机电一体化计算机接口设计

1、4 机电一体化计算机接口设计,1 微型计算机控制系统概述 2 微型计算机控制系统组成和分类 3 微型计算机控制系统的发展趋势,微型计算机控制系统是由计算机（工业控制计算机）和工业对象两大部分组成。,闭环控制系统框图,1 微型计算机控制系统的组成,它与闭环控制系统不同，它的控制器直接根据给定信号去控制被控对象工作。被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。与闭环控制系统相比，它的控制性能较差。,开环控制系统框图,控制器用微型计算机来代替，就可以构成微型计算机控制系统。在微型计算机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。,计算机控制系统基本框图,1. 硬件组成微型计算机控制系统的硬件一般是由微型计算机、外部设备、输入输出通道和操作台等组成。,微型计算机控制系统原理图,硬件组成,（1）微型计算机 （2）外部设备 （3）输入输出通道 （4）操作台,2计算机控制系统的软件,软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和。它是微型计算机控制系统的神经中枢，整个系统的工作都是在程序的指挥下进行协调工作的。软件通常分为两大类：一类是系

2、统软件，另一类是应用软件。,2 微型计算机控制系统分类,1操作指导控制系统 2直接数字控制系统（DDC） 3计算机监督系统（SCC） 4分级计算机控制系统,1操作指导控制系统,操作指导控制系统组成框图,2直接数字控制系统（DDC）,DDC控制系统原理图,3计算机监督系统（SCC）,计算机监督系统（Supervisory Computer Control）简称SCC系统。 SCC系统有两种不同的结构形式。一种是SCC+模拟调节器，另一种是SCC+DDC控制系统。 （1）SCC+模拟调节器控制系统该系统原理图，如图1-7所示。 （2）SCC+DDC控制系统SCC+DDC控制系统原理图，如图1-8所示。,SCC+模拟调节器控制系统原理图,SCC+DCC控制系统原理图,4分级计算机控制系统,分级计算机控制系统是一个四级系统，各级计算机的功能如图1-9所示。 装置控制级（DDC级） 车间监督级（SCC级） 工厂集中控制级（MIS） 企业管理级（MIS）,分级计算机控制系统,1可编程控制器（PLC） 2采用新型的控制系统（集散控制系统） 3人工智能 4神经网络控制系统,微型计算机控制系统的发展趋势

3、,1可编程控制器（PLC）,PLC与传统的继电器控制相比，具有如下一些特点： （1）抗干扰能力强； （2）适应性好； （3）编程直观、简单； （4）功能完善，接口功能强。,2采用新型的控制系统（集散控制系统）,集散控制系统是分散型综合控制系统（Total Distributed Control Systems）或分散型微处理器控制系统（Distributed Microprocessor Control Systems）的简称。集散控制系统的组成框图以微型计算机为核心，把微型机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操作装置、输入 /输出通道、模拟仪表等有机地结合起来，采用组合组装式结构组成系统，为实现工程大系统的综合自动化创造了条件。,集散系统组成框图,3人工智能,人工智能是用计算机模拟人类大脑的逻辑判断功能，其中具有代表性的两个尖端领域是专家系统和机器人。所谓专家系统即计算机专家咨询系统，是一个存储了大量专门知识的计算机程序系统。不同的专家系统将不同领域专家的知识，以适当的形式存放于计算机中。根据这些专家知识，专家系统可以对用户提出的问题做出判断和决策，以回答用户的咨询。机器人是一种能

4、模拟人类智能和肢体动作的装置，从本世纪70年代微处理机问世以来，机器人便逐渐涉足于各工业生产领域和科学研究领域。目前已出现的机器人可以分为两类，工业机器人和智能机器人。,4神经网络控制系统,国外在20世纪80年代掀起了神经网络（Neural Network）计算机的研究和应用热潮，我国在90年代也开始了这方面的研究。由于神经网络的特点（大规模的并行处理和分布式的信息存储，良好的自适应性、自组织性和很强的学习功能、联想功能及容错功能），使它的应用越来越广泛，其中一个重要的方面是智能控制，包含机器人控制。,三自由度机械臂 计算机控制系统,一、课题介绍,本课题研究了一种三自由度机械臂的控制方法与实现，采用伺服舵机驱动，单片机+PC机两级控制，完成控制系统的软硬件设计。单片机通过RS-232串口接收来自上位机的运动指令，并将其转换成伺服舵机的运动控制脉冲，输出并驱动伺服舵机，实现了机械臂各关节的运动控制。,总体方案,第一关节,第三关节,第二关节,单片机 控制板,机械手 (电磁铁),二、解决的关键技术,1、上位机部分：PC控制界面设计、RS-232通信程序； 2、单片机控制部分：通信接口、I/O

5、接口； 3、电机驱动与定位控制,三、完成的主要工作,1. 单片机控制板设计芯片选择：C8051F系列单片机 优点：资源丰富，内部有AD、DA等可以使用软件进行配置，大大简化了硬件电路，也大大方便了功能扩展；运行速度快，70的指令只需12个系统时钟周期，而不用进行12分频，最高可达25M速度，比传统51单片机快至少10倍。并且其片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试，不需要仿真器，而只需要一个适配器就可以进行在线调试。,单片机控制板原理图：,显示模块原理图,2. 执行器： 采用伺服舵机 实现各环节运动控制； 能同时控制多个关节的运动； 有较高的定位精度。,伺服舵机控制图,伺服舵机定位控制原理,3. 上位机人机界面设计 采用VB编写 界面图,串口配置：,4. RS232串行通信 接口电路设计 接口程序设计单片机通信方式：,通信时序采用方式1方式1提供标准的异步、全双工通信，每个数据字节共使用10位：一个起始位、8个数据位（LSB在先）和一个停止位。数据从TX引脚发送，在RX引脚接收（。在接收时，8个数据位存入SBUF，停止位进入RB8（SCON.2）, 通信协议格式,主程序流程图,串行

6、通信子程序流程图：,5. 机械臂制作（模型）,计算机控制系统实例 Example of Computer Control Systems,锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得越发重要,按燃料种类分，在各个工业部门中，应用最多的有燃 油锅炉、燃气锅炉和燃煤锅炉 在石油化工、炼油的生产过程中，往往产生各种不同的残油、残渣、释放气和炼厂气，为充分利用这些燃料，所以出现了油、气混合燃烧锅炉和油、气、煤混合燃烧锅炉,在化工、造纸、制糖等工艺过程中，还会产生各种毫无规则的聚合物、残渣等，可利用这些“燃料”产生的热量以及在化工生产中化学反应生产的热量，来生产各个部门所需要的蒸汽，因此又形成了废热锅炉 所有这些锅炉，燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。常见的锅炉设备的主要工艺流程如图11.1所示。,然后经过热器，形成一定温度的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制供给负荷设备用。 与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变为过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱，排入大气。 燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。,锅炉计算机控制系统实现： 一次仪表测得的模拟信号经采用电路、滤波电路进入A/D转换电路，A/D转换电路将转换完的数字信号送入计算机，计算机对数据进行处理之后，便于控制和显示。D/A转换将计算机输出的数字量转换成模拟量，并放大到010mA，分别控制水泵调节阀、鼓风机挡板、引风机挡板和炉排直流电动机,Thank you,

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