1、第2章計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的硬件習(xí)題與思考題1 .試列舉出5個(gè)你所了解的自動(dòng)測(cè)量與控制裝置中使用的傳感器或變送器（不同種類）， 它們?cè)谙到y(tǒng)中起什么作用？畫出檢測(cè)與控制原理示意圖。上網(wǎng)搜索商品化的各種傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、遠(yuǎn)程I/O模塊、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、智能儀 器、PLC的技術(shù)資料，列出它們的型號(hào)、生產(chǎn)廠家、性能特點(diǎn)等。模擬量有單端和差分兩種輸入方式，它們的區(qū)別是什么？各用在什么場(chǎng)合？4 .如何正確安裝數(shù)據(jù)采集卡？應(yīng)注意什么事項(xiàng)？5.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與普通個(gè)人計(jì)算機(jī)相比較，有何區(qū)別？ 6.智能儀器與傳統(tǒng)儀器相比有哪些特點(diǎn)？7. PLC有哪些技術(shù)特點(diǎn)？可采用什么編程語(yǔ)言？ 8.查閱有關(guān)文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)各類電磁式

2、繼電器、 固態(tài)繼電器、大功率場(chǎng)效應(yīng)管、晶閘管、電磁閥、調(diào)節(jié)閥、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)、工作原理等知識(shí)。上網(wǎng)搜索商品化的電磁式繼電器、固態(tài)繼電器、大功率場(chǎng)效應(yīng)管、晶閘管、電磁閥、調(diào)節(jié) 閥、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行器（機(jī)構(gòu)）的技術(shù)資料，列出它們的型號(hào)、生產(chǎn)廠家、性能特點(diǎn) 等。試畫出一種電動(dòng)閥（調(diào)節(jié)閥）的驅(qū)動(dòng)控制電路圖，說明工作原理。試畫出2種直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路圖，說明工作原理。試畫出2種交流伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路圖，說明工作原理。試畫出3種步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路圖，說明工作原理。試畫出1種交流型SSR控制單向交流電動(dòng)機(jī)的線路示意圖，說明工作原理。解答（部分）3.模擬量有單端和

3、差分兩種輸入方式，它們的區(qū)別是什么？各用在什么場(chǎng)合？模擬量有單端和差分兩種輸入方式，如圖1所示。單端輸入方式是指模擬量輸入信號(hào)相對(duì)于模擬信號(hào)地（SG）而言只有一個(gè)輸入信號(hào)端（SH），SH 一般連接到運(yùn)算放 大器的其中一個(gè)輸入端，而另一個(gè)輸入端接模擬信號(hào)地。單端輸入以一個(gè)共同接地點(diǎn)為參考點(diǎn)。這種方式適用于輸入信號(hào)為高 電平（大于1V），信號(hào)源與采集端之間的距離較短（小于15英尺），并且所有輸入信號(hào)有一個(gè)公共接地端。如果不能滿足上述條件，則需要使用差分輸入。差分輸入方式是指模擬量輸入信號(hào)相對(duì)于模擬信號(hào)地而言有兩個(gè)輸入信號(hào)端，分別稱之為輸入信號(hào)高端（SH）和輸入信號(hào)低端（SL），SH與SL分別連接到

4、運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端，運(yùn)放的實(shí)際輸出取決于SH與SL的差 值，故稱之為差分輸入或差動(dòng)輸入。差分輸入方式每個(gè)輸入可以有不同的接地參考點(diǎn)，并且，由于消除了共模噪聲的誤差，抗干擾能力優(yōu)于單端輸入方式，所以差分輸入的精度較高。如果模擬量信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如1 S5V、4s20mA等），則可以采用單端輸入方式，也可以采用差動(dòng)輸入方式；如果模擬量輸入信號(hào)為毫伏級(jí)的小信號(hào)，一般采用 差動(dòng)輸入方式。（a）（a）單端輸入（b）差分輸入圖1模擬量的輸入方式模擬量信號(hào)的極性:AI1的變AI1的變要么為負(fù)），雙極性模擬量信號(hào)在整個(gè)量程范圍內(nèi)可以為正，也可以為負(fù)。例如，模擬量信號(hào) 化范圍為0S5V,模擬量信號(hào)AI2的變

5、化范圍為-2.5s +2.5V，則信號(hào)AI1為單極性，信號(hào)AI2為雙極性。4.如何正確安裝數(shù)據(jù)采集卡？應(yīng)注意什么事項(xiàng)？CI插槽中（假設(shè)安裝的是pci總線數(shù)據(jù)采圖2板卡安裝示意圖關(guān)閉計(jì)算機(jī)電源，打開機(jī)箱，將板卡正確地插到一空閑的集 卡），如圖2圖2板卡安裝示意圖重新開啟計(jì)算機(jī)，進(jìn)入Windows操作系統(tǒng)，首先出現(xiàn)“找到新的硬件向?qū)А睂?duì)話框，將板卡驅(qū)動(dòng)光盤放在光驅(qū)中，選 擇“自動(dòng)安裝軟件”項(xiàng)，點(diǎn)擊“下一步”按鈕，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)完成 板卡驅(qū)動(dòng)程序的安裝。安裝完成后，系統(tǒng)自動(dòng)地為PCI板卡設(shè)備分配中斷和基地址， 用戶無需關(guān)心。檢查板卡是否安裝正確：右擊“我的電腦”，點(diǎn)擊“屬性”項(xiàng)，彈出“系統(tǒng)屬性”對(duì)話框

6、，選中“硬件”項(xiàng)，點(diǎn)擊“設(shè)備 管理器”按鈕，進(jìn)入“設(shè)備管理器”畫面，若板卡安裝成功后會(huì)在 設(shè)備管理器列表中出現(xiàn)該板卡的設(shè)備信息。查看板卡屬性“資源”選項(xiàng)中，可獲得計(jì)算機(jī)分配給板卡的地址輸入輸出范圍。注意：一般板卡上多使用CMOS電路，容易因靜電擊穿或過流造成損壞，所以，在安裝時(shí)應(yīng)盡量避免用手觸摸器 件，特別是在干燥的季節(jié)尤為要注意。在用手持板卡之前，請(qǐng)先釋放手上的靜電（例如：通過觸摸電腦機(jī)箱的金屬外殼 釋放靜電），不要接觸易帶靜電的材料（如塑料材料） ，手持板卡時(shí)只能握它的邊 沿，應(yīng)避免直接用手接觸器件管腳，以免手上的靜電損壞面板上的集成電路或組件。嚴(yán)禁帶電插拔接口卡，設(shè)置開關(guān)、跨接選擇器和安

7、裝接口電纜均應(yīng)在關(guān)掉電源狀態(tài)下進(jìn)行。5工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與普通個(gè)人計(jì)算機(jī)相比較，有何區(qū)別？隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要以及電子技術(shù)的發(fā)展， STD總線工業(yè)控制機(jī)已經(jīng)不能滿足工業(yè)控制的需要， 因 此近幾年來又興起了工業(yè)PC機(jī)。所謂工業(yè)PC機(jī)就是在原來個(gè)人計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，使其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能模塊 的劃分上更適合工業(yè)過程控制的需要?；旧峡梢赃@樣講，工業(yè) PC機(jī)一方面繼承了個(gè)人計(jì) 算機(jī)豐富的軟件資源，使其軟件開發(fā)更加方便；另一方面在結(jié)構(gòu)上又采用了 STD總線工業(yè)控制機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)模塊化。正因?yàn)楣I(yè)PC機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)，使得工業(yè)PC機(jī)發(fā)展十分迅速，大有取代STD總線工業(yè)控制機(jī)之勢(shì)。只 是目前工業(yè)PC機(jī)在價(jià)格上稍

8、許偏高，但就其功能/價(jià)格比而言，仍然有其明顯的優(yōu)勢(shì)。工業(yè)PC機(jī)與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，其差別在于: 取消了 PC中的母板，將原來的大母板變成通用的底板總線插座系統(tǒng);將母板分成幾塊PC插件，如CPU板、存儲(chǔ)器板等；把原PC電源改造成工業(yè)電源；采用密封機(jī)箱，并內(nèi)部正壓送風(fēng)； 配以相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用軟件。工業(yè)PC與個(gè)人PC之間的差別如圖3所示。1/0=pc#LK| 與PC總 當(dāng)二戡直接 三三1/0=pc#LK| 與PC總 當(dāng)二戡直接 三三連接配 二二套的功Am jwI/O9CPU計(jì)算機(jī)總線T述rsM PC機(jī)基本首目雁框圖圖3工業(yè)PC與個(gè)人PC之間的差別6智能儀器與傳統(tǒng)儀器相比有哪些特點(diǎn)？智能儀器與傳統(tǒng)儀器相比

9、較，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：儀表的功能強(qiáng)由于儀器內(nèi)部含有微處理器，它具有數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)功能，在豐富的、功能強(qiáng)大的軟件的支持下，儀器的功能較常規(guī) 的儀器大為增強(qiáng)。例如常規(guī)的頻率計(jì)數(shù)器，能夠測(cè)量頻率、周期等參數(shù)，帶有微處理器和A/D轉(zhuǎn)換器的通用計(jì)數(shù)器還能測(cè)量電 壓、相位、上升時(shí)間、占空比、漂移及比率等多種電參數(shù)；又如傳統(tǒng)的數(shù)字多用表只能測(cè)量交流與直流電壓、電流及電阻，而 帶有微處理器的數(shù)字多用表，除此之外，還能測(cè)量被測(cè)量的最大/最小、極限、統(tǒng)計(jì)等多種參數(shù)。儀器如果配上適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎?還可測(cè)量溫度、壓力等非電參數(shù)。儀器的性能好智能儀器中通過微處理器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和運(yùn)算處理，能很容易地實(shí)現(xiàn)多種自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)

10、校正、多次測(cè)量平均等技術(shù)，以 提高測(cè)量精度。智能儀器中，對(duì)隨機(jī)誤差通常用求平均值的方法來克服，對(duì)系統(tǒng)誤差，則根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因采用適當(dāng) 的方法處理。在智能儀器中，很大一部分設(shè)計(jì)是軟件設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)與研制時(shí)間較短，硬件本身的一些缺陷或弱點(diǎn)可用軟件方法克服，從 而提高儀器的性能價(jià)格比。3）智能儀器的自動(dòng)化程度高常規(guī)儀器面板上的開關(guān)和旋鈕均被鍵盤所代替。儀器操作人員要做的工作僅是按鍵，省卻了煩瑣的人工調(diào)節(jié)。智能儀器 通常都能自動(dòng)選擇量程、自動(dòng)校準(zhǔn)，有的還能自動(dòng)調(diào)整測(cè)試點(diǎn)，這樣既方便了操作，又提高了測(cè)試精度。4）使用維護(hù)簡(jiǎn)單、可靠性高智能儀器通常還具有很強(qiáng)的自測(cè)試和自診斷功能，有的還具有一定的容錯(cuò)功能，

11、從而大大提高了儀器工作的可靠性，給儀 器的使用和維護(hù)帶來很大方便。儀器中采用微處理器后能實(shí)現(xiàn)“硬件軟化”，使許多硬件邏輯都可用軟件取代。例如，傳統(tǒng)數(shù)字電壓表的數(shù)字電路通常 采用了大量的計(jì)數(shù)器、寄存器、譯碼顯示電路及復(fù)雜的控制電路，而在智能儀器中，只要速度跟得上，這些電路都可用軟件取 代。顯然，這可使儀器降低成本、減小體積、降低功耗和提高可靠性。智能儀器均采用面板顯示，除了用簡(jiǎn)單的LED指示燈外，多用七段LED顯示器來顯示十進(jìn)制數(shù)字和其他字符，有的用 點(diǎn)陣式LED或CRT顯示器來顯示各種字符，面板顯示字跡清晰、直觀。儀器儀表的發(fā)展階段：回顧電子儀器的發(fā)展歷程，我們可以發(fā)現(xiàn)，從儀器使用的器件來看大

12、致經(jīng)歷了三個(gè)階段，即真空管時(shí)代、晶體管時(shí)代、 集成電路時(shí)代。若從儀器的工作原理來看，又可以分為以下幾個(gè)階段：第一代，模擬式電子儀器（又稱指針式儀器）。這一代儀器應(yīng)用和處理的信號(hào)均為模擬量，如指針式電壓表、電流 表、功率表及一些通用的測(cè)試儀器，均為典型的模擬式儀器。這一代儀器的特點(diǎn)是：體積大、功能簡(jiǎn)單、精度低、響應(yīng)速 度慢。第二代，數(shù)字式電子儀器，如數(shù)字電壓表、數(shù)字式測(cè)溫儀、數(shù)字頻率計(jì)等。它們的基本工作原理是將待測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果以數(shù)字形式輸出顯示。數(shù)字式電子儀器與第一代模擬式電子儀器相比，具有精度高、速度 快、讀數(shù)清晰、直觀的特點(diǎn)。其結(jié)果既能以數(shù)字形式輸出顯示，還

13、可以通過打印機(jī)打印輸出。此外，由于數(shù)字信號(hào)便于遠(yuǎn)距離 傳輸，因此數(shù)字式電子儀器適用于遙測(cè)遙控。第三代，智能型儀器。這一代儀器是計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信技術(shù)、微電子學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理、人工智能等新興技術(shù)與傳統(tǒng)電 子儀器相結(jié)合的產(chǎn)物。智能型儀器的主要特征是儀器內(nèi)部含有微處理器（或單片機(jī)），它具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、運(yùn)算和邏輯判斷的 能力，能根據(jù)被測(cè)參數(shù)的變化自動(dòng)選擇量程，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校正、自動(dòng)補(bǔ)償、自尋故障，以及遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)，遙測(cè)遙控等功 能，可以做一些需要人類的智慧才能完成的工作。也就是說，這種儀器具備了一定的智能，故稱為智能儀器。智能儀器是一類新型的、內(nèi)部裝有微處理器或單片機(jī)的微機(jī)化電子儀器，它是由傳統(tǒng)的電子儀器

14、發(fā)展而來的，但在結(jié)構(gòu) 和內(nèi)涵上已經(jīng)發(fā)生了本質(zhì)的變化。智能儀器并不是傳統(tǒng)儀器與微處理器的簡(jiǎn)單組合，而是一種經(jīng)過綜合考慮后的重新設(shè)計(jì)，它體現(xiàn)了儀器儀表與微處理器 一體化的思想。傳統(tǒng)觀念上的儀器儀表是將大量的分立元件、中小規(guī)模集成電路用硬接線的方式連接起來，其所有功能全是由 硬件實(shí)現(xiàn)的。由于這是采用硬接線，因此一旦電路定型，這部分器件就只能用于某一專門的用途，如果需要增加功能，就需另 外增添器件，修改電路或重新設(shè)計(jì)，而且，儀器要求的功能越多，所需的器件數(shù)就越多，設(shè)計(jì)和制造既費(fèi)時(shí)、費(fèi)工，又容易出 錯(cuò)。智能儀器的出現(xiàn)，可以很好地解決這一問題。帶有微處理器的智能儀器實(shí)質(zhì)上是一種硬件和軟件相結(jié)合的設(shè)計(jì)，并且

15、充 分利用了軟件技術(shù)的強(qiáng)大功能。它把儀器的主要功能集中存放在程序存儲(chǔ)器ROM中，因而，當(dāng)需要增加功能時(shí)，不需要全面 改變硬件設(shè)計(jì)，而只要修改存放在ROM中的軟件內(nèi)容就可以很方便地改變儀器的功能。這種結(jié)構(gòu)與功能的靈活性使得智能儀 器在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由此可見，微處理器的應(yīng)用使得儀器儀表的結(jié)構(gòu)、性能以及應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變革。智能儀器在結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)了微處理器、儀器的一體化，硬件、軟件的相互融合。由于硬件減少，儀器的體積和重量也隨之 減小，特別是面板上用鍵盤接觸開關(guān)代替了大多數(shù)的撥動(dòng)開關(guān)，使面板簡(jiǎn)明美觀，操作方便。7. PLC有哪些技術(shù)特點(diǎn)？可采用什么編程語(yǔ)言？20世紀(jì)60年代末，美國(guó)DE

16、C公司開發(fā)了第一臺(tái)PLC，并成功應(yīng)用于美國(guó)通用汽車公司的生產(chǎn)線上。這臺(tái)PLC采用 了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但只能完成邏輯運(yùn)算，因此，主要用于順序控制。進(jìn)入70年代后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器具有了更多的功能。它不但可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算，還增加了數(shù)據(jù)的傳送、處理和計(jì)算等功能。同時(shí)，由于電子器件的集成規(guī)模的增加和體積的縮小，出現(xiàn)了小型PLC和超小型 PLC。PLC逐漸發(fā)展成為一種系列化、實(shí)用化和標(biāo)準(zhǔn)化的電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置。1987年，國(guó)際電工委員會(huì)對(duì)可編程序邏輯控制器作了如下定義：“可編程序邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)，專 為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程序的存儲(chǔ)器，用于其

17、內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和 算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?！笨删幊绦蚩刂破骱团c他 相關(guān)的外接設(shè)備，都按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)緊密聯(lián)系、具有進(jìn)一步擴(kuò)展功能的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。16位、32位以及更高性能的微處理器的出現(xiàn)，使微處理器的性價(jià)比快速提升。PLC也得以迅速提高數(shù)據(jù)的處理能力。為了完成更復(fù)雜的控制任務(wù)，有的PLC甚至采用了多處理器的架構(gòu)。各種可方便的與PLC組合的內(nèi)置有微處理器的智能模塊也大大擴(kuò)展了PLC的功能。通過組合相應(yīng)的功能模塊，PLC已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的單純控制功能的界限，變成了具有邏輯控制功能、過程控制功能、運(yùn)動(dòng)

18、控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能 的多功能控制器。PLC的技術(shù)特點(diǎn)：PLC是一種專為工業(yè)環(huán)境下設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)控制器，歸納起來，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）可靠性特別高、抗干擾能力強(qiáng)，能適應(yīng)各種惡劣的工業(yè)環(huán)境PLC采用了大規(guī)模集成電路，元器件和接線的數(shù)量大大地減少；采用了光電耦合隔離及各種濾波方法，有效地防止了 干擾信號(hào)的進(jìn)入；內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾；電源使用開關(guān)電源，防止了從電源引入干擾。具有良好的自診斷功能。 對(duì)使用的元器件進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選和老化且設(shè)計(jì)時(shí)就留有充分的余地，充分地保證了元器件的可靠性；PLC采用了可靠性設(shè) 計(jì)，如冗余設(shè)計(jì)、掉電保護(hù)、故障診斷和其他針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中惡劣的環(huán)境而使用

19、的硬件等措施。正因?yàn)槿绱?，目前市?chǎng)上主 流的PLC其平均無故障時(shí)間都達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上。2）編程簡(jiǎn)單，易學(xué)、易懂PLC可采用的編程語(yǔ)言包括梯形圖和助記符等。PLC的梯形圖與繼電器電路的梯形圖相似，直觀易用。而且，PLC采用軟件編制程序來完成控制任務(wù)，通過修改程序就能適應(yīng)生產(chǎn)上的改變。因此，工程人員很容易接受和掌握。3）采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組成靈活方便由于PLC采用的是模塊式結(jié)構(gòu)，一般由主模塊（包含CPU的模塊）、電源、各種輸入輸出模塊構(gòu)成，并可根據(jù)需要 配備通信模塊或遠(yuǎn)程I/O模塊。模塊間的連接可通過機(jī)架底座或電纜來連接，因而十分方便。PLC既具有可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的 各種電信號(hào)相接的輸入輸出接口，同

20、時(shí)還具有可與上位機(jī)相接的通信接口。它可以根據(jù)需要進(jìn)行規(guī)模上的或者控制功能上的擴(kuò) 展。4）安裝調(diào)試簡(jiǎn)單方便當(dāng)用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)，只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與執(zhí)行機(jī)構(gòu)和PLC的I/O接口端子正確連接，用簡(jiǎn)單的編程方法將程序存入存儲(chǔ)器內(nèi)，即可正常工作。如果是在現(xiàn)場(chǎng)，可以使用手持編程器直接對(duì)PLC進(jìn) 行編程調(diào)試； 如果是在實(shí)驗(yàn)室也可以使用個(gè)人計(jì)算機(jī)與PLC相連接后進(jìn)行編程調(diào)試。而且，PLC的輸入輸出的接線端均有發(fā)光二極管指示，調(diào)試起來十分方便。由于PLC不需要繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等，它的輸出可直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，中間一般不需要設(shè)置轉(zhuǎn)換單元，因此大大簡(jiǎn) 化了接線，減少設(shè)計(jì)及施工工作量。同時(shí)PLC又能事先進(jìn)行模擬

21、調(diào)試，減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量，并且PLC的監(jiān)視功能 很強(qiáng)，模塊化結(jié)構(gòu)大大減小了維修量。值得指出的是：由于PLC開發(fā)的時(shí)間相對(duì)比較早（20世紀(jì)60年代末），各PLC的生產(chǎn)廠家的技術(shù)都是相互封閉的，因 此很難將不同廠家的PLC連接（集成）在一起。現(xiàn)在PLC的生產(chǎn)廠家也注意到了 PLC的開放性問題，具有以太網(wǎng)接口的PLC以及以Windows CE （一種由Microsoft開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)） 為操作系統(tǒng)的PLC已經(jīng)面市。PLC的編程語(yǔ)言：PLC依照給定的程序有步驟地進(jìn)行工作。要把控制要求變成為可執(zhí)行的程序,PLC依照給定的程序有步驟地進(jìn)行工作。要把控制要求變成為可執(zhí)行的程序,PLC使用的編程語(yǔ)言

22、有：梯形圖語(yǔ)言、助記符指令、功能圖語(yǔ)言、布爾邏輯語(yǔ)言以及一些高級(jí)語(yǔ)言。由于梯形圖語(yǔ)言直觀、形象、易懂、易學(xué)，而被廣泛地使用。各公司生產(chǎn)的PLC，其梯形圖的形式不完全一樣，但差別不大，其助記符指令也不完全相同。梯形圖語(yǔ)言梯形圖有如下的特點(diǎn)：梯形圖的結(jié)構(gòu)與繼電器控制原理圖非常相近，它沿用了繼電器的觸點(diǎn)、線圈等圖形符號(hào)以及串聯(lián)、并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)，同 時(shí)，也增加了一些繼電器控制所沒有的符號(hào)。梯形圖兩邊的翌線叫母線，左邊的翌線叫左母線，右邊的翌線叫右母線。梯形圖中的一行稱為一個(gè)邏輯行(或叫一 個(gè)梯級(jí))。一個(gè)梯形圖由若干個(gè)邏輯行構(gòu)成。梯形圖按自上而下，從左到右的順序編寫，每一行起于左母線，終于右母線。與左母線相

23、連的只能是各類節(jié)點(diǎn)，與 右母線相連的只能是各類線圈。梯形圖中的節(jié)點(diǎn)只有常開和常閉兩種，它們是輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的接點(diǎn)。各類節(jié)點(diǎn)可以按需要任意串聯(lián)、并聯(lián)，并且可以反復(fù)使用，但是，開關(guān)量和模擬量只能從輸入繼電器輸入。、梯形圖中的線圈是指輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的線圈。線圈只能并聯(lián)使用，不能串聯(lián)使用。在一 個(gè)梯形圖中，同一編號(hào)的線圈一般只能使用一次，不能雙重輸出，并且只有輸出繼電器能夠驅(qū)動(dòng)負(fù)載。當(dāng)多條支路并聯(lián)時(shí)，在輸入端串聯(lián)節(jié)點(diǎn)多的支路寫在上方，串聯(lián)節(jié)點(diǎn)少的支路寫在下方；在輸出端串聯(lián)節(jié)點(diǎn)少的支 路寫在上方，串聯(lián)節(jié)點(diǎn)多的支路寫在下方。助記符指令助記符指令是

24、由助記功能縮寫符號(hào)和器件編號(hào)(或數(shù)據(jù))組成的一種指令。與梯形圖語(yǔ)言相比，助記符語(yǔ)言不夠直觀，但不需要復(fù)雜的編程工具，只需要簡(jiǎn)易編程器即可。如果要用助記符指令編程，一般在梯形圖程序編寫完成 之后，才將梯形圖程序轉(zhuǎn)換為助記符程序。試畫出一種電動(dòng)閥的驅(qū)動(dòng)控制線路示意圖，說明工作原理。電動(dòng)閥常采用閉環(huán)驅(qū)動(dòng)的控制方式，通過閥門的位置反饋，使其在正常行程或旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)使用。圖中給出了一個(gè)說明 其閉環(huán)驅(qū)動(dòng)接口方式的實(shí)例，這里的電動(dòng)閥是用于控制某一高氣壓槽中的壓力。圖4中下面一路輸入是檢測(cè)壓力值。在微機(jī)內(nèi)計(jì)算出需要移動(dòng)閥門的開度，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，以控制電動(dòng)閥中電動(dòng)機(jī)M的驅(qū)動(dòng)電 路，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)閥門動(dòng)作。閥

25、門旋轉(zhuǎn)的位置信號(hào)再通過位置傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)輸入口送回微機(jī)，微機(jī)則根據(jù)讀出的 位置信號(hào)和需要的位置，綜合算出電動(dòng)機(jī)應(yīng)旋轉(zhuǎn)的方向和角位移的大小，以使閥門精確地定位到給定的開度。空氣壓編機(jī)輸入口減速器電動(dòng)兇壓力傳感器壓槽圖空氣壓編機(jī)輸入口減速器電動(dòng)兇壓力傳感器壓槽圖4高氣壓槽控制閥的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)線路試畫出2種雙向直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路圖，說明工作原理。在現(xiàn)代化的生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用是非常廣泛的。在工業(yè)企業(yè)中，大量應(yīng)用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)去拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械。如 在機(jī)械工業(yè)、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)中，各種機(jī)床、電鏟、吊車、軋鋼機(jī)、抽水機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、閥門、傳送帶等，都要用大大小小 的電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)；在自動(dòng)控制系統(tǒng)

26、中，各種類型小巧靈敏的控制電動(dòng)機(jī)廣泛作為檢驗(yàn)、放大、執(zhí)行和解算元件。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)提出的要求也愈來愈高，如要求提高加工精度及工作速度，要求快速啟動(dòng)、制動(dòng)及 逆轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)在很寬范圍內(nèi)的調(diào)速和整個(gè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化等。要完成這些任務(wù)，除電動(dòng)機(jī)夕卜，還必須有自動(dòng)化控制設(shè)備來控制電 動(dòng)機(jī)。伴隨電子技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，電動(dòng)機(jī)控制元件也經(jīng)歷了交流放大器一磁放大器一可控離子變速器一 可控硅一計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程?？刂蒲b置也正向集成化、小型化、微型化、智能化的方向發(fā)展。特別是近年來，由于微型計(jì)算機(jī) 及單片機(jī)的發(fā)展，使電動(dòng)機(jī)控制發(fā)生了革命性的飛躍。微型計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)控制產(chǎn)生了巨大的影

27、響，它不僅可以代替大量 的分立的和集成的電路元件，而且還可以采用各種復(fù)雜的控制算法。目前已經(jīng)研制出許多微型機(jī)或單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)及 專用接口板。尤其是近年來隨著STD工業(yè)控制機(jī)及工業(yè)PC機(jī)的出現(xiàn)與發(fā)展，又出現(xiàn)了許多專用的電動(dòng)機(jī)控制板，因而使得 電動(dòng)機(jī)的控制變得既簡(jiǎn)單，又經(jīng)濟(jì)，使用起來非常方便。目前，國(guó)內(nèi)的小功率直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速中采用的脈沖寬度調(diào)速技術(shù)已經(jīng)日臻成熟。在中、小功率范圍內(nèi)，它正在迅速地取代SCR直流調(diào)速系統(tǒng)。但在交流和大電動(dòng)機(jī)調(diào)速方面尚需研究開發(fā)階段?？梢灶A(yù)料，不遠(yuǎn)的將來，各種各樣的帶有微型機(jī)或單片機(jī)的智能化調(diào)速系統(tǒng)將會(huì)相繼出現(xiàn)，一些微型化的自動(dòng)控制裝置將直接裝于電動(dòng)機(jī)機(jī)座 上，做

28、到與電動(dòng)機(jī)一體化，節(jié)省了專用的控制柜，從而使設(shè)備可靠性大大提高，且維護(hù)簡(jiǎn)便。許多設(shè)備甚至可以做到鎖門運(yùn) 行，不需監(jiān)視雙向直流電動(dòng)機(jī)控制接口電路如圖5所示。在圖中，采用8255A作為并行接口電路，設(shè)8255A的A 口為輸出方式，B 口和C 口為輸入方式。A 口 PAl、PA0經(jīng) 三態(tài)門74LS125和反向驅(qū)動(dòng)器7406控制4個(gè)光電隔離器和4個(gè)大功率場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管IRF 640(圖中用SW1 SW4表示)。當(dāng)微型機(jī)經(jīng)8255A的A接口輸出02H控制模型(PA1=1, PA0=0)時(shí)，由于鎖存器74LS125中三態(tài)門2是打開的，所 以光電隔離器LEI4導(dǎo)通并發(fā)光，光敏三極管輸出為高電平，因而使大功率場(chǎng)

29、效應(yīng)開關(guān)管1RF640(SW4)導(dǎo)通。同理，74LS125三態(tài)門4輸出為“ 0”，使得三態(tài)門3的控制端口也為“ 0”電平，因此，三態(tài)門3打 開，使光電隔離器LEI1發(fā)光并導(dǎo)通，因而使SW1導(dǎo)通。由同樣分析，此時(shí)SW2和SW3是關(guān)斷的。因此，電流從左至右 流過直流電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)PAl和PA0端口輸出為01H控制模型時(shí)，鎖存器74LS125中的三態(tài)門1、三態(tài)門4輸出為“1”，使得SW2和SW3接通，SW1和SW4關(guān)斷，電流由右向左流過電動(dòng) 機(jī)，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。03H、00H。同理可決定出剎車及滑行時(shí)的模型分別為為了實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)速，用8255 B 口接口的8個(gè)開關(guān)作為脈沖寬度給定值接一個(gè)單

30、刀雙擲開關(guān)。PC0位為方向控制位，位用 當(dāng)PC0=003H、00H。同理可決定出剎車及滑行時(shí)的模型分別為為了實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)速，用8255 B 口接口的8個(gè)開關(guān)作為脈沖寬度給定值接一個(gè)單刀雙擲開關(guān)。PC0位為方向控制位，位用 當(dāng)PC0=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行;PC1=0,啟動(dòng)；若PC1=1，電動(dòng)機(jī)停止。N。C 口的 PCO 和 PC1 各PC0=1時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。PC1電動(dòng)機(jī)來控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，若嚴(yán)A + 12 V74LS125購(gòu)1 1.P比 PR* PB, P巴隅PB :P /圖6所示為采用固態(tài)繼電器接口電動(dòng)機(jī)控制電路原理圖。圖中，管腳3經(jīng)限流電阻R接+5 V直流電壓。2+5 V, 4N2

31、5A4 七刊LFJ1圖5雙向直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路圖隨著電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)出許多種可供直流電動(dòng)機(jī)控制接口的元器件，如固態(tài)繼電器、大 功率場(chǎng)效應(yīng)管、專用接口芯片（如L290）以及專用接口板等。I/O接口的控制管腳，例如PCo,經(jīng)驅(qū)動(dòng)器7406接到固態(tài)繼電器第4管腳。當(dāng)PCo輸出為高平電時(shí)，經(jīng)反向驅(qū)動(dòng)器7406輸出低電平，使固態(tài)繼電器發(fā)光二極管發(fā)光，致使光敏三極管導(dǎo)通，從而使直流電動(dòng)機(jī)繞組通電。反之，當(dāng)PCo輸出為低電平時(shí)，發(fā)光二極管無電流通過，不發(fā)光，光敏三極管隨之截止，因而直流電動(dòng)機(jī)繞組沒有 電流通過。圖中Di為固態(tài)繼電器內(nèi)部的保護(hù)電路，D2為電動(dòng)機(jī)保護(hù)元件。使用時(shí)

32、，應(yīng)根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的工作電壓、工作電流來選定合適的固態(tài)繼電器。近年來，為了滿足與STD總線及PC總線工業(yè)控制機(jī)擴(kuò)展的需要，許多工業(yè)控制機(jī)生產(chǎn)商已經(jīng)開發(fā)生產(chǎn)出各種控制 交、直流電動(dòng)機(jī)的專門控制板。試畫出2種交流伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路圖，說明工作原理。在微型機(jī)控制系統(tǒng)中，除了直流電動(dòng)機(jī)以外，交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用也非常昔遍。因此，交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)近年來也得到 了迅速的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)中一個(gè)非常活躍的領(lǐng)域。由于交流電動(dòng)機(jī)所通過的電流有正、反兩個(gè)方向， 因此其接口電路必須保證電流正、負(fù)兩個(gè)周期都能有電流流過。另一方面，交流電動(dòng)機(jī)的電壓都比較高，一般為交流220V380 V，所以在交流

33、電動(dòng)機(jī)與微型機(jī)接口中，更需要光電隔離器，通常采用交流固態(tài)繼電器。圖所示為采用固態(tài)繼電器交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制電路。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，該電路采用固態(tài)繼電器作為光電隔離器件，圖7中的電阻R4，電容C為消除伺服電動(dòng)機(jī)關(guān)斷時(shí)的浪涌電壓，其開關(guān)元件用三端雙向可控硅。該元件高壓電壓可達(dá)幾百伏，電流可從幾安培到幾十安 培?？刂平油妷簽?V，斷開電壓為IV，控制電壓范圍為3-32V，因此可用于TTL/ CMOS和HMOS等接口電路。+5V0 74Ljy%0 74Ljy%機(jī) Hffi3光教電阻-220V圖7米用固態(tài)繼電器的交流伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路圖當(dāng)3端接+5 v電壓，控制輸出管腳PC0輸出高電平且

34、PC1輸出低電平時(shí)，經(jīng)反向器使4端為低電平時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光，由于過零觸發(fā)電路是由一個(gè)光敏電阻分壓電路組成，所以發(fā)光二極管將引起過零觸發(fā)電路至可控硅的控制電壓升高，使可硅管導(dǎo)通。此時(shí)電動(dòng)機(jī)A相通電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)控制輸出可硅管導(dǎo)通。此時(shí)電動(dòng)機(jī)管腳PC2輸出高電平且PC0輸出低電平時(shí)，電動(dòng)機(jī)B相通電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。從而達(dá)到電動(dòng)機(jī)伺服控制的目的。反之，當(dāng)PC0 （或PC1）為低電平，經(jīng)反向后使4端為高電平時(shí)，發(fā)光二極管熄滅，通過光敏電阻使過零觸發(fā)電路至可控硅的控制電壓下降，當(dāng)交流電壓過零時(shí)將使可控硅關(guān)斷。由此可控制交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止。圖8是單相交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線路 輸出端口的信號(hào)，當(dāng)輸出

35、端口為低電平時(shí)， 磁接觸器的接點(diǎn)閉合，從而使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。220V-圖8是單相交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線路 輸出端口的信號(hào)，當(dāng)輸出端口為低電平時(shí)， 磁接觸器的接點(diǎn)閉合，從而使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。220V-圖8單項(xiàng)交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線路直流伺服電動(dòng)機(jī)可由勵(lì)磁繞組勵(lì)磁，用電樞繞組來進(jìn)行控制；或者由電樞繞組勵(lì)磁，用勵(lì)磁繞組來進(jìn)行控制。理論和實(shí) 踐都充分證明，電樞控制方式比較理想，所以系統(tǒng)中多采用電樞控制方式，勵(lì)磁控制只用于小功率電動(dòng)機(jī)中。圖9是使用直流伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度和位置控制的實(shí)例。從計(jì)算機(jī)輸出端口給計(jì)數(shù)器輸出一個(gè)轉(zhuǎn)軸位置的目標(biāo)值，使直 流伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，再把轉(zhuǎn)軸編碼器產(chǎn)生的電脈沖反饋給減法計(jì)數(shù)器，于是每來一個(gè)

36、脈沖，計(jì)數(shù)器就從目標(biāo)值減去1,直至計(jì) 數(shù)器的內(nèi)容為0,伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置而停止旋轉(zhuǎn)。圖9使用直流伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度和位置控制13試畫出 3種步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路示意圖，說明工作原理步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)過程控制及儀表中的主要控制元件之一。例如，在機(jī)械結(jié)構(gòu)中，可以用絲杠把角度變成直線位移，也可 以用它帶動(dòng)螺旋電位器，調(diào)節(jié)電壓和電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，由于它可以直接接受計(jì)算機(jī)輸出 的數(shù)字信號(hào)，而不需要進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，所以用起來非常方便。步進(jìn)電機(jī)角位移與控制脈沖間精確同步，若將角位移的改變轉(zhuǎn) 變?yōu)榫€性位移、位置、體積、流量等物理量的變化，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的控制。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行

37、元件的一個(gè)顯著特點(diǎn)，就是具有快速啟停能力。如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電機(jī)所提供的200 - 1 000200 - 1 00012 倍，仍然不會(huì)失掉一步。步進(jìn)電機(jī)的另每步著0特點(diǎn)是精度高0卷沒有齒輪傳動(dòng)的情況下，步距角（即每步所轉(zhuǎn)過的角度）可以由度。另返回到原來的位置。如一個(gè)24步面每無論是變磁阻式步進(jìn)電機(jī)還是永磁式步進(jìn)電機(jī)，它們都能精確地步為15度）的步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)其向正方向步進(jìn)48步時(shí)，剛好轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)。如步為果再反方向轉(zhuǎn)48步，電動(dòng)機(jī)將精確地回到原始的位 置。正因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)具有快速啟停、精確步進(jìn)以及能直接接收數(shù)字量的特點(diǎn)，所以使其在定位場(chǎng)合 中得到了廣泛的應(yīng)用。如在繪圖機(jī)、打印機(jī)及光學(xué)儀器中，都采用步進(jìn)電機(jī)來定位繪圖筆