第四章 微机控制系统选择与设计

1、12 微机控制系统微机控制系统： 常用的微机控制系统：常用的微机控制系统：单片机系统单片机系统单板机系统（单板机系统（已基本淘汰已基本淘汰）可编程控制器（可编程控制器（PLCPLC）系统）系统工业计算机系统工业计算机系统46 使用计算机的编程软件使用计算机的编程软件【step7 microwin】等】等编程器编程器【手持编程器【手持编程器】【特点】小型便携便于修改部分程序仅能显示代码指令【特点】易于编辑调试（计算机显示画面大）监控功能强易于编写梯形图1011121315163 3）操作控制台设计（人机界面设计）操作控制台设计（人机界面设计） 人机交互不能仅依靠微机键盘、显示器等通用设备，人机交

2、互不能仅依靠微机键盘、显示器等通用设备，容易误操作，需要专用的操作控制台，一般有以下功能：容易误操作，需要专用的操作控制台，一般有以下功能： (1)(1)工艺参数的设定工艺参数的设定( (触摸屏或过程仪表）触摸屏或过程仪表）(2)(2)设备运行状态的显示设备运行状态的显示( (触摸屏或过程仪表）触摸屏或过程仪表）(3)(3)工作方式转换、系统的启动停止工作方式转换、系统的启动停止( (按钮按钮) )、主要设备的手、主要设备的手动控制动控制( (按钮按钮) )(4)(4)急停急停( (按钮按钮) )及报警指示及报警指示22 4） 一、光电隔离电路设计一、光电隔离电路设计光电隔离电路的基本组成与工

3、作原理光电隔离电路的基本组成与工作原理1 1）80318031芯片匹配的输入输出光电隔离接口电路芯片匹配的输入输出光电隔离接口电路 特点：特点：当当P3P3作为作为输入口时，输入阻输入口时，输入阻抗较小，可直接由抗较小，可直接由TTLTTL或或MOSMOS电路驱动；电路驱动； 特点：特点： 当当P1P1和和P3P3作为输作为输出接口（准双向接口）出接口（准双向接口）时，高电平输出时对时，高电平输出时对外泄漏的电流很小外泄漏的电流很小（零点几（零点几mAmA）；低电）；低电平允许输入的电流很平允许输入的电流很大（带载能力强）大（带载能力强） 开机复位时不会输开机复位时不会输出不必要的信号。出不必

4、要的信号。光电耦合器与光电耦合器与80318031输出接口连接输出接口连接 特点：特点： 由于由于81558155、82558255输出口可释放和吸收输出口可释放和吸收的电流较大，故可直的电流较大，故可直接用高电平推动晶体接用高电平推动晶体管驱动光电二极管。管驱动光电二极管。 在在81558155、82558255上上电复位（输入状态）电复位（输入状态）时，不使开机输出额时，不使开机输出额外的信息，将晶体管外的信息，将晶体管拉成低电平。拉成低电平。输出 特点：特点：对于继电器、电磁离对于继电器、电磁离合器等需要较大电流合器等需要较大电流的负载，可采用达林的负载，可采用达林顿型驱动电路。顿型驱动

5、电路。直流弱电交流强电（1 1）传感器）传感器 将被检测对象的各种变化物理量转换成电信号的一将被检测对象的各种变化物理量转换成电信号的一种变换器。种变换器。（2 2）传感器的作用）传感器的作用 被用于检测机电一体化系统自身和作业对象、作业被用于检测机电一体化系统自身和作业对象、作业环境的状态，为有效地控制机电一体化系统动作提环境的状态，为有效地控制机电一体化系统动作提供信息。供信息。体积小、重量轻、适应性好。体积小、重量轻、适应性好。精度和灵敏性高、响应快、稳定性好、信噪比高。精度和灵敏性高、响应快、稳定性好、信噪比高。安全可靠、寿命长。安全可靠、寿命长。便于与计算机对接。便于与计算机对接。不

6、易受被检测对象和外部环境的影响。不易受被检测对象和外部环境的影响。环境适应能力强。环境适应能力强。现场安装处理简单、操作方便，价格便宜。现场安装处理简单、操作方便，价格便宜。 在机电一体化系统中，常常需要检测运动部件的在机电一体化系统中，常常需要检测运动部件的位移和速度。检测角位移和角速度常用的传感器是位移和速度。检测角位移和角速度常用的传感器是增量式光电编码器增量式光电编码器，检测线位移和线速度常用的则，检测线位移和线速度常用的则是是直线光栅尺直线光栅尺和和磁栅尺磁栅尺。光电编码器是由光电编码器是由光码盘光码盘和和光电检测装置光电检测装置组成。光码盘在一定组成。光码盘在一定直径的圆板上等分地

7、开通若干个长方形孔。由于光码盘与电动直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光码盘与电动机同速旋转，经发光二机同轴，电动机旋转时，光码盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算输出脉冲的个数就能反映当前电动机的相对角位移。计算输出脉冲的个数就能反映当前电动机的相对角位移。为判断光码盘的旋转方向，可在码盘上开两道弧圈，输出为判断光码盘的旋转方向，可在码盘上开两道弧圈，输出两组脉冲信号（一般称为两组脉冲信号（一般称为A A相相和和B B相相），并使其输出脉冲间隔），

8、并使其输出脉冲间隔1/21/2拍，如图所示。控制器只要比较拍，如图所示。控制器只要比较A A相超前相超前B B相还是相还是B B相超前相超前A A相就相就能确定旋转方向。能确定旋转方向。有的编码器为了消除每转的累积误差，设有零位，称为有的编码器为了消除每转的累积误差，设有零位，称为Z Z相相，每转输出一个脉冲。，每转输出一个脉冲。A相B相髙低2 2）产品的选用）产品的选用选型应注意问题：选型应注意问题：机械安装尺寸机械安装尺寸 包括定位止口、轴径、安装孔、电包括定位止口、轴径、安装孔、电缆出线等。缆出线等。分辨力分辨力 编码器工作时每转输出的脉冲数（常用编码器工作时每转输出的脉冲数（常用102

9、41024和和25002500）电气接口电气接口 常见输出方式有电压输出、集电极开常见输出方式有电压输出、集电极开路输出路输出国内常见产品：国内常见产品：日本日本: :欧姆龙欧姆龙OMRONOMRON国产：长春光机数显有限公司（中科院长春光学国产：长春光机数显有限公司（中科院长春光学精密机械与物理研究所）精密机械与物理研究所）3 3）样本实例（长春光机数显）样本实例（长春光机数显）2 2、直线光栅、直线光栅1 1）结构和工作原理）结构和工作原理光电元件光电元件光电元件标尺光栅2 2）样本实例（长春光机数显）样本实例（长春光机数显）SGC 电气输出接口电气输出接口插头脚号1234567信号含义0

10、VNCABVcc/VddZShield信号线颜色 黑空 兰绿 红黄屏蔽磁栅尺磁栅尺1 1）结构和工作原理）结构和工作原理利用与录音技术相似的方法，通过录磁头在磁性尺（或盘）利用与录音技术相似的方法，通过录磁头在磁性尺（或盘）上录制出间隔严格相等的磁波，制成磁栅尺。磁栅尺的尺体上录制出间隔严格相等的磁波，制成磁栅尺。磁栅尺的尺体可由满足一定要求的硬磁合金或柔软的橡胶磁带制成。可由满足一定要求的硬磁合金或柔软的橡胶磁带制成。读数头读取记录在磁尺上的磁信号，通过检测电路转换成读数头读取记录在磁尺上的磁信号，通过检测电路转换成数字信号输出。数字信号输出。2 2）特点：）特点：磁带磁性稳定磁带磁性稳定,

11、 ,使用寿命长使用寿命长,10,10年不丢磁年不丢磁防护等级高防护等级高,可直接工作于油可直接工作于油,水水,100度度高温等恶劣环境高温等恶劣环境精度：精度：0.01-0.001mm其它位移传感器其它位移传感器1 1）拉线式位移传感器）拉线式位移传感器特点：柔性连接，易于安装，测量距离达几百米，但速度特点：柔性连接，易于安装，测量距离达几百米，但速度不能太快不能太快2 2）激光位移传感器）激光位移传感器和和超声波位移传感器超声波位移传感器非接触式测量，测量距离一般不能太长（非接触式测量，测量距离一般不能太长（1m1m以下）以下）激光精度在微米级，价格较高激光精度在微米级，价格较高超声波精度在

12、毫米级，价格便宜超声波精度在毫米级，价格便宜 机电一体化系统中，开关型传感器常用来检测位机电一体化系统中，开关型传感器常用来检测位置（是否到位）、判断有无（识别）、计数、检测料置（是否到位）、判断有无（识别）、计数、检测料位（高限、低限）等，应用广泛。分为位（高限、低限）等，应用广泛。分为接触式接触式和和非接非接触式触式（接近开关）。（接近开关）。原理：原理：选型样本主要参数：选型样本主要参数：外径：外径：常见常见M8M8、M10M10、M12M12、M18M18、M30M30检测距离：检测距离：220mmmm。常用。常用4mm4mm工作电源：工作电源：交流交流/ /直流直流是否屏蔽：是否屏蔽：屏蔽屏蔽/ /非屏蔽非屏蔽输出方式：输出方式：两线制两线制/ /三线制三线制原理：原理：原理：原理：76 1 、从控制角度出发，所选择微机应满足哪些条、从控制角度出发，所选择微机应满足哪些条件。件。 2 、试说明、试说明CPU