改造設(shè)計(jì)第一步：主電機(jī)的剎車(chē)制動(dòng)由原來(lái)的反接制動(dòng)，改為能耗制動(dòng)。去掉了控制主電機(jī)的倒順開(kāi)關(guān)SA5。提高自動(dòng)化控制程度，減少主電路的復(fù)雜程度。第二步：保證設(shè)備控制功能不變的前提下，改造控制電路。第三步：根據(jù)控制流程圖，編寫(xiě)梯形圖程序。第四步：仿真調(diào)試程序。第五步：連接線路，進(jìn)行測(cè)試。313233343536373839第二節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法任何一個(gè)產(chǎn)品，一般要經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研、產(chǎn)品規(guī)劃、方案論證，進(jìn)而進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)等多個(gè)階段。方案設(shè)計(jì)前，首先要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可行性分析，根據(jù)合理要求、經(jīng)濟(jì)性要求、先進(jìn)性要求等指標(biāo)，擬定出產(chǎn)品的功能目標(biāo)，同時(shí)設(shè)定具體的性能參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。根據(jù)產(chǎn)品的功能目標(biāo)和限定條件，依據(jù)創(chuàng)新原理，采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，通過(guò)創(chuàng)新思維和方案探求，優(yōu)化篩選出滿足條件的最佳方案。以確定產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu)、加工工藝、性價(jià)比和功能，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和競(jìng)爭(zhēng)能力。40一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程擬定設(shè)計(jì)任務(wù)方案設(shè)計(jì)選擇材料、器件指標(biāo)測(cè)試硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)組裝修改修改完成設(shè)計(jì)運(yùn)行測(cè)試41二、擬定設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，同時(shí)又是今后設(shè)備竣工驗(yàn)收的依據(jù)。設(shè)計(jì)任務(wù)下達(dá)部門(mén)對(duì)本系統(tǒng)的功能要求、技術(shù)指標(biāo)只能描述一個(gè)粗略輪廓，涉及產(chǎn)品使用中應(yīng)達(dá)到的各種具體的技術(shù)指標(biāo)及其他各項(xiàng)基本要求實(shí)際是由技術(shù)總負(fù)責(zé)者、產(chǎn)品使用者及承擔(dān)設(shè)計(jì)任務(wù)者等幾方面共同協(xié)商并最后確定的。最后以技術(shù)協(xié)議形式予以確定的。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中需要說(shuō)明所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的型號(hào)、用途、工藝過(guò)程、動(dòng)作要求、工作條件、主要技術(shù)指標(biāo)及要求。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：42產(chǎn)品的用途。產(chǎn)品的控制精度、效率要求。產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)、使用要求。產(chǎn)品的穩(wěn)定性及抗干擾能力的要求。產(chǎn)品的制造材料要求。產(chǎn)品的加工工藝和生產(chǎn)工藝流程。產(chǎn)品的成本與經(jīng)費(fèi)限額。產(chǎn)品的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收方式。產(chǎn)品的其他要求如布局、安裝要求、操作要求、報(bào)警方式等等。43三、方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是根據(jù)要求設(shè)計(jì)和編制出產(chǎn)品制造和使用維修過(guò)程中所必須的圖樣、資料，包括原理圖、系統(tǒng)的組成、器件布局圖、安裝接線圖、系統(tǒng)裝配圖、控制面板、非標(biāo)準(zhǔn)緊固件加工圖等，編寫(xiě)單臺(tái)產(chǎn)品的器件目錄、材料消耗清單、產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)等資料。 方案設(shè)計(jì)主要包含原理設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)兩個(gè)基本部分，二方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容分述如下：441、原理設(shè)計(jì)內(nèi)容選擇產(chǎn)品的控制方式。設(shè)計(jì)控制原理框圖，確定各部分之間的關(guān)系，擬訂各部分的功能和技術(shù)要求。編寫(xiě)控制流程，確定產(chǎn)品的硬件和軟件配置。設(shè)計(jì)并繪制電氣原理圖，計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)。選擇產(chǎn)品中所需器件的種類、型號(hào)、規(guī)格，技術(shù)要求等等。編寫(xiě)控制程序流程圖和控制程序代碼。設(shè)計(jì)控制原理框圖、電氣原理圖、控制程序是整個(gè)設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)，因?yàn)樗枪に囋O(shè)計(jì)和制訂其他技術(shù)資料的依據(jù)。452、工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容

工藝設(shè)計(jì)的主要目的是便于組織產(chǎn)品的制造，實(shí)現(xiàn)原理設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，為產(chǎn)品的調(diào)試、維護(hù)、使用提供必要的圖樣資料。工藝設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是：根據(jù)設(shè)計(jì)的原理圖及選定的器件，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的總體配置，繪制產(chǎn)品的總裝配圖及總接線圖。按照原理框圖或劃分的組成部分，對(duì)總原理圖進(jìn)行編號(hào)，繪制各組成部分原理電路圖，列出各部分的器件目錄表，并根據(jù)總圖編號(hào)統(tǒng)計(jì)出各組件的進(jìn)出線號(hào)。根據(jù)各組成部分原理電路及選定的器件目錄表，設(shè)計(jì)組件裝配圖、接線圖，圖中應(yīng)反映各器件的安裝方式與接線方式。46根據(jù)各組成部分的裝配要求，繪制器件安裝板和非標(biāo)準(zhǔn)的器件安裝零件圖紙，標(biāo)明技術(shù)要求。如果產(chǎn)品的控制系統(tǒng)有保護(hù)要求，還要設(shè)計(jì)電氣控制保護(hù)箱。根據(jù)總原理圖、總裝配圖及各組成部分原理圖等資料，進(jìn)行匯總，分別列出器件清單，標(biāo)準(zhǔn)件清單以及主要材料消耗定額。編寫(xiě)產(chǎn)品的使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)。47四、材料、器件的選擇和組合產(chǎn)品用的加工材料、產(chǎn)品組裝所用的器件是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的具體表現(xiàn)。合理選擇有效的加工材料和器件，并將其合理組合，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵過(guò)程。在選擇過(guò)程中，遵循合理的原則，使用歸納比較的思維方式，以能可靠實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能為目的，進(jìn)一步比較研究，從中選擇最優(yōu)方案。選擇時(shí)應(yīng)遵循專業(yè)的選擇原則和選型方法。下面就選擇原則和選型方法進(jìn)行一一介紹。481、選擇原則按現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)條件選擇加工材料和器件。按現(xiàn)有生產(chǎn)效率要求選擇加工材料和器件。按現(xiàn)有加工精度條件選擇加工材料和器件。按產(chǎn)品最佳性價(jià)比要求選擇加工材料和器件。按能簡(jiǎn)單可靠實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能選擇加工材料和器件。按產(chǎn)品控制方便要求選擇加工材料和器件。按產(chǎn)品的動(dòng)力要求選擇加工材料和器件。精度高、性能高的產(chǎn)品在現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)條件下不一定能生產(chǎn)。性能很高的產(chǎn)品，其成本也相應(yīng)很高，投放到市場(chǎng)中不一定能收到滿意的銷售量。器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜也相應(yīng)地使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，在不同的工作環(huán)境下不一定能長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行。產(chǎn)品操作復(fù)雜，會(huì)使客戶心生畏懼，難免影響產(chǎn)品的推廣。492、產(chǎn)品系統(tǒng)的組合要求器件組合是在器件選型基礎(chǔ)上進(jìn)行的，對(duì)所選擇的器件經(jīng)過(guò)不同組合，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能要求為目標(biāo)不，有時(shí)會(huì)得到創(chuàng)新的組合結(jié)構(gòu)。在實(shí)現(xiàn)組合過(guò)程中，力爭(zhēng)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單帶來(lái)的好處有：其一便于生產(chǎn)，有利于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。其二有利于產(chǎn)品可靠地運(yùn)行。其三有利于減少故障率，降低維修難度，便于維護(hù)。例如，在進(jìn)行以單片機(jī)或PLC為核心的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在滿足產(chǎn)品功能的前提下，盡量采用檔次低的型號(hào)，盡量減少外圍驅(qū)動(dòng)電路的復(fù)雜程度。在保證產(chǎn)品在不同工作環(huán)境的可靠工作的前提下，可以適當(dāng)增加保護(hù)電路和器件。50五、硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的基本原則針對(duì)項(xiàng)目要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分查找最新的技術(shù)及應(yīng)用資料；充分發(fā)揮開(kāi)拓創(chuàng)新精神；充分利用工具軟件、集成軟件、系統(tǒng)仿真、軟件仿真及硬件仿真技術(shù)。在最大程度發(fā)揮硬件資源的同時(shí)，還必須考慮系統(tǒng)未來(lái)的改進(jìn)和擴(kuò)展需求。控制程序一定要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)一定要保證經(jīng)濟(jì)、合理。工作安全、可靠、穩(wěn)定、耐用；操作、維護(hù)及維修方便。

51舉例：產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（摘要）設(shè)備名稱：電氣控制柜型號(hào)：DHT-1用途：用于進(jìn)行企業(yè)、學(xué)校的電氣控制系統(tǒng)的裝配、調(diào)試、維修、維護(hù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作等技能培訓(xùn)。結(jié)構(gòu)：開(kāi)關(guān)柜式，柜內(nèi)上段安裝儀表，柜內(nèi)中段安裝一塊網(wǎng)板，在網(wǎng)板和控制柜面板上安裝各種電氣控制元件，柜內(nèi)下段安裝電機(jī)。整體結(jié)構(gòu)和技術(shù)規(guī)范符合有關(guān)低壓開(kāi)關(guān)成套設(shè)備和通用電氣設(shè)備的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)指標(biāo)：相關(guān)各類器件的尺寸、材料、工作環(huán)境溫度、濕度、工作額定電壓、電流等等。52舉例：產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（摘要）技術(shù)指標(biāo)：

柜體尺寸：800×500×2000(寬×深×高)。網(wǎng)板尺寸：1300×780(長(zhǎng)×寬)制造加工工藝：

柜體制作材料：2mm厚冷軋鋼板。

柜體表面處理：柜體內(nèi)外表面涂覆采用噴塑工藝，要求涂覆層厚度均勻、附著牢固、色度一致。噴塑顏色由訂貨方指定。

柜體加工要求：柜體正面柜門(mén)分為二段，均可獨(dú)立開(kāi)關(guān)柜門(mén)。柜體背面一個(gè)柜門(mén)。正面下段柜門(mén)和背面柜門(mén)打開(kāi)角度要達(dá)到180度，該門(mén)在180度處可固定。柜內(nèi)分上、中、下三段。53舉例：產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（摘要）制造加工工藝：網(wǎng)板制作材料：1.5mm厚不銹鋼板

網(wǎng)板加工要求：按附圖在不銹鋼板上沖制網(wǎng)孔，網(wǎng)孔分布均勻，沖孔處毛刺清除干凈，表面拋光。

網(wǎng)板安裝要求：用螺栓安裝在電柜內(nèi)的框架上，螺栓數(shù)量不少于8個(gè)，螺栓直徑為M6或M8，需安裝平墊和彈簧墊。

電機(jī)安裝要求：電機(jī)安裝在支撐架上，電機(jī)及安裝電機(jī)的支撐架可以整體抽出，在支撐架下部應(yīng)安裝滾輪或?qū)к墶?/p>

54舉例：產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（摘要）柜內(nèi)器件清單：

序號(hào)名稱數(shù)量單位參考型號(hào)1按鈕10只LAY392交流接觸器6只CJX4-093繼電器10套ALM2201AC24V4漏電塑殼斷路器1只CKM33L-100S/4P32A5單相空氣開(kāi)關(guān)5只ZB30-63/2PC166三相空氣開(kāi)關(guān)8個(gè)ZB30-63/3PD1655舉例：產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（摘要）柜內(nèi)器件清單：

序號(hào)名稱數(shù)量單位參考型號(hào)7熱繼電器3個(gè)JRS4-09314D8行程開(kāi)關(guān)10個(gè)LX10-529指示燈12個(gè)AL2202AC380V10接線端子300位JXB-2.5/3511線槽12米VD35×5012開(kāi)關(guān)電源1個(gè)S-100-2456舉例：產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（摘要）安裝工藝：按鈕、指示燈、儀表安裝在柜門(mén)相應(yīng)的安裝孔內(nèi)。儀表用4個(gè)螺栓固定。螺栓直徑為M4。需安裝平墊和彈簧墊。先把DIN卡軌安裝在柜內(nèi)的網(wǎng)板上，平行安裝三至四根，用螺栓固定。每根卡軌的安裝螺栓數(shù)量不少于3個(gè)，螺栓直徑為M6或M4，需安裝平墊和彈簧墊。交流接觸器、繼電器、空氣開(kāi)關(guān)卡在卡軌上。用螺栓把變頻器、開(kāi)關(guān)電源、倒順開(kāi)關(guān)、PLC、接線排、接零排、接地排固定在網(wǎng)板上。每個(gè)元件用4個(gè)直徑M6或M4的螺栓固定。需安裝平墊和彈簧墊。57舉例：產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（摘要）安裝工藝：連接三相電源、三相空氣開(kāi)關(guān)、倒順開(kāi)關(guān)、三相電機(jī)、變頻器的三相電路、交流接觸器的主觸頭的導(dǎo)線采用2.5mm2或1.5mm2的多股銅芯線。連接交流接觸器的輔助觸頭、繼電器、PLC、變頻器的控制電路、行程開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)電源的導(dǎo)線采用1.5mm2的多股銅芯線。接地（零）線采用1.5mm2的多股銅芯線。連接按鈕和指示燈的導(dǎo)線采用0.5mm2或1.0mm2多股銅芯線。58附圖1：柜體形狀及尺寸59附圖2：網(wǎng)板及開(kāi)孔尺寸60附圖3：網(wǎng)板元件布局及接線圖61附圖4：柜門(mén)元件布局及接線圖62舉例：產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（摘要）驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及項(xiàng)目：按照電器裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB50150執(zhí)行。當(dāng)產(chǎn)品制造完畢后，在出廠銷售之前，由負(fù)責(zé)檢驗(yàn)的相關(guān)人員進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)制定完善的檢驗(yàn)項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量檢驗(yàn)是非常重要的環(huán)節(jié)，質(zhì)量是否可靠關(guān)系到產(chǎn)品能否成功。很多產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)是非常優(yōu)秀的，但因?yàn)橘|(zhì)量低劣、可靠性差，而導(dǎo)致失敗。636465第三節(jié)設(shè)計(jì)平臺(tái)自動(dòng)化控制系統(tǒng)領(lǐng)域中，常見(jiàn)的控制系統(tǒng)如下所示：產(chǎn)品的自動(dòng)控制系統(tǒng)可編程控制系統(tǒng)邏輯運(yùn)算控制系統(tǒng)基于PLC的控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)66一、基于PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分成三個(gè)階段：初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。1、初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)是研究整個(gè)系統(tǒng)和控制裝置的組成；技術(shù)指標(biāo)；工作環(huán)境；操作流程；工藝過(guò)程與使用要求。在仔細(xì)研究和分析現(xiàn)有的技術(shù)資料前提下，發(fā)揮創(chuàng)新思維，擬定出最佳控制方案。初步設(shè)計(jì)可由機(jī)械設(shè)計(jì)人員和電氣設(shè)計(jì)人員共同提出，也可由機(jī)械設(shè)計(jì)人員提供機(jī)械結(jié)構(gòu)資料、傳動(dòng)參數(shù)、工藝流程和操作過(guò)程要求，由電氣設(shè)計(jì)人員完成。67

初步設(shè)計(jì)所需確定的相關(guān)內(nèi)容主要有以下幾點(diǎn)：

設(shè)備（系統(tǒng)）用途、工藝要求、技術(shù)性能和參數(shù)、工作條件等。供電電網(wǎng)種類：電壓等級(jí)、電流等級(jí)、頻率。對(duì)電氣控制的特殊要求(如控制方式、自動(dòng)化程度、工作循環(huán)組成、電氣保護(hù)等)。系統(tǒng)分辨率、控制精度、超調(diào)量、以及控制對(duì)象特性和執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇。有關(guān)操作過(guò)程及顯示要求。系統(tǒng)的投資費(fèi)用、研制工作量和使用壽命。682、技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)主要是完成以下的內(nèi)容：對(duì)某些重要環(huán)節(jié)的器件做必要的檢測(cè)和試驗(yàn)，寫(xiě)出試驗(yàn)報(bào)告。從試驗(yàn)結(jié)果中分析器件是否符合要求。例如：用于檢測(cè)的傳感器的測(cè)試結(jié)果，電機(jī)、電磁閥等執(zhí)行器件的試驗(yàn)結(jié)果，PLC的控制程序的運(yùn)行的延遲和效率等等。繪制電氣控制的電氣原理圖(包括PLC的I/O接口)。編寫(xiě)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算書(shū)。選擇整個(gè)系統(tǒng)的電氣元件，提出專用元器件的技術(shù)指標(biāo)，編寫(xiě)元件明細(xì)表。69設(shè)計(jì)電氣箱、控制面板等電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件及總裝接線圖。確定受控對(duì)象與PLC間的輸入、輸出信號(hào)關(guān)系。根據(jù)控制要求，估計(jì)控制程序的容量、數(shù)據(jù)區(qū)容量、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器數(shù)量及采用的內(nèi)部元件數(shù)量及編號(hào)。根據(jù)I/O要求，選擇PLC機(jī)型和模塊配置。編寫(xiě)PLC內(nèi)部元件分配表，編寫(xiě)軟件流程圖，根據(jù)流程圖編寫(xiě)梯形圖或助記符或SFC格式的控制程序。編寫(xiě)技術(shù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，介紹系統(tǒng)原理、主要技術(shù)指標(biāo)和運(yùn)行、操作、維護(hù)說(shuō)明書(shū)。70⑾在編寫(xiě)程序時(shí)，要根據(jù)選用的PLC及給定的元件地址范圍(如輸入輸出、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、數(shù)據(jù)區(qū)等)，對(duì)每個(gè)使用元件賦予相應(yīng)名稱和地址，以避免編程過(guò)程中重復(fù)使用而出錯(cuò)。⑿編好的程序經(jīng)過(guò)仿真運(yùn)行調(diào)試成功后，寫(xiě)入PLC中。⒀在空載情況下，輸入與實(shí)際負(fù)載工作相似的模擬信號(hào)，觀察PLC運(yùn)行時(shí)輸出指示及模擬負(fù)載響應(yīng)情況，采用分段調(diào)試程序方法，逐步調(diào)試、修改、完善硬件和軟件，直至符合系統(tǒng)控制要求為止。⒁將控制系統(tǒng)與受控負(fù)載相連，經(jīng)局部調(diào)試后再作系統(tǒng)總調(diào)，逐步修改、完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的不足，必要時(shí)還可在極端環(huán)境條件進(jìn)行測(cè)試，針對(duì)惡劣條件下系統(tǒng)存在的不足，進(jìn)一步修改和完善。直到系統(tǒng)工作符合技術(shù)指標(biāo)要求。713、產(chǎn)品設(shè)計(jì)

根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)電路圖，柜、臺(tái)、箱的布局圖和元器件明細(xì)表轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)成供生產(chǎn)用的總裝配圖，部件、組件、單元裝配圖、接線圖、布線圖及有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙等。產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)。之前已經(jīng)做過(guò)闡述。這里不再重復(fù)。72二、基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)，目前主要是針對(duì)工業(yè)設(shè)備、智能儀器儀表、家用電器等產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)控制的。單片機(jī)系統(tǒng)是將硬件和軟件合理的結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)裝置來(lái)完成特定的功能或任務(wù)。軟件是保證實(shí)現(xiàn)有關(guān)功能的“思想或靈魂”。硬件是保證實(shí)現(xiàn)有關(guān)功能的“平臺(tái)或介質(zhì)”。與PLC相比，單片機(jī)具有集成度高、體積小、功耗低、使用靈活方便、控制功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)。利用單片機(jī)可以較方便地構(gòu)成控制系統(tǒng)。以單片機(jī)為核心的硬件系統(tǒng)組成如下所示：731、控制系統(tǒng)的功能通過(guò)光電隔離器件實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)、開(kāi)關(guān)信號(hào)的采集。通過(guò)A/D接口實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的采集。通過(guò)D/A接口，輸出模擬量的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。通過(guò)I/O接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換和遠(yuǎn)程傳輸。通過(guò)人機(jī)界面，溝通用戶和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和命令的輸入及結(jié)果的顯示。74752、單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程包括方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試、性能測(cè)試、可靠性措施和產(chǎn)品設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段，但各階段不是絕對(duì)獨(dú)立的，有時(shí)是交叉進(jìn)行的。763、方案設(shè)計(jì)

單片機(jī)機(jī)型和器件的選擇要適合所要完成的任務(wù)，避免過(guò)多的功能閑置。性能價(jià)格比要高，有利于降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。結(jié)構(gòu)原理要熟悉，以縮短開(kāi)發(fā)周期。貨源要穩(wěn)定，有利于批量生產(chǎn)和維修維護(hù)。硬件與軟件的功能劃分系統(tǒng)的硬件和軟件要作統(tǒng)一的考慮。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)的性能價(jià)格比，確定系統(tǒng)哪些功能是由硬件完成，哪些是由軟件完成。774、硬件設(shè)計(jì)

基本電路設(shè)計(jì)

時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)。復(fù)位電路設(shè)計(jì)。供電電路設(shè)計(jì)。I/