1、第七章控制系統(tǒng)整體的設(shè)定修訂、第一節(jié)設(shè)定修訂步驟和方法第二節(jié)加熱爐溫度控制系統(tǒng)第三節(jié)鐵路信號微機監(jiān)視系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)的設(shè)定修訂是理論和工程的實際結(jié)合，生產(chǎn)過程的工藝性能、被測殘奧儀表的測量方法以及被控對象的動態(tài)， 需要掌握靜態(tài)特性的微型計算機控制系統(tǒng)的硬件檢測微型計算機、存儲器、I/O接口、輸入輸出通道、致動器和通信、顯示、打印等設(shè)備。 根據(jù)系統(tǒng)的要求，設(shè)定修正數(shù)據(jù)采樣程序、A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序、數(shù)字轉(zhuǎn)換程序、數(shù)字濾波器等程序、各種控制算法和非線性補償程序等各種應(yīng)用程序。 如何將微機控制系統(tǒng)分為易于實現(xiàn)的多個組成部分，可以使軟、硬分配運用合適，且結(jié)構(gòu)簡單，實時性強，價格便宜，功能完善，設(shè)計

2、訂正者要求有較強的綜合運用知識和一定的實踐經(jīng)驗。 本章著重研究微機控制系統(tǒng)的設(shè)定修正方法和步驟，舉例進行說明。 第一節(jié)微機控制系統(tǒng)的設(shè)定訂正程序和方法微機控制系統(tǒng)的設(shè)定訂正應(yīng)包括： 1、系統(tǒng)整體方案設(shè)定訂正2、控制系統(tǒng)硬件設(shè)定訂正3、控制系統(tǒng)軟件設(shè)定訂正4、系統(tǒng)模擬和調(diào)試。 一、確定控制系統(tǒng)總體方案確定微機控制系統(tǒng)總體方案是進行系統(tǒng)設(shè)置修訂的最重要一步。 總體方案的好壞直接影響整個控制系統(tǒng)的投資、質(zhì)量和功能的調(diào)整。 總體方案的設(shè)定修訂可從以下方面考慮： 1、系統(tǒng)的功能要求在確定控制系統(tǒng)的設(shè)定修訂方案之前，應(yīng)對現(xiàn)場進行充分的調(diào)查和了解，明確該控制系統(tǒng)的詳細功能和要求；2 )控制功能的要求是閉環(huán)控

3、制還是閉環(huán)控制，要求的控制(3)人機界面的要求包括顯示、警報、打印、輸入輸出操作的要求等。 (4)系統(tǒng)的運行環(huán)境溫度、濕動、振動、各種噪聲等。 (5)系統(tǒng)的可靠性和可維護性。 2、根據(jù)功能要求粗選要實現(xiàn)的硬件和軟件(1)硬件：包括傳感器、微計算機、輸入輸出通道、致動器、各種外圍設(shè)備等。 (2)軟件：包括操作平臺、管理監(jiān)控程序等系統(tǒng)軟件和控制算法、數(shù)據(jù)采集和處理等應(yīng)用軟件。 3 .制作控制系統(tǒng)整體原理圖，制作詳細的設(shè)定修訂技術(shù)文件結(jié)合工業(yè)過程，制作控制系統(tǒng)整體原理圖，制作祥細的技術(shù)文件，征求委托人和現(xiàn)場作業(yè)人員的意見，反復(fù)修改，確定整體方案直至雙方滿意。 二、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)定修正可以在系統(tǒng)的整

4、體方案完成后，進行系統(tǒng)的硬件設(shè)定修正，在整體設(shè)定修正中將粗選的硬件細分來實施。 1 .建立控制系統(tǒng)的方案根據(jù)功能要求決定采用數(shù)據(jù)采集、直接數(shù)字控制、校正機監(jiān)視、分散控制中的哪一個。 2 .根據(jù)微型計算機的選擇控制方式，可以選擇不同的微型計算機。 在選擇計算機時，主要考慮以下幾點： (1)機型：單片機、PLC、STD機床、PC機床。 (2)計算機等級。 l位： 4位、8位、16位、32位、l存儲器：內(nèi)外存儲種類和容量l的兼容性和擴展性要求3、檢測元件和致動器的選擇檢測元件影響控制系統(tǒng)的精度，測量各種殘奧儀的傳感器和發(fā)射器的種類很多，參照手冊和制造商的說明書正確且詳細致動器與控制算法相匹配，并由受

5、控對象的實施形態(tài)來決定。電動作動器響應(yīng)速度快，與修正機的接口容易，成為修正機控制系統(tǒng)的優(yōu)先。 氣動執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，使用可靠。 液壓傳動輸出功率大，結(jié)構(gòu)緊湊，便于控制調(diào)整。 可以按系統(tǒng)進行選擇。 4、輸入輸出通道及外圍設(shè)備的選擇輸入輸出通道由被控制對象殘奧儀表確定，根據(jù)系統(tǒng)的功能要求配備適當(dāng)?shù)耐鈬O(shè)備。 (1)被控制對象殘奧儀表的數(shù)目(2)數(shù)據(jù)的類型、字長和位數(shù)(3)串行工作還是殘奧等級工作、數(shù)據(jù)的傳送速度(4)對于顯示印刷有什么樣的要求？ 輸入輸出通道可購買A/D、D/A轉(zhuǎn)換接口板、開關(guān)量I/O板、實時時鐘板、電動機控制板等現(xiàn)成接口板，主要適用于工業(yè)PC和STD總線工業(yè)控制系統(tǒng)。

6、另一個方案是根據(jù)系統(tǒng)的實際需要，選擇適當(dāng)?shù)男酒孕性O(shè)定修正，一般用于單片機控制系統(tǒng)的設(shè)定修正內(nèi)容有內(nèi)存、顯示器、模擬輸入輸出通道、開關(guān)量輸入輸出通道等。 5、操作面板操作面板也稱為操作臺，是人們會話的紐帶。 操作面板應(yīng)易于使用，操作簡單，安全可靠，具有自動保護能力，避免誤操作造成的不良影響。 操作面板的主要功能有： (1)將源程序輸入微機的存儲器；(2)監(jiān)視控制系統(tǒng)的執(zhí)行狀況；(3)根據(jù)過程要求，修正控制殘奧儀表和規(guī)定值，選擇動作方式和控制電路；(4)打印顯示結(jié)果，設(shè)定報警狀態(tài)；(5)多個為了實現(xiàn)上述功能，操作臺設(shè)置了很多按鈕和開關(guān)，通過接口與主機連接。 為了安全起見，請在操作面板上設(shè)置電子鎖

7、。 6 .其他包括電源、時鐘、負載匹配、抗干擾等問題。 硬件設(shè)置修訂的最后成果是畫出祥細的硬件電路圖，提供給制造商。 三、控制系統(tǒng)軟件配置控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件主要由操作系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、開發(fā)系統(tǒng)和信息處理等軟件組成，完成資源管理、系統(tǒng)故障診斷、各種語言的編譯等任務(wù)。 現(xiàn)在購買的微型計算機備有系統(tǒng)軟件，只需根據(jù)需要進行選擇，無需自己修改。 控制系統(tǒng)的應(yīng)用主要是過程監(jiān)控、過程控制和控制算法。 由各種公共服務(wù)計劃等軟件構(gòu)成。 應(yīng)用程序軟件通常是根據(jù)用戶的需要和系統(tǒng)控制功能而獨立修訂的。 1、對控制系統(tǒng)的應(yīng)用的要求。 (1)實時工業(yè)控制系統(tǒng)是實時控制系統(tǒng)，要求以預(yù)定的時間間隔完成系統(tǒng)的校正、處理和控制，因

8、此對應(yīng)用程序的執(zhí)行速度有所要求。 為了提高軟件的運行速度，控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件采用了匯編語言或匯編語言與高級語言的混合創(chuàng)建方法。 常用的高級語言有c語言、PC/M語言、FORTH語言等。 (2)采用靈活性和通用性結(jié)構(gòu)化程序方式，作為子程序制作共享程序。 這種模塊結(jié)構(gòu)的設(shè)置修改方法使應(yīng)用軟件具有通用性和靈活性，大大簡化了編程過程。 (3)在可靠性微機控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要，是控制系統(tǒng)正常運行的基本保障。 為了保證軟件的可靠性，可以設(shè)置診斷程序，使系統(tǒng)能夠按時診斷，近年來，廣泛采用watchdog方法，提高軟件的可靠性。 2 .當(dāng)設(shè)定修正控制系統(tǒng)應(yīng)用時，控制系統(tǒng)應(yīng)用的分類大多被分類為主程序

9、、子例程和中斷服務(wù)程序三種。 (1)主程序主程序調(diào)用各種控制殘奧儀表的初始化、I/O接口、堆棧、訪問數(shù)據(jù)區(qū)域的地址設(shè)定、子程序的入口地址，應(yīng)該包括中斷向量和中斷控制方式的設(shè)定等。 (2)子程序完成控制系統(tǒng)的各種功能。 完整的控制系統(tǒng)可能包含以下功能子例程：標準時間子例程各種算術(shù)和邏輯運算子例程A/D、D/A轉(zhuǎn)換子例程數(shù)字濾波器子例程、控制算法子例程比例轉(zhuǎn)換子例程顯示和報警子例程等(3)中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序(2)在決定哪個任務(wù)和功能能夠在子程序中完成，哪個任務(wù)在中斷源，能夠在中斷服務(wù)程序中解決的基礎(chǔ)上，設(shè)定修改主程序。 (3)制作各程序的流程圖(4)選擇適當(dāng)?shù)男拚嬎銠C語言制作各程序(5)上

10、機調(diào)試。 四、系統(tǒng)的調(diào)試和運行可以在硬件設(shè)置修訂和軟件設(shè)置修訂完成后，對系統(tǒng)進行調(diào)試試運行，檢測設(shè)置修訂效果和問題點。 1 .硬件調(diào)試硬件調(diào)試可以排除設(shè)置糾錯、安裝過程性故障和原型故障。 (1)離線檢查拔出所有集成芯片，給系統(tǒng)供電，用測試儀和邏輯儀檢查芯片各引腳的電位和連接，排除接線錯誤、開路和短路，確認沒有錯誤后插入芯片。 (2)如果存在已經(jīng)進行在線調(diào)試的原型，則去除調(diào)試系統(tǒng)的CPU和EPROM，連接原型并運行，觀察各部分的接口電路的動作狀態(tài)是否滿足設(shè)定修正請求。 通過執(zhí)行簡單的程序，也可以觀察各部件是否正常運行。 2 .軟件調(diào)試軟件的調(diào)試目的是驗證應(yīng)用程序軟件的功能并糾正軟件錯誤。 (1)

11、手動組件對設(shè)定修正軟件源程序的各指令進行手動解碼，輸入到原型中的靜態(tài)RAM中進行調(diào)試，如果發(fā)現(xiàn)錯誤則進行修正，但該方法不需要增加設(shè)備，雖然簡單，但速度慢。 (2)模擬可以使用模擬軟件在PC上調(diào)試匯編語言程序，完成后轉(zhuǎn)移到硬件系統(tǒng)進行調(diào)試。 調(diào)試完成后，可以通過使用EPROM寫入器將目標代碼寫入EPROM來啟動系統(tǒng)。 3、經(jīng)過硬件、軟件協(xié)作調(diào)試硬件、軟件單獨調(diào)試的系統(tǒng)，在運行中也可能發(fā)生硬件、軟件的不一致，因此協(xié)作調(diào)試也是必要的。 在共同調(diào)試中可能發(fā)現(xiàn)設(shè)定修正上的不足和錯誤，必要時必須反復(fù)修正，直到滿足設(shè)定修正案。 實驗室的調(diào)整作業(yè)完成后，可以組裝到整個機器上，移動到現(xiàn)場，直到能夠穩(wěn)定地進行現(xiàn)場

12、運行和進一步的調(diào)整作業(yè)為止。 第二節(jié)加熱爐溫度控制系統(tǒng)溫度是工業(yè)對象中最主要的受控殘奧儀表之一。 特別是在冶金、化學(xué)工業(yè)、機械的各種工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等。 根據(jù)爐的種類不同，使用的加熱方法和燃料也不同。 例如煤氣、天然氣、油、電等。 因為控制系統(tǒng)本身的動態(tài)特性基本上是一階純滯回性的一部分，所以根本上與控制算法相同。 實踐證明，用微機控制爐窯，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量、節(jié)省能源、改善工作條件等方面顯示出無與倫比的優(yōu)勢。 本節(jié)主要介紹由8031單片機構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理和程序設(shè)定糾正方法。 一、構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)的該系統(tǒng)以天然氣加熱的退火爐8臺為對象，主要用于鋼材的熱處

13、理改變鋼材的物理性能。 被測量殘奧表主要是溫度，測量范圍是0-1000。 因此，我們采用8031單片機作為主機。 其原理框圖如圖9-1所示。 (P252) (1)被測量殘奧儀表的溫度通過熱電偶測量后，變換為mV信號(2)，通過發(fā)射器變換為0-5V電壓信號(3)，經(jīng)由多開關(guān)，將8臺退火爐的溫度測量信號以時分方式傳送給采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器在進行的CPU中進行了數(shù)據(jù)處理(數(shù)字濾波、比例轉(zhuǎn)換、數(shù)字控制修正運算)之后，發(fā)送顯示，判斷是否有警報，另一方面，(5)與預(yù)定值進行比較，并根據(jù)偏差值進行控制修正運算。(6)控制器輸出是通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號，帶電動執(zhí)行機構(gòu)動作。 (7)

14、取樣值大于規(guī)定值時，減小天然氣閥門，相反打開大閥門。 這樣通過改變進入退火爐的天然氣的流量，以控制溫度為目的。 本系統(tǒng)不僅可以進行恒溫控制，還可以通過軟件設(shè)定修正，以一定的升溫曲線進行控制。 如果系統(tǒng)內(nèi)的某個退火爐發(fā)生低限或超限警報，就會發(fā)出聲音警報信號，提醒作業(yè)人員注意，采取對策。 二、由于溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)置訂購控制系統(tǒng)的硬件是實現(xiàn)溫度控制的基礎(chǔ)，因此溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)置訂購是非常重要的。 主要設(shè)定修訂內(nèi)容有溫度測量、A/D轉(zhuǎn)換、單片機系統(tǒng)、鍵盤操作系統(tǒng)、溫度顯示電路、警報電路、D/A轉(zhuǎn)換等。 下面介紹一些硬件電路的設(shè)置修正方法。 (1)檢測元件及溫度變送器退火爐的溫度測溫范圍為0-1

15、000，檢測元件選擇鎳鉻-鎳鋁熱電偶(分度編號為k )，其對應(yīng)的輸出信號為0-41.2643mV。 溫度變送器采用現(xiàn)有的集成一體型變送器，0-1010對應(yīng)輸出為0-5V。 因為本系統(tǒng)使用12比特A/D轉(zhuǎn)換器，所以系統(tǒng)采樣分辨率為1010/40960.25/LSB。 其溫度數(shù)字量對照表如表9-1所示。 表9-1溫度/數(shù)字對照表溫度() 01002003004005006007008009001010熱電偶輸出(mv ) 04.1014.12.2116.4020.6524.9029.1333.2937.3341.56寄存器輸出(v )0. 1.972.482.993.004.485.00a/d輸出

16、(h ) 000191322 b 364 e7f 0991 b 33cc de 56fff，(2)a/d轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)取樣本系統(tǒng)采用AD574，而12位a/即CD4051:的多開關(guān)LF398 :采樣保持器74LS175 :鎖存器AD574: A/D轉(zhuǎn)換器、雙極、左對齊板(1)的被測量殘奧儀表用多開關(guān)CD4051柵極，并被傳送到采樣保持器的輸入端。 多路徑開關(guān)的選擇控制端子a、b、c以及允許鎖存器端子INH控制其中一個路徑導(dǎo)通。 (2)通過A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)束標記STS的狀態(tài)來控制采樣/保持的操作狀態(tài)。 A/D轉(zhuǎn)換正在進行中(或未進行中)，STS輸出為高電平，反轉(zhuǎn)后變?yōu)榈碗娖?，發(fā)送到S/H的邏輯

17、控制端(Logic )，使S/H保持狀態(tài)，此時開始A/D轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量從8031的數(shù)據(jù)總線分2次讀取到CPU寄存器。 (3)當(dāng)開關(guān)結(jié)束時，STS從高電平改變到低電平，并且反轉(zhuǎn)到高電平，因此S/H反轉(zhuǎn)為采樣狀態(tài)。 由于該方法不需要單獨發(fā)送S/H控制信號，所以加快系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)速度。 (3)鍵盤/顯示接口電路對4位LED顯示器進行了修改，使操作人員能夠隨時掌握每個人爐的溫度變化。 第1位是頻道號碼，第24位是顯示溫度，最大為999。 顯示方法的設(shè)定修改如下： (1)自動循環(huán)顯示：在這種方式下，計算機自動對取樣的1#-8#退火爐的溫度進行循環(huán)顯示，同時顯示通道編號；(2)定點顯示：操作員隨時可以任意觀察任意一個退火爐的溫度，兩種顯示方式可以任意切換系統(tǒng)修訂了44矩陣鍵盤。 其中