機(jī)電系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)ppt課件

1、1第五章第五章 機(jī)電一體化系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)選擇與設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)選擇與設(shè)計(jì) 本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：5.1 微機(jī)控制系統(tǒng)選擇與設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)選擇與設(shè)計(jì) 5.2 可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器(PLC)選擇選擇.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng) 隨著機(jī)電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過(guò)程日趨復(fù)雜隨著機(jī)電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過(guò)程日趨復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。微機(jī)控制系統(tǒng)的引用，在許多方面能滿足機(jī)電一體化控制系，對(duì)控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。微機(jī)控制系統(tǒng)的引用，在許多方面能滿足機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的要求。統(tǒng)的要求。 微機(jī)控制

2、系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)：是將微型計(jì)算機(jī)作為機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制器，結(jié)合微型計(jì)算機(jī)的工作是將微型計(jì)算機(jī)作為機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制器，結(jié)合微型計(jì)算機(jī)的工作原理、接口電路（數(shù)字和模擬）的設(shè)計(jì)、相應(yīng)的控制硬件和軟件，以及它們之間的匹配，實(shí)原理、接口電路（數(shù)字和模擬）的設(shè)計(jì)、相應(yīng)的控制硬件和軟件，以及它們之間的匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的有效控制。現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的有效控制。 常用的微機(jī)控制系統(tǒng)：常用的微機(jī)控制系統(tǒng)： 專(zhuān)用微機(jī)控制系統(tǒng)專(zhuān)用微機(jī)控制系統(tǒng) 核心部件為單片機(jī)和單板機(jī)。核心部件為單片機(jī)和單板機(jī)。 通用通用微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng) 核心部件為可編程控制器和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。核心部件為可編程控制器和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。2;

3、.1.1 .1.1 控制系統(tǒng)硬件與軟件方案選擇控制系統(tǒng)硬件與軟件方案選擇 在確定微機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮幾方面的問(wèn)題。在確定微機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮幾方面的問(wèn)題。（1）專(zhuān)用專(zhuān)用/ /通用微型計(jì)算機(jī)的選擇通用微型計(jì)算機(jī)的選擇 1）專(zhuān)用控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)專(zhuān)用控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn) 用于大批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。具有機(jī)械電子有機(jī)結(jié)合緊湊，由專(zhuān)用用于大批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。具有機(jī)械電子有機(jī)結(jié)合緊湊，由專(zhuān)用IC芯片、接芯片、接口電路、執(zhí)行元件、傳感器等相互合理匹配成專(zhuān)用控制器，軟件采用專(zhuān)用機(jī)器代碼或語(yǔ)言口電路、執(zhí)行元件、傳感器等相互合理匹配成專(zhuān)用控制器，軟件采用專(zhuān)用機(jī)器代碼或語(yǔ)言，可靠性強(qiáng)，成

4、本低，但適應(yīng)能力較差。，可靠性強(qiáng)，成本低，但適應(yīng)能力較差。3;.2）通用控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)通用控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn) 構(gòu)成：控制系統(tǒng)以通用微型計(jì)算機(jī)為核心，設(shè)計(jì)專(zhuān)用或選用通用的集成構(gòu)成：控制系統(tǒng)以通用微型計(jì)算機(jī)為核心，設(shè)計(jì)專(zhuān)用或選用通用的集成IC芯片、接口電路、芯片、接口電路、執(zhí)行元件、傳感器，以及相互合理匹配元件，組成具有較好通用能力的控制器。軟件采用通用執(zhí)行元件、傳感器，以及相互合理匹配元件，組成具有較好通用能力的控制器。軟件采用通用平臺(tái)軟件系統(tǒng)。平臺(tái)軟件系統(tǒng)。 特點(diǎn)：具有可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)，但成本高，應(yīng)采取一定的抗干擾措施等特點(diǎn)。特點(diǎn)：具有可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)，但成本高，應(yīng)采取一定的抗干擾

5、措施等特點(diǎn)。 應(yīng)用：適用于多品種、中小批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。應(yīng)用：適用于多品種、中小批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。4;.（2）硬件與軟件的權(quán)衡硬件與軟件的權(quán)衡 / /匹配匹配 任何微機(jī)控制系統(tǒng)的控制功能，既可以由硬件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件實(shí)現(xiàn)，兩者的合理任何微機(jī)控制系統(tǒng)的控制功能，既可以由硬件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件實(shí)現(xiàn)，兩者的合理匹配是確定或選用微機(jī)控制系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容之一。匹配是確定或選用微機(jī)控制系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容之一。 主要依據(jù)經(jīng)濟(jì)性、可靠性、適用性等要求來(lái)決定。主要依據(jù)經(jīng)濟(jì)性、可靠性、適用性等要求來(lái)決定。 主要用通用分離元件組成的控制系統(tǒng)主要用通用分離元件組成的控制系統(tǒng)最好采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的

6、主最好采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要控制功能，接口少，易于調(diào)整，適應(yīng)能力強(qiáng)，但成本較高。要控制功能，接口少，易于調(diào)整，適應(yīng)能力強(qiáng)，但成本較高。 5;. 主要用專(zhuān)用集成元件組成的控制系統(tǒng)主要用專(zhuān)用集成元件組成的控制系統(tǒng)最好選用硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要最好選用硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要控制功能，具有廉價(jià)、可靠、處理速度快等特點(diǎn)。控制功能，具有廉價(jià)、可靠、處理速度快等特點(diǎn)。 由于工作環(huán)境比較惡劣（存在電噪聲干擾等），易產(chǎn)生故障。為提高控制系統(tǒng)的環(huán)境適由于工作環(huán)境比較惡劣（存在電噪聲干擾等），易產(chǎn)生故障。為提高控制系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力，以及可靠性，必須采取相應(yīng)的抗干擾措施。應(yīng)

7、能力和抗干擾能力，以及可靠性，必須采取相應(yīng)的抗干擾措施。6;.1.2.1.2 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 （1）確定系統(tǒng)總體控制方案確定系統(tǒng)總體控制方案 總體控制方案確定技術(shù)路線總體控制方案確定技術(shù)路線 從系統(tǒng)構(gòu)成上考慮控制方式（開(kāi)環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制）從系統(tǒng)構(gòu)成上考慮控制方式（開(kāi)環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制）傳感元件選用（含精傳感元件選用（含精度）度）選用選用/ /設(shè)計(jì)執(zhí)行元件設(shè)計(jì)執(zhí)行元件考慮被控制對(duì)象特殊控制要求（高可靠性、高精度、快速響應(yīng)特考慮被控制對(duì)象特殊控制要求（高可靠性、高精度、快速響應(yīng)特性）性）微機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用微機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用（計(jì)算、

8、數(shù)據(jù)處理、直接（計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、直接/ /間接控制方式、控制功能、間接控制方式、控制功能、I/OI/O接口、外圍設(shè)備等）接口、外圍設(shè)備等）控制系統(tǒng)成本核算?？刂葡到y(tǒng)成本核算。 確定微機(jī)控制系統(tǒng)總體控制的初步方案確定微機(jī)控制系統(tǒng)總體控制的初步方案 總體方案可行性論證總體方案可行性論證總體方案技術(shù)總體方案技術(shù)/ /經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)總體方案鑒定?？傮w方案鑒定。 最終確定微機(jī)控制系統(tǒng)總體控制方案最終確定微機(jī)控制系統(tǒng)總體控制方案7;.（2）確定控制算法確定控制算法 目的在于確定微機(jī)控制系統(tǒng)輸入目的在于確定微機(jī)控制系統(tǒng)輸入/ /輸出之間的數(shù)字和邏輯數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)方式，為控輸出之間的數(shù)字和邏輯數(shù)學(xué)模型的

9、數(shù)學(xué)表達(dá)方式，為控制系統(tǒng)輸出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)被控制對(duì)象的各控制功能、精度、穩(wěn)定性、可靠性等要求提高可制系統(tǒng)輸出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)被控制對(duì)象的各控制功能、精度、穩(wěn)定性、可靠性等要求提高可靠的理論依據(jù)?？康睦碚撘罁?jù)。 常用的控制算法：常用的控制算法： 逐點(diǎn)比較法逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法數(shù)字積分法、PIDPID調(diào)節(jié)控制法調(diào)節(jié)控制法、最小拍控制法最小拍控制法、最優(yōu)控制法最優(yōu)控制法、隨機(jī)控制法隨機(jī)控制法、自適用控制法自適用控制法、遺傳控制法遺傳控制法、模糊控制法模糊控制法、魯棒控制法魯棒控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法、專(zhuān)家系統(tǒng)專(zhuān)家系統(tǒng)等。等。 選用何種控制算法，應(yīng)依據(jù)被控制對(duì)象的具體要求而定，主要包括

10、控制功能、精度、穩(wěn)定選用何種控制算法，應(yīng)依據(jù)被控制對(duì)象的具體要求而定，主要包括控制功能、精度、穩(wěn)定性、可靠性等。性、可靠性等。8;.（3）微型計(jì)算機(jī)選擇微型計(jì)算機(jī)選擇 任何微機(jī)控制系統(tǒng)中的微型計(jì)算機(jī)，無(wú)論被控制對(duì)象的要求如何，對(duì)微型計(jì)算機(jī)都有一定任何微機(jī)控制系統(tǒng)中的微型計(jì)算機(jī)，無(wú)論被控制對(duì)象的要求如何，對(duì)微型計(jì)算機(jī)都有一定最基本要求。最基本要求。 1）較完善的適時(shí)中斷系統(tǒng)較完善的適時(shí)中斷系統(tǒng) 實(shí)時(shí)控制能力、緊急處理能力。實(shí)時(shí)控制能力、緊急處理能力。 2）足夠的存儲(chǔ)容量（）足夠的存儲(chǔ)容量（ROM、RAM、E2PROM ） 有效地保證微機(jī)系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)處理工作的正常運(yùn)行。有效地保證微機(jī)系

11、統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)處理工作的正常運(yùn)行。 3）完善的輸入）完善的輸入/輸出通道輸出通道 邏輯、數(shù)字、模擬通道，以及輸入邏輯、數(shù)字、模擬通道，以及輸入/輸出通道接口數(shù)。輸出通道接口數(shù)。 4）實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制 作為控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制功能的基準(zhǔn)。作為控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制功能的基準(zhǔn)。 除此之外，還有一些特殊要求除此之外，還有一些特殊要求字長(zhǎng)、運(yùn)行速度、指令、成本、編程難易、輸入字長(zhǎng)、運(yùn)行速度、指令、成本、編程難易、輸入/ /輸出輸出接口擴(kuò)展能力等。接口擴(kuò)展能力等。9;.微型計(jì)算機(jī)的最終確定：微型計(jì)算機(jī)的最終確定： 可選用微型計(jì)算機(jī)主要有三種類(lèi)型：可選用微型計(jì)算機(jī)主要有三種類(lèi)型： 單片機(jī)單片機(jī) 主要

12、包括數(shù)字計(jì)算機(jī)四個(gè)基本組成部分主要包括數(shù)字計(jì)算機(jī)四個(gè)基本組成部分(CPU、EPROM、RAM、I/O)，為單片集成，為單片集成電路。電路。 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用范圍廣，但需用專(zhuān)用的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)對(duì)其軟件和硬件進(jìn)行開(kāi)發(fā)才能滿足使具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用范圍廣，但需用專(zhuān)用的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)對(duì)其軟件和硬件進(jìn)行開(kāi)發(fā)才能滿足使用要求。用要求。 單板機(jī)單板機(jī) 將單片機(jī)、編程器、外部存儲(chǔ)器、專(zhuān)用將單片機(jī)、編程器、外部存儲(chǔ)器、專(zhuān)用/通用接口電路等板卡式微型計(jì)算機(jī)。具有通用接口電路等板卡式微型計(jì)算機(jī)。具有成本低、體積小特點(diǎn)，主要用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)；但內(nèi)存容量少，接口電路少，采用機(jī)器成本低、體積小特點(diǎn)，主要用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)；

13、但內(nèi)存容量少，接口電路少，采用機(jī)器語(yǔ)言編程、程序編寫(xiě)、調(diào)試?yán)щy。語(yǔ)言編程、程序編寫(xiě)、調(diào)試?yán)щy。 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī) 具有豐富的軟件和硬件支持，具有可視化界面的系統(tǒng)軟件、可應(yīng)用高級(jí)語(yǔ)言具有豐富的軟件和硬件支持，具有可視化界面的系統(tǒng)軟件、可應(yīng)用高級(jí)語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言等編寫(xiě)應(yīng)用程序，程序編寫(xiě)、調(diào)試方便快捷，有多樣化數(shù)據(jù)信號(hào)輸入、匯編語(yǔ)言等編寫(xiě)應(yīng)用程序，程序編寫(xiě)、調(diào)試方便快捷，有多樣化數(shù)據(jù)信號(hào)輸入/輸出接口（輸出接口（COM、USB）或插槽（）或插槽（PCI、ISA）；但價(jià)格比較昂貴、抗干擾能力較差。）；但價(jià)格比較昂貴、抗干擾能力較差。 10;.（4）控制控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) （技術(shù)設(shè)計(jì)）（技術(shù)

14、設(shè)計(jì)） 被控對(duì)象的具體要求、微型計(jì)算機(jī)、控制軟件平臺(tái)確定后，便可進(jìn)行控制系統(tǒng)的總體被控對(duì)象的具體要求、微型計(jì)算機(jī)、控制軟件平臺(tái)確定后，便可進(jìn)行控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。 主要解決主要解決系統(tǒng)硬件、軟件和操作人員三者之間的匹配，數(shù)據(jù)信息和控制信息交換的通系統(tǒng)硬件、軟件和操作人員三者之間的匹配，數(shù)據(jù)信息和控制信息交換的通訊接口設(shè)計(jì)（硬件接口），時(shí)序控制設(shè)計(jì)，應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)等方面問(wèn)題。訊接口設(shè)計(jì)（硬件接口），時(shí)序控制設(shè)計(jì)，應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)等方面問(wèn)題。 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： 1）軟件與硬件功能合理分配與協(xié)調(diào)）軟件與硬件功能合理分配與協(xié)調(diào)(主要依據(jù)經(jīng)濟(jì)性、可靠性指標(biāo)進(jìn)行軟件

15、主要依據(jù)經(jīng)濟(jì)性、可靠性指標(biāo)進(jìn)行軟件/硬件的分配硬件的分配、協(xié)調(diào)與權(quán)衡、協(xié)調(diào)與權(quán)衡)。 2）接口設(shè)計(jì)（輸入）接口設(shè)計(jì)（輸入/輸出信號(hào)匹配與協(xié)調(diào)）。輸出信號(hào)匹配與協(xié)調(diào)）。 3）通道設(shè)計(jì)（信號(hào)通訊方式與）通道設(shè)計(jì)（信號(hào)通訊方式與I/O類(lèi)型）。類(lèi)型）。 4）操作控制臺(tái)設(shè)計(jì)（人機(jī)交換方式）。）操作控制臺(tái)設(shè)計(jì)（人機(jī)交換方式）。 5）可靠性設(shè)計(jì)（可靠性設(shè)計(jì)方案與措施）。）可靠性設(shè)計(jì)（可靠性設(shè)計(jì)方案與措施）。 11;.（5）軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件：主要有操作系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)等。：主要有操作系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)等。 在機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中

16、、一般不設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，只是合理選用并了解在機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中、一般不設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，只是合理選用并了解基本的工作原理和熟練使用方法的問(wèn)題?；镜墓ぷ髟砗褪炀毷褂梅椒ǖ膯?wèn)題。 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件：由操作者依據(jù)被控制系統(tǒng)的控制要求和特點(diǎn)，用戶(hù)自行編寫(xiě)完成的。：由操作者依據(jù)被控制系統(tǒng)的控制要求和特點(diǎn)，用戶(hù)自行編寫(xiě)完成的。 對(duì)于操作者或編程員來(lái)講，軟件設(shè)計(jì)均為應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。對(duì)于操作者或編程員來(lái)講，軟件設(shè)計(jì)均為應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。 除此之外，在應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮一些基本要求，如除此之外，在應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮一些基本要求，如實(shí)時(shí)性實(shí)時(shí)性、針對(duì)性針對(duì)性、靈活性和靈活性和通用性等方面要求。

17、通用性等方面要求。 12;.（6）系統(tǒng)調(diào)試）系統(tǒng)調(diào)試 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以便達(dá)到設(shè)計(jì)要求。調(diào)試步驟微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以便達(dá)到設(shè)計(jì)要求。調(diào)試步驟包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試三大步驟。包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試三大步驟。13;. 可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器(PLC)（1）PLC的基本工作原理與構(gòu)成的基本工作原理與構(gòu)成 工作原理工作原理：使用可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶(hù)設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序指令，由指令實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操使用可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶(hù)設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序指令，由指令實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算和作、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算和I

18、/O接口通訊來(lái)控制機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）。接口通訊來(lái)控制機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）。 基本構(gòu)成基本構(gòu)成：主要由微處理器（：主要由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM、E2PROM）、）、I/O接口（數(shù)字、模接口（數(shù)字、模擬）、編程接口、編程器（含顯示）等組成。擬）、編程接口、編程器（含顯示）等組成。 顯示器編程器編程接口存儲(chǔ)器(RAM ROM)( CPU )微處理器I/O接口控制對(duì)象14;.（2）PLC的編程特點(diǎn)的編程特點(diǎn) PLC可編程邏輯控制器的設(shè)計(jì)者向用可編程邏輯控制器的設(shè)計(jì)者向用戶(hù)提供簡(jiǎn)明、易學(xué)、易記的匯編語(yǔ)言戶(hù)提供簡(jiǎn)明、易學(xué)、易記的匯編語(yǔ)言，也可借助于邏輯梯形圖作為編程的

19、，也可借助于邏輯梯形圖作為編程的首選編程語(yǔ)言，將一組含義明確、功首選編程語(yǔ)言，將一組含義明確、功能性強(qiáng)、為數(shù)不多的指令用指令助記能性強(qiáng)、為數(shù)不多的指令用指令助記符表示的一種直觀易懂的編程方法。符表示的一種直觀易懂的編程方法。END15;.（3）PLC的應(yīng)用舉例的應(yīng)用舉例 鉆 頭 快 進(jìn)S1動(dòng) 作 否 ？S2動(dòng) 作 否 ？鉆 頭 慢 進(jìn)S3動(dòng) 作 否 ？鉆 頭 快 退結(jié) 束NYYNYN冷 卻 油控 制 閥 動(dòng) 作延 時(shí) 10s夾 緊 裝 置 動(dòng) 作啟 動(dòng)上 到 工 序 結(jié) 束 為 本 工 序 啟 動(dòng) 信 號(hào)夾 緊 控 制 繼 電 器 K1吸 合定 時(shí) 器 T1延 時(shí) 10S后 動(dòng) 作吸 油 控

20、制 繼 電 器 K2吸 合噴 油 驅(qū) 動(dòng) 電 磁 閥 YV吸 合鉆 頭 是 否 快 接 近 到 工 件判 斷 ：工 進(jìn) 開(kāi) 始工 進(jìn) 控 制 繼 電 器 K3吸 合工 進(jìn) 控 制 接 觸 器 KM3吸 合快 進(jìn) 控 制 接 觸 器 KM2吸 合夾 緊 控 制 接 觸 器 KM1吸 合判 斷 ：孔 深 達(dá) 到 否 ？鉆 削 完 畢 ：快 退 控 制 繼 電 器 K4吸 合快 退 控 制 接 觸 器 KM4吸 合判 斷 ：鉆 頭 退 到 原 位 否 ？本 工 序 結(jié) 束16;. 微機(jī)控制系統(tǒng)輸入微機(jī)控制系統(tǒng)輸入/ /輸出的可靠性設(shè)計(jì)輸出的可靠性設(shè)計(jì) 微機(jī)控制系統(tǒng)以及各主要功能元件（部件）的輸入微機(jī)

21、控制系統(tǒng)以及各主要功能元件（部件）的輸入/輸出信號(hào)控制功能主要由硬件和軟件設(shè)輸出信號(hào)控制功能主要由硬件和軟件設(shè)計(jì)來(lái)保證。計(jì)來(lái)保證。 在硬件設(shè)計(jì)中，如何提高控制系統(tǒng)的工作可靠性，是微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。在硬件設(shè)計(jì)中，如何提高控制系統(tǒng)的工作可靠性，是微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。主要包括：主要包括： 1）能可靠地傳遞各類(lèi)控制信息能可靠地傳遞各類(lèi)控制信息 有效保證輸入有效保證輸入/ /輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)換的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)換的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 2）能夠進(jìn)行有效的信息轉(zhuǎn)換能夠進(jìn)行有效的信息轉(zhuǎn)換 滿足微機(jī)對(duì)輸入滿足微機(jī)對(duì)輸入/ /輸出信息類(lèi)型的轉(zhuǎn)換要求。如：輸出信息類(lèi)型的轉(zhuǎn)換要求。如：A/D、

22、D/A轉(zhuǎn)換；平行數(shù)字信號(hào)與串行數(shù)轉(zhuǎn)換；平行數(shù)字信號(hào)與串行數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；電平信號(hào)的轉(zhuǎn)換與匹配；電量與非電量的轉(zhuǎn)換；強(qiáng)電與弱點(diǎn)轉(zhuǎn)換。字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；電平信號(hào)的轉(zhuǎn)換與匹配；電量與非電量的轉(zhuǎn)換；強(qiáng)電與弱點(diǎn)轉(zhuǎn)換。 3）具有阻斷干擾信號(hào)進(jìn)入微機(jī)控制系統(tǒng)的能力具有阻斷干擾信號(hào)進(jìn)入微機(jī)控制系統(tǒng)的能力 主要采用濾波技術(shù)、光電隔離技術(shù)、屏蔽技術(shù)等。主要采用濾波技術(shù)、光電隔離技術(shù)、屏蔽技術(shù)等。17;. 本節(jié)重點(diǎn)學(xué)習(xí)微機(jī)控制系統(tǒng)的輸入本節(jié)重點(diǎn)學(xué)習(xí)微機(jī)控制系統(tǒng)的輸入/輸出電路和信息接口設(shè)計(jì)的可靠性方法，即光電隔離輸出電路和信息接口設(shè)計(jì)的可靠性方法，即光電隔離電路設(shè)計(jì)、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)。 5.

23、3.1 光電隔離電路設(shè)計(jì)光電隔離電路設(shè)計(jì)（1 1）光電隔離電路的基本工作原理與組成光電隔離電路的基本工作原理與組成輸入信號(hào)（來(lái)自微機(jī)）（去執(zhí)行系統(tǒng)）輸出信號(hào)去微機(jī)來(lái)自機(jī)械系統(tǒng)GGVc+5vVc+12vVc+5vR1R1R2R274LS04a)b)18;.（2）光電隔離電路的特點(diǎn)）光電隔離電路的特點(diǎn) 光電隔離電路通過(guò)光敏轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單向傳遞，可有效地阻斷各類(lèi)干擾信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的電光電隔離電路通過(guò)光敏轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單向傳遞，可有效地阻斷各類(lèi)干擾信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換（功率放大）和電平極性轉(zhuǎn)換平轉(zhuǎn)換（功率放大）和電平極性轉(zhuǎn)換(+/-)(+/-)。光電隔離時(shí)域檢測(cè)電路光電隔離時(shí)域檢測(cè)電路時(shí)域響應(yīng)特

24、性時(shí)域響應(yīng)特性輸出阻抗輸出阻抗/時(shí)間響應(yīng)特性時(shí)間響應(yīng)特性19;.光電隔離頻域光電隔離頻域檢測(cè)電路檢測(cè)電路時(shí)域響應(yīng)特性時(shí)域響應(yīng)特性輸出阻抗輸出阻抗/頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性20;.（3）光電隔離電路的作用）光電隔離電路的作用 1）可將輸入可將輸入/ /輸出兩部分的供電電源和電路的地線分離。輸出兩部分的供電電源和電路的地線分離。光電耦合輸入、輸出端之間絕緣電光電耦合輸入、輸出端之間絕緣電阻很大（阻很大（10111013），寄生的電容很小（），寄生的電容很?。?.52pF），因而干擾信號(hào)很難從輸入端傳遞到輸出端），因而干擾信號(hào)很難從輸入端傳遞到輸出端。 2）可進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)要求的電平輸出，從而具

25、有初級(jí)功率放大作用?？蛇M(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)要求的電平輸出，從而具有初級(jí)功率放大作用。 3）提高對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力?？芍苯域?qū)動(dòng)光控晶閘管工作。提高對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力。可直接驅(qū)動(dòng)光控晶閘管工作。 如果光電隔離電路與濾波電路、屏蔽電路有效的結(jié)合起來(lái)，將會(huì)進(jìn)一步提高微機(jī)控制系統(tǒng)的如果光電隔離電路與濾波電路、屏蔽電路有效的結(jié)合起來(lái)，將會(huì)進(jìn)一步提高微機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾能力?？垢蓴_能力。21;.（4）光電耦合隔離電路的應(yīng)用）光電耦合隔離電路的應(yīng)用 光電隔離電路在機(jī)電控制系統(tǒng)中的基本配置光電隔離電路在機(jī)電控制系統(tǒng)中的基本配置其他I/O接口多通道地址選擇光電耦合光電耦合CPU后向接口光電耦合前向接口光電耦合A/DD/

26、A或執(zhí)行機(jī)構(gòu)地址選擇22;.注意：注意： 在微機(jī)控制系統(tǒng)中，由于可采用的高功能集成元件端口（輸入在微機(jī)控制系統(tǒng)中，由于可采用的高功能集成元件端口（輸入/ /輸出接口）的性質(zhì)常有所不輸出接口）的性質(zhì)常有所不同，因而所采用或設(shè)計(jì)的光電隔離電路也有所不同。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況而定。同，因而所采用或設(shè)計(jì)的光電隔離電路也有所不同。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況而定。 1）8031芯片匹配的輸入輸出光電隔離接口電路芯片匹配的輸入輸出光電隔離接口電路 Vc+5vGR1R2來(lái)自機(jī)械系統(tǒng)P38031 特點(diǎn)：特點(diǎn)：P3口作為準(zhǔn)雙向接口，口作為準(zhǔn)雙向接口，當(dāng)當(dāng)P3輸入口被拉成低電平時(shí)，可直輸入口被拉成低電平時(shí)

27、，可直接由接由TTL或或MOS電路驅(qū)動(dòng)；當(dāng)外部電路驅(qū)動(dòng)；當(dāng)外部信號(hào)為低電平時(shí)，信號(hào)為低電平時(shí)，P3可被拉成高電可被拉成高電平直接與光電耦合器連接。平直接與光電耦合器連接。23;.2）8031、8215、8255芯片匹配光電隔離接口電路芯片匹配光電隔離接口電路 特點(diǎn)：當(dāng)接口作為輸入口時(shí)，端口為高特點(diǎn)：當(dāng)接口作為輸入口時(shí)，端口為高阻抗輸入，與阻抗輸入，與8031的的P1接口與光電耦合器的接口與光電耦合器的輸入連接相同；當(dāng)輸入連接相同；當(dāng)P1和和P3作為輸出接口（準(zhǔn)作為輸出接口（準(zhǔn)雙向接口）時(shí)，高電平輸出時(shí)對(duì)外泄漏的電雙向接口）時(shí)，高電平輸出時(shí)對(duì)外泄漏的電流很?。泓c(diǎn)幾流很?。泓c(diǎn)幾mA）；低電平輸

28、出時(shí)對(duì)外泄）；低電平輸出時(shí)對(duì)外泄漏的電流很大，漏的電流很大，P1和和P3作為輸出接口。作為輸出接口。（來(lái)自微機(jī)）輸入信號(hào)GR1輸出信號(hào)（去執(zhí)行系統(tǒng)）R28255P1.08215803124;.3）8155、8255芯片匹配光電隔離接口電路芯片匹配光電隔離接口電路 特點(diǎn)：由于特點(diǎn)：由于8155、8255輸輸出口可釋放和吸收的電流較大出口可釋放和吸收的電流較大，故可直接用高點(diǎn)平推動(dòng)晶體，故可直接用高點(diǎn)平推動(dòng)晶體管驅(qū)動(dòng)光電二極管。管驅(qū)動(dòng)光電二極管。 在在8155、8255上電復(fù)位（上電復(fù)位（高阻抗?fàn)顟B(tài)）時(shí)，不使開(kāi)機(jī)輸高阻抗?fàn)顟B(tài)）時(shí)，不使開(kāi)機(jī)輸出額外的信息，將晶體管硬拉出額外的信息，將晶體管硬拉成低電平。成低電平。（去執(zhí)行系統(tǒng)）輸出信號(hào)Vc+12vVc+5v（來(lái)自微機(jī)）82558155輸入信號(hào)R3GR2R1R4VT25;. 4）輸出較大電流驅(qū)動(dòng)的光電隔離接口輸出電路輸出較大電流驅(qū)動(dòng)的光電隔離接口輸出電路 特點(diǎn)：特點(diǎn)：采用達(dá)林頓采用達(dá)林頓型驅(qū)動(dòng)電路，可輸出更型驅(qū)動(dòng)電路，可輸出更大的電流驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備大的電流驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備。Vc+5vR2（來(lái)自微機(jī)）82558155輸入信號(hào)R1VTR3JGVcVD26;.5）提高普通光電耦合器光耦合速度的光電隔離提高普通光電耦合