计算机控制技术教程――第4章 常用控制程序设计

第四章常用控制程序设计一、报警程序设计二、开关量输出接口技术三、电机控制接口技术四、步进电机控制接口技术4.1报警程序设计在控制系统中,为了安全生产,对于一些重要的参数或者系统部位,都设有紧急状态报警系统,以便提醒工作人员注意,或采取紧急措施.其方法就是把采集的数据与参数的上、下限相比较，如果高于上限值或低于下限值则进行报警。4.1.1常用的报警方式光报警发光二极管报警电路声报警KD956X系列发声芯片图形报警4.1.2简单报警程序设计软件报警程序设计例题:锅炉三冲量调节系统的原理硬件接口:见图4.4流程图RAM地址分配软件编写4.1.2简单报警程序设计RAM地址分配情况响铃4.1.2简单报警程序设计程序清单:ORG8000HALARM:MOVALARM_F,#00H;报警标志单元清零MOVDPTR,#SAMP;采样值存放地址MOVXA,@DPTR;取X1ALARM0:CJNEA,LIMIT,AA;判断X1MAX1吗ALARM1:CJNEA,LIMIT+1,BB;判断X1MIN1吗ALARM2:INCDPTR;取X2MOVXA,@DPTR;CJNEA,LIMIT+2,CC;判断X2MAX2吗ALARM3:CJNEA,LIMIT+3,DD;判断X2MIN2吗ALARM4:INCDPTR;取X3MOVXA,@DPTR;CJNEA,LIMIT+4,EE;判断X1MIN3吗DONE:MOVA,00H;CJNEA,ALARM_F,FF;判断是否有报警SETB05H;若无报警则亮绿灯DONE1:MOVA,ALARM_F;取报警信息MOVP1,A;输出RET;FF:SETB07H;若有报警则鸣警笛AJMPDONE1;AA:JNCAOUT1;X1MAX1，转AOUT1AJMPALARM1;BB:JCAOUT2;X1MIN1，转AOUT2AJMPALARM2;CC:JNCAOUT3;X2MAX2，转AOUT3AJMPALARM3;DD:JCAOUT4;X2MIN2，转AOUT4AJMPALARM4;EE:JCAOUT5;X3MIN3，转AOUT5AJMPDONE;AOUT1:SETB00H;置X1超上限报警标志AJMPALARM2;AOUT2:SETB01H;置X1超下限报警标志AJMPALARM2;AOUT3:SETB02H;置X2超上限报警标志AJMPALARM4;AOUT4:SETB03H;置X2超下限报警标志AJMPALARM4;AOUT5:SETB04H;置X3超下限报警标志AJMPDONE;4.1.2简单报警程序设计硬件报警程序设计例题基于带数值比较的传感器硬件电路:见图4.6程序:4.1.2简单报警程序设计ORG000HAJMPMAINORG003HAJMPALARMORG0200HMAIN:SETBIT0;选择边沿触发方式SETBEX0;允许外部中断0SETBEA;开总中断HERE:AJMPHERE;模拟主程序ORG0210HALARM:MOVA,#0FFH;设P1口为输入状态MOVP1,A;MOVA,P1;读报警状态SWAPA;ACC.7~4-ACC.3~0MOVP1,A;输出报警信号RETI硬件报警程序清单:4.1.3越限报警程序设计软件报警程序设计例题:越限报警示意图流程图RAM地址分配软件编写4.1.3越限报警程序设计越限报警程序清单:SAMPEQU30HORG8000HACACHE:MOVR0,#SAMP;采样值首地址MOVA,@R0;取采样值低8位MOVR1,#20H;取上限报警值低8位ACALLDUBSUB;检查是否越上限JNCBRAN1;越上限，转BRAN1MOVA,@R0;取采样值低8位ACALLDUBSUB;检查是否复位上限JNCDONE;不复位上限，返回主程序JB42H,BRAN2;上限报警标志若置位，;转BRAN2MOVA,@R0;取采样值低8位ACALLDUBSUB;检查是否复位下限值JCDONE复位下限，返回主程序JNB43H,DONE;CLR43HBRAN4:INC2AHDONE:RETBRAN1:JB42H,DONE;判断上限报警;标志是否置位SETB42H;置上限报警标志MOVA,#81H;输出越上限报警信号MOVP1,A;AJMPBRAN4;BRAN2:CLR42H;清上限报警标志AJMPBRAN4;BRAN3:JB43H,DONE;判断下限报警标志是否置位SETB43H;若未置位，置下限报警标志MOVA,#82H;输出越下限报警信号AJMPBRAN4DUBSUB:CLRC;双字节减法子程序SUBBA,@R;INCR0;INCR1;MOVA,@R0;SUBBA,@R1;INCR1;DECR0;RET4.2开关量输出接口技术模拟量控制输出的应用实例控制阀门打开的大小控制变频器的输出频率开关量控制输出的应用实例电炉的通断电时间步进电机的转速直流电机的正、反转、停止4.2.1光电隔离技术光电隔离器的工作原理原边发光二极管发出红外光，次边光敏三极管接受光照导通隔离电压在2500V到10000V之间输入电流在10MA4.2.1光电隔离技术光电隔离器的工作原理原边发光二极管发出红外光，次边光敏三极管接受光照导通隔离电压在2500V到10000V之间输入电流在10MA作用和应用场合：用于对原边所在回路和次边回路进行电气隔离保护CPU不受次边的异常大电流、大电压影响如果负载电流较小，可以直接驱动，否则需要后边需要加驱动电路注意事项：原边和次边要接独立的电源4.2.2继电器输出接口技术组成及原理：由原边线圈和次边触点构成4.2.2继电器输出接口技术组成及原理：由原边线圈和次边触点构成功能及应用有一定的电气隔离作用，但是不是完全的电隔离一般原边线圈可以用直流低压（9V、12V、24V）控制，次边触点可以接入220V及220V以下的回路中如果与计算机接口需要前级加光电隔离器线圈一般并联一个保护作用的二极管,当线圈失电,线圈快速可以释放剩余的感应电流.4.2.3固态继电器输出接口技术特点及优点：是电磁式继电器的替代品实际上是带光电隔离的无触点开关输入控制电流小，输出无触点，体积小，动作无噪声，无抖动，开关速度快，工作可靠。分类：直流型SSR交流型SSR4.2.3固态继电器输出接口技术直流型SSR输入控制电压５Ｖ输出电压可达30V~180V用于控制直流电机、直流步进电机、电磁阀交流型SSR用于交流大功率驱动场合如：交流电机、交流电磁阀等过零型：输入控制信号时，不管输出端电流相位如何，输出回路立即导通移相型：输入控制信号后，要等负载端电压过零时输出回路才导通4.2.4可控硅接口技术可控硅简称SCR，又称晶闸管，是一种大功率电器元件实现小功率控件控制大功率负载，例如交直流电机调速系统、调功率系统、随动系统与计算机接口时需要前级加光电隔离。分类单向可控硅双向可控硅4.2.5电磁阀接口技术电磁阀在气体或液体流动的管路中受电磁力控制打开阀门通过线圈的通电控制铁心的吸合应用于液压机械、空调系统、热水器、自动机床等4.3电机控制接口技术在工业企业中，大量电机作为原动机去拖动各种生产机械，如各种机床、电铲、吊车、轧钢机、抽水机、鼓风机、阀门、传送带等。随着生产的发展，对电机拖动系统提出的要求也越来越高，要求提高加工精度和工作速度，要求快速启动、制动和逆转，实现很宽范围内的调速和整个生产过程自动化。4.4.1直流小功率电机的PWM调速原理国内小功率直流电机中采样脉冲宽度调速(PWM)技术已经日臻成熟，在中小功率范围内正在取代SCR直流调速系统，但交流和大电机调速方面尚属研究阶段。PWM的实质：通过改变电机电枢电压接通时间和通电周期的比值(占空比)来控制电机速度。脉冲信号t1t2TVd=Vmax.D4.4.2开环脉冲宽度调速系统开环脉冲宽度调速系统组成占空比设定通过拨码开关进行人工输入通过电位器进行人工调节脉冲宽度发生器由计算机根据给定的平均速度，计算出占空比驱动器将计算机输出的脉冲宽度信号进行放大，通常可由放大器、TTL集成电路或继电器组成。电子开关用来接通或断开定子电源，由晶体管场效应管组成电机占空比设定脉冲宽度发生器驱动器电子开关电机4.4.2开环脉冲宽度调速系统电机控制接口光电隔离器+大功率场效应管固态继电器专用接口芯片专用接口板4.4.3PWM调速系统设计占空比在单片机中的实现由拨码开关输入N通电时间为N.t0，断电时间为N.toD.2N2Nt2tNTtDnn0n01n02/Tt00n1201tNt)N2(tTtNtt断电时间通电时间Ｄ：占空比Ｔ：ＰＷＭ周期t1：通电时间t2：断电时间n：拨码开关的位数N：由拨码开关输入的n位二进制数t０：软件定时的单位时间由占空比D得出N的取值由PWM周期和拨码开关位数确定t04.4.3PWM调速系统设计控制接口电路PA1:0输出为1的锁存器编号导通的开关电机状态1:03#、2#SW1、SW4正转0:11#、4#SW3、SW2反转1:14#、2#SW2、SW4刹车0:0全断滑行4.4.3PWM调速系统设计软件设计：START:MOVDPTR,#0FD00H;指向8155控制口MOVA,#01H;设A口输入，B、C输出MOVX@DPTR,A;LOOP:MOVDPTR,#0FD02H;指向8155B口，读入指定值NMOVXA,@DPTR;MOV20H,A;CPLA;INCA;MOV21H,A;MOVDPTR,#0FD03H;指向8155C口，读入状态标志MOVXA,@DPTR;JBACC.1,STOP;JBACC.0,INVERT;判断电机的旋转方向，反向转INVETTMOVA,#02H;取正向代码OUTPUT:MOVDPTR,#0FD01H;指向8155A口，输出控制码MOVX@DPTR,AMOV22H,20H;延时t1DELAY1:ACALLDELAY0;DJNZ22H,DELAY1;MOVA,#00H;输出滑行码MOVX@DPTR,A;MOV23H,21H;延时t2DELAY2:ACALLDELAY0;DJNZ23H,DELAY2;AJMPLOOP;STOP:MOVA,03H;输出刹车码MOVDPTR,#0FD01H;MOVX@DPTR,A;AJMPLOOP;INVERT:MOVA,01H;输出反响码AJMPOUTPUT;DELAY0:RET;软件延时子程序，略4.4步进电机的控制接口技术步进电机接受计算机的数字控制信号，实现其角位移与控制脉冲间的精确同步。若将角位移转化为线位移、体积、流量等物理量的变化，便可实现对他们的控制。步进电机的三大优点：直接接受数字控制量可以快速启、停精确步进和定位应用举例：数控机床光盘、软盘驱动带动大型钟表绘图仪等4.4.1步进电机的工作原理：转子齿数：工作的拍数，其中下边公式求得：步进电机的步距角可由。过顺序通电一周，转子转同理，按相中心线对齐。，与号齿将转过相中心线最近，号齿离相通电时，所以当，，且两相之间相差、由于号齿，相中心对齐的转子齿为相通电时，与假设度：转子上相邻两齿之间角ZrN,NZr360Qs933ACBAB399313B13B93139120120BA0AA9403604.4.2步进电机控制系统原理脉冲序列的生成方向控制三相单三拍:A-B-C-A三相双三拍:AB-BC-CA-AB三相六拍:A-AB-B-BC-C-CA-A若按反方向通电,则电机反转4.4.3步进电机接口及程序设计硬件接口电路图:见图4.45控制脉冲的输出:三相单三拍:A-B-C-A步序P1.7~3P1.2C相P1.1B相P1.0A相工作状态控制模型100000001A01H200000010B02H300000