《機電一體化》課件 項目五 控制系統(tǒng)的設計

控制系統(tǒng)的設計——《機電一體化》控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制計算機計算機接口技術CONTENT目錄控制系統(tǒng)的組成圖控制系統(tǒng)基本組成框圖在實際的控制系統(tǒng)中，上述的每個環(huán)節(jié)在硬件特征上并不獨立，可能幾個環(huán)節(jié)在一個硬件中?？刂葡到y(tǒng)的分類——按系統(tǒng)給定的輸入信號的特點來分類恒值控制系統(tǒng)這類控制系統(tǒng)的給定量是一個常值。由于擾動的影響，被控量會偏離給定量而出現(xiàn)偏差，控制系統(tǒng)便根據(jù)偏差產(chǎn)生控制作用，以克服擾動的影響，使被控量恢復到給定的常值。程序控制系統(tǒng)這類控制系統(tǒng)的給定量是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，或按預定的規(guī)律變化。隨動控制系統(tǒng)這類控制系統(tǒng)的給定量是變化的，而且這種變化是預先未知的，也就是說給定量是按未知規(guī)律變化的任意函數(shù)。在隨動系統(tǒng)中，若被控量是機械參數(shù)時，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)的分類按驅動元件的不同可分為電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、氣動伺服系統(tǒng)、電液伺服控制系統(tǒng)。按自動控制原理，伺服系統(tǒng)又可分為開環(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副滾珠絲杠傳動副帶傳動支承部件齒輪傳動副滾珠絲杠傳動副帶傳動支承部件工業(yè)控制計算機的特點實時性。

實時性是指計算機控制系統(tǒng)能在限定的時間內對外來事件做出反應的能力。高可靠性。工業(yè)控制計算機具有高質量和很強的抗干擾能力，并且具有較長的平均

無故障間隔時間。硬件配置的可裝配可擴充性。工業(yè)控制計算機宜采用模塊化設計方法?？删S護性。工業(yè)控制計算系統(tǒng)要求系統(tǒng)使用的板級產(chǎn)品一致性好，軟件和硬件的診

斷功能強?？删幊炭刂破骱喎Q為PLC。早期的PLC是用來代替繼電器、接觸器的，主要用于順序控制，只能實現(xiàn)邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC（ProgrammableLogicController）。隨著電子技術、計算機技術的迅速發(fā)展，可編程邏輯控制器更多地具有了計算機的功能，不僅用邏輯編程取代硬連線邏輯，還增加了運算、數(shù)據(jù)傳送和處理等功能。其功能遠遠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的性能指標存儲器容量I/O點數(shù)指令條數(shù)掃描速度PLC的存儲器包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存儲器容量是指用戶程序存儲器的容量。I/O點數(shù)（輸人/輸出點數(shù)）是指PLC外部輸入、輸出端子的總數(shù)。I/O點數(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弱的主要指標。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運行速度的快慢。掃描速度快，意味著PLC可運行較為復雜的控制程序，并有可能擴大控制規(guī)模和控制功能。PLC控制系統(tǒng)設計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)的工藝過程分析控制要求；選擇PLC；PLC的程序設計；聯(lián)機調試；整理和編寫技術文檔。根據(jù)控制要求確定所需要的用戶輸入/輸出設備，并據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)；分配PLC的I/O點數(shù)，設計I/O連接圖；按需設計控制柜、操作臺等；PLC控制系統(tǒng)設計時，應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力求簡單、經(jīng)濟、使用與維修方便03適應發(fā)展的需要04單片機屬于微型計算機的一種，是把微型計算機中的微處理器、存儲器、I/O接口、定時器/計數(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算機。因而被稱為單片微型計算機，簡稱為單片機。單片機齒輪傳動副滾珠絲杠傳動副帶傳動支承部件齒輪傳動副滾珠絲杠傳動副帶傳動支承部件單片機的特點高集成度，體積小，高可靠性。

控制功能強。低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。易擴展。性價比高。單片機控制系統(tǒng)方案設計系統(tǒng)調試軟件設計硬件設計單片機控制系統(tǒng)的基本設計內容總線式工業(yè)控制計算機圖工控機控制系統(tǒng)組成框圖計算機接口技術接口是指微處理器CPU與外部設備、存儲器或者兩種外部設備之間通過系統(tǒng)總線進行連接的邏輯電路，它是CPU與外界進行信息交換的中轉站。接口傳輸信號的種類數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息是主機和外圍設備交換的基本信息，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、開關量和脈沖量。狀態(tài)信息狀態(tài)信息是外圍設備通過接口向CPU提供的反映外圍設備所處的工作狀態(tài)的信息?？刂菩畔⒖刂菩畔⑹荂PU通過接口傳送給外圍設備的?？刂菩畔㈦S外圍設備的不同而不同，有的控制外圍設備的啟動、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等。為了使各個外圍設備在CPU控制下成為一個有機的整體，協(xié)調的、高效率的、可靠的工作，就要規(guī)定一個CPU控制（或稱調度）各個外圍設備的控制策略，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和外圍設備之間的信息傳送，是在程序控制下進行的。它又可分為無條件傳送方式和查詢傳送方式。無條件傳送方式是指CPU不必查詢外圍設備的狀態(tài)即可進行信息的傳送。即在此種方式下，外圍設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和外圍設備之間的信息傳送，是在程序控制下進行的。它又可分為無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和外圍設備的I/O接口除需設置數(shù)據(jù)端口外，還要有狀態(tài)端口。當外圍設備需要請求服務時，向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應外圍設備中斷，停止執(zhí)行當前程序，轉去執(zhí)行一個外圍設備服務的程序，此服務程序稱為中斷服務處理程序，或稱中斷服務子程序。中斷處理完畢，CPU又返回來執(zhí)行原來的程序。中斷控制方式微機控制系統(tǒng)中，可能設計有多個中斷源，且多個中斷源可能同時提出中斷請求。多重中斷處理必須注意如下四個問題:（1）保存現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場（2）正確判斷中斷源（3）實時響應（4）按優(yōu)先權順序處理中斷控制方式直接存儲器存?。―MA）方式DMA傳送的工作過程如下：（1）外設向DMA控制器提出DMA申請；（2）DMA控制器接受外設的DMA請求，向CPU發(fā)出接管總線控制權的總線請求；（3）CPU在當前的總線周期結束后，響應DMA請求，并把總線控制權交給DMA控制器；（4）DMA控制器向外設發(fā)出DMA應答信號，開始進入DMA傳輸。（5）D