《機(jī)電一體化》課件 項(xiàng)目五 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)——《機(jī)電一體化》控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)接口技術(shù)CONTENT目錄控制系統(tǒng)的組成圖控制系統(tǒng)基本組成框圖在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，上述的每個(gè)環(huán)節(jié)在硬件特征上并不獨(dú)立，可能幾個(gè)環(huán)節(jié)在一個(gè)硬件中?？刂葡到y(tǒng)的分類——按系統(tǒng)給定的輸入信號(hào)的特點(diǎn)來(lái)分類恒值控制系統(tǒng)這類控制系統(tǒng)的給定量是一個(gè)常值。由于擾動(dòng)的影響，被控量會(huì)偏離給定量而出現(xiàn)偏差，控制系統(tǒng)便根據(jù)偏差產(chǎn)生控制作用，以克服擾動(dòng)的影響，使被控量恢復(fù)到給定的常值。程序控制系統(tǒng)這類控制系統(tǒng)的給定量是變化的，但它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，或按預(yù)定的規(guī)律變化。隨動(dòng)控制系統(tǒng)這類控制系統(tǒng)的給定量是變化的，而且這種變化是預(yù)先未知的，也就是說(shuō)給定量是按未知規(guī)律變化的任意函數(shù)。在隨動(dòng)系統(tǒng)中，若被控量是機(jī)械參數(shù)時(shí)，如位移、速度、力矩等，這類系統(tǒng)稱之為伺服系統(tǒng)。伺服控制系統(tǒng)的分類按驅(qū)動(dòng)元件的不同可分為電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、氣動(dòng)伺服系統(tǒng)、電液伺服控制系統(tǒng)。按自動(dòng)控制原理，伺服系統(tǒng)又可分為開(kāi)環(huán)控制伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)。按執(zhí)行元件的類型分類按控制原理分類齒輪傳動(dòng)副滾珠絲杠傳動(dòng)副帶傳動(dòng)支承部件齒輪傳動(dòng)副滾珠絲杠傳動(dòng)副帶傳動(dòng)支承部件工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)實(shí)時(shí)性。

實(shí)時(shí)性是指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能在限定的時(shí)間內(nèi)對(duì)外來(lái)事件做出反應(yīng)的能力。高可靠性。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)具有高質(zhì)量和很強(qiáng)的抗干擾能力，并且具有較長(zhǎng)的平均

無(wú)故障間隔時(shí)間。硬件配置的可裝配可擴(kuò)充性。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)宜采用模塊化設(shè)計(jì)方法?？删S護(hù)性。工業(yè)控制計(jì)算系統(tǒng)要求系統(tǒng)使用的板級(jí)產(chǎn)品一致性好，軟件和硬件的診

斷功能強(qiáng)?？删幊炭刂破骱?jiǎn)稱為PLC。早期的PLC是用來(lái)代替繼電器、接觸器的，主要用于順序控制，只能實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC（ProgrammableLogicController）。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程邏輯控制器更多地具有了計(jì)算機(jī)的功能，不僅用邏輯編程取代硬連線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理等功能。其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了順序控制的范圍，故稱為可編程控制器?？删幊炭刂破鱌LC的性能指標(biāo)存儲(chǔ)器容量I/O點(diǎn)數(shù)指令條數(shù)掃描速度PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器容量是指用戶程序存儲(chǔ)器的容量。I/O點(diǎn)數(shù)（輸人/輸出點(diǎn)數(shù)）是指PLC外部輸入、輸出端子的總數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)越多，控制規(guī)模就越大。PLC的指令條數(shù)是衡量其軟件功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。PLC具有的指令條數(shù)越多，指令種類越豐富。掃描速度反映了PLC運(yùn)行速度的快慢。掃描速度快，意味著PLC可運(yùn)行較為復(fù)雜的控制程序，并有可能擴(kuò)大控制規(guī)模和控制功能。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟第一步第二步第三步第四步第五步第六步第七步根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求；選擇PLC；PLC的程序設(shè)計(jì)；聯(lián)機(jī)調(diào)試；整理和編寫(xiě)技術(shù)文檔。根據(jù)控制要求確定所需要的用戶輸入/輸出設(shè)備，并據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)；分配PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，設(shè)計(jì)I/O連接圖；按需設(shè)計(jì)控制柜、操作臺(tái)等；PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循的原則最大限度地滿足控制要求01保證系統(tǒng)的安全可靠02力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用與維修方便03適應(yīng)發(fā)展的需要04單片機(jī)屬于微型計(jì)算機(jī)的一種，是把微型計(jì)算機(jī)中的微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行接口、中斷系統(tǒng)等電路集成在一塊集成電路芯片上形成的微型計(jì)算機(jī)。因而被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為單片機(jī)。單片機(jī)齒輪傳動(dòng)副滾珠絲杠傳動(dòng)副帶傳動(dòng)支承部件齒輪傳動(dòng)副滾珠絲杠傳動(dòng)副帶傳動(dòng)支承部件單片機(jī)的特點(diǎn)高集成度，體積小，高可靠性。

控制功能強(qiáng)。低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。易擴(kuò)展。性價(jià)比高。單片機(jī)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試軟件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)內(nèi)容總線式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)圖工控機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖計(jì)算機(jī)接口技術(shù)接口是指微處理器CPU與外部設(shè)備、存儲(chǔ)器或者兩種外部設(shè)備之間通過(guò)系統(tǒng)總線進(jìn)行連接的邏輯電路，它是CPU與外界進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站。接口傳輸信號(hào)的種類數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息是主機(jī)和外圍設(shè)備交換的基本信息，它可以用并行格式傳送，也可以用串行格式傳送。數(shù)據(jù)信息又可以分為數(shù)字量、模擬量、開(kāi)關(guān)量和脈沖量。狀態(tài)信息狀態(tài)信息是外圍設(shè)備通過(guò)接口向CPU提供的反映外圍設(shè)備所處的工作狀態(tài)的信息?？刂菩畔⒖刂菩畔⑹荂PU通過(guò)接口傳送給外圍設(shè)備的?？刂菩畔㈦S外圍設(shè)備的不同而不同，有的控制外圍設(shè)備的啟動(dòng)、停止；有的控制數(shù)據(jù)流向，控制輸入還是輸出；有的作為端口尋址信號(hào)等。為了使各個(gè)外圍設(shè)備在CPU控制下成為一個(gè)有機(jī)的整體，協(xié)調(diào)的、高效率的、可靠的工作，就要規(guī)定一個(gè)CPU控制（或稱調(diào)度）各個(gè)外圍設(shè)備的控制策略，或者叫數(shù)據(jù)傳送的控制方式。通常采用的有三種控制方式：程序控制方式、中斷控制方式和直接存儲(chǔ)器存取方式。數(shù)據(jù)傳送的控制方式程序控制方式程序控制I/O方式，是指CPU和外圍設(shè)備之間的信息傳送，是在程序控制下進(jìn)行的。它又可分為無(wú)條件傳送方式和查詢傳送方式。無(wú)條件傳送方式是指CPU不必查詢外圍設(shè)備的狀態(tài)即可進(jìn)行信息的傳送。即在此種方式下，外圍設(shè)備總是處于就緒狀態(tài)。程序控制方式程序控制I/O方式，是指CPU和外圍設(shè)備之間的信息傳送，是在程序控制下進(jìn)行的。它又可分為無(wú)條件傳送方式和查詢傳送方式。查詢式I/O方式，也稱為條件傳送方式。按查詢式傳送，CPU和外圍設(shè)備的I/O接口除需設(shè)置數(shù)據(jù)端口外，還要有狀態(tài)端口。當(dāng)外圍設(shè)備需要請(qǐng)求服務(wù)時(shí)，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)外圍設(shè)備中斷，停止執(zhí)行當(dāng)前程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一個(gè)外圍設(shè)備服務(wù)的程序，此服務(wù)程序稱為中斷服務(wù)處理程序，或稱中斷服務(wù)子程序。中斷處理完畢，CPU又返回來(lái)執(zhí)行原來(lái)的程序。中斷控制方式微機(jī)控制系統(tǒng)中，可能設(shè)計(jì)有多個(gè)中斷源，且多個(gè)中斷源可能同時(shí)提出中斷請(qǐng)求。多重中斷處理必須注意如下四個(gè)問(wèn)題:（1）保存現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)（2）正確判斷中斷源（3）實(shí)時(shí)響應(yīng)（4）按優(yōu)先權(quán)順序處理中斷控制方式直接存儲(chǔ)器存?。―MA）方式DMA傳送的工作過(guò)程如下：（1）外設(shè)向DMA控制器提出DMA申請(qǐng)；（2）DMA控制器接受外設(shè)的DMA請(qǐng)求，向CPU發(fā)出接管總線控制權(quán)的總線請(qǐng)求；（3）CPU在當(dāng)前的總線周期結(jié)束后，響應(yīng)DMA請(qǐng)求，并把總線控制權(quán)交給DMA控制器；（4）DMA控制器向外設(shè)發(fā)出DMA應(yīng)答信號(hào)，開(kāi)始進(jìn)入DMA傳輸。（5）D