机电一体化 第七章 机电一体化典型系统设计

《机电一体化 第七章 机电一体化典型系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电一体化 第七章 机电一体化典型系统设计（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第七章 机电一体化典型系统设计,第一节 检测系统的设计方法 第二节 检测控制系统设计 第三节 计算机控制系统设计 第四节 计算机数据采集与控制组合系统设计 第五节 计算机多机控制系统设计 ,第一节 检测系统的设计方法,一、 检测系统的分类 在设计检测系统中，根据系统的设计要求和所完成的功能，确定传感器、放大器、记录仪型号规格、精度、量程等。目前常用的检测系统按照完成的功能分类： (1) 信号检测记录系统 （计算机，磁带机，光线示波器等）； (2) 信号检测显示记录系统（数字表记录检测结果）； (3) 信号检测显示和记录系统（数字表和其他记录仪）； (4) 信号检测显示与控制组合系统。,下一页,

2、二、 检测系统的设计要求 1. 检测系统的设计方式 (1) 单元选择组合式； (2) 单元分别设计组合式； (3) 单元选择与单元设计组合式。 2. 检测系统的设计要求 (1) 检测系统的记录方式包括信号检测显示与信号检测记录两种; (2) 检测系统的应用单元部件的性能精度指标应高于检测系统总精度指标12倍; (3) 检测系统的单元部件耐用性、可靠性、稳定性要好; (4) 检测系统的单元使用维护方便、抗干扰性能好、适应性好; (5) 检测系统设计结构简单、投资少、使用方便、经济性好; (6) 检测系统使用的环境条件应满足总体的使用要求; (7) 检测系统结构尺寸，安装方式，操作方式应符合总体设

3、计的使用要求。,上一页,下一页,三、 检测系统设计方法 1. 检测系统设计分析 检测系统设计分析是确定检测系统总体方案的重要阶段，主要是对要设计的系统运用系统论的观点和方法进行全面的分析和研究。对于检测系统设计问题是一个涉及知识面较广泛的综合技术。它不但要求设计者对检测对象要有充分的了解，明确检测的目的和具体的要求，熟悉检测系统单元设备的性能特点和应用方法，而且要具备系统分析的能力，解决系统有关问题的能力。 (1) 检测系统分析主要解决下列问题： 确定设计检测系统的目标和检测系统的功能。 提出检测系统的初步设计方案，分析设计方案是否合理？是否可行？ 提出设计检测系统的具体实施计划，包括资金、人

4、力、物力和设备的分配、研究的条件。 给出检测系统的关键技术问题，并进行分析研究，制定解决方案。 ,上一页,下一页,(2) 检测系统分析工作过程设计： 确定任务。 提出初步设计方案. 可行性分析。 2. 检测系统设计方案的选择 对于设计检测系统时，在满足系统总体技术指标的前提下，选择最佳的检测系统设计方案。在选择设计检测系统中应考虑以下几个问题。 (1) 检测参数及检测内容： 测试物理信号(压力、力、温度、厚度、流量、位移等)； 检测信号的范围； 检测参数的特性； 检测参数的条件。 (2) 检测信号的特点： 静态信号检测； 动态信号检测； 瞬态信号检测； 检测系统的工作条件（低温、常温、高温、超

5、高温）。 (3) 检测记录方法的选择： 数字显示式记录方式； 模拟式记录方式； 计算机记录方式。,上一页,下一页,3. 检测仪表的选择方法 (1) 量程的选择 传感器量程的选择 放大器量程的选择。 记录仪器的选择。 (2) 精度的选择。 (3) 频率特性的选择 检测仪表工作频率 传感器的固有频率 (4) 检测系统稳定性 检测系统长期稳定性误差 检测系统抗干扰性能要好，无干扰误差影响。 (5) 检测方式的选择。检测分为接触式检测和非接触式检测两种方法，应根据检测系统设计要求选择相应的检测方法。,上一页,下一页,4. 检测系统的设计原则 (1) 重复性原则。 (2) 随机性原则。 (3) 动态响应

6、特性。 (4) 稳定性和可靠性。(5) 配套性原则。(6) 记录方式选择原则 5. 检测系统设计 检测系统设计阶段是对要进行设计的新系统具体实现设计的阶段，主要进行的工作是： (1) 检测系统功能结构设计。 (2) 检测系统组织结构的设计。 (3) 检测系统的信息结构和动作结构设计。 (4) 各单元的设计制造与选择。 (5) 总装调试和实验分析。,上一页,下一页,四、 检测系统设计实例 1. 设计已知条件 塑料、橡胶石化高温黏调熔体生产线，检测压力小于6 MPa，温度小于300 ，检测精度小于0.5%，采用数字表实时显示测量结果。 2. 检测仪表的选择 (1) 传感器的选择： 压力传感器的型号

7、 PT123，量程8 MPa，精度0.1% 温度传感器的型号TR100，量程400 ，精度0.2% (2) 放大器的选择： 型号BZ2002，精度0.1%，频率5 kHz，两通道，增益可调。 (3) 记录仪表选择： 压力检测显示DT9508B31/2数字表精度0.1% 温度检测显示DT9408B41/2数字表精度0.05% 3. 检测系统组成如图7-1所示。 4. 检测系统准确度估算方法,上一页,返 回,返 回,图7-1 压力与温度检测系统图,第二节 检测控制系统设计,一、 检测控制系统分类 1. 按照被控制对象分类 (1) 开关量控制式；(2) 电机类工作控制式。 2. 按照控制工作方式分类

8、 (1) 直接控制工作方式； （2） 间接控制工作方式； (3) 实时跟踪控制工作方式。 3. 按照控制参数分类 (1) 单路信号控制； （2） 多参数信号控制； （3） 综合控制方式。,下一页,二、 检测控制系统设计方法 1. 检测控制系统设计分析 检测控制系统设计分析是确定检测控制系统总体设计方案的重要部分。根据所要设计的检测控制系统的作用、功能、应用要求，进行全面的分析和研究。制定具体的设计方案，应考虑及解决的问题。 (1) 设计技术指标的确定 检测控制的参数 检测控制精度参数。 检测控制类型的确定。 检测控制系统应用条件的设计。 检测控制系统保护方法。 结构尺寸，安装尺寸的设计等 2.

9、 检测控制系统的设计方法 (1) 检测控制传感器的选择 检测常用的传感器有电阻式、电阻应变式、光电式、电感式、压阻式、组合式等。 检测传感器量程 检测传感器精度应小于总体设计要求的1/3倍。 动态响应频率。 传感器长期稳定性，可靠性要好。 传感器结构尺寸符合总体设计要求。 传感器应适合控制应用工作环境条件。,上一页,下一页,(2) 应用放大电路设计与选择 选择配套的放大器，各项性能指标满足设计要求。 设计应用电路，选择高精度、高稳定性元器件进行最佳设计。 设计应用电路，必须进行性能测试，可靠性、稳定性测试，按照有关规定进行全面测试合格后再用到产品中。 (3) 控制器设计与选择 开关件继电器的选

10、择：工作电压、控制电压、控制电流、控制时间、结构尺寸满足系统设计要求。 控制电路设计应与被控制对象相匹配。 电机与驱动器,负载匹配选择，满足系统设计要求。,上一页,下一页,三、 检测控制系统设计实例 1. 高温暖气锅炉压力检测控制系统设计条件 暖气锅炉内工作压力为00.8 MPa，当压力大于1 MPa时要实现报警，并且自动关闭锅炉供油系统，实时显示检测结果。设计检测控制系统，控制精度小于0.5%。 2. 检测控制系统设计 (1) 压力传感器选择 型号PT123(UYY-1、ZQ-Y)，精度0.1%，量程1.5 MPa (2) 放大器选择： 型号YE3817(BZ204)，精度0.1%，输出电压

11、12 V，电流100 mA (3) 数字电压表 DT405B，41/2数字压力表， 精度小于0.1% (4) 报警器选择KZY-1型 (5) 液体电磁阀选择YK2K2型 (6) 控制电路设计：高温暖气锅炉内工作压力正常值00.8 MPa，当大于1 MPa以上时，出现超载，为了防止锅炉爆炸，安装检测控制系统。为了实现控制显示的直观性，控制电路设计选择0.8 MPa显示电压8 V，1 MPa压力显示电压10 V，相当于0.1 MPa压力显示1 V电压。控制电路设计如图72所示。 3. 压力检测控制系统图（如图73所示）,上一页,返 回,返 回,图7-3 压力检测控制系统方框图,图72控制电路图,第

12、三节 计算机控制系统设计,一、 计算机控制系统的组成 计算机控制系统由计算机和控制系统两大部分组成，其中计算机部分包括硬件和软件，控制部分包括驱动电路和执行单元等。 1. 硬件组成 硬件由计算机主机、控制电路及外部设备等组成。 (1) 计算机。它是整个控制系统的指挥部。它可接收从操作台来的命令，对系统的各参数进行巡回检测，执行数据处理、计算和逻辑判断、报警处理等，并根据计算的结果通过接口发出输出命令。它是组成计算机控制系统的主要部分。 (2) 接口与输入/输出通道。它是计算机与被控对象进行信息交换的纽带。计算机输入数据或向外发送信号都是通过接口及输入输出通道进行的。 (3) 外部设备。计算机控

13、制系统中最基本的外部设备为操作台。它是人机对话的联系纽带。 (4)传感器和执行机构。,下一页,2. 计算机控制软件 对于计算机控制系统来讲，软件可分为两大类：实时软件和开发软件。 (1) 实时软件分为两大类：系统软件和应用软件。 (2) 开发软件包括各种语言处理程序（如汇编程序、C语言程序），服务程序（如装配程序、编辑程序），调试和仿真程序等。 (3)控制软件包括三种语言：汇编语言、BASIC语言、C语言控制软件。 (4) 计算机控制系统性能评价软件。,上一页,下一页,二、 计算机控制系统分类 1. 按照计算机控制系统组成分类 (1) 单片机控制系统，传感器、放大器、驱动控制器和执行设备组成。

14、 (2) 计算机、 AK控制器、输出接口控制器、驱动控制器和执行设备组成自动控制系统。 (3) 计算机、A/D转换器、输出接口控制器、驱动控制器和执行设备组成控制系统。 (4) 计算机、A/D转换器、D/A转换器、输出接口电路、驱动器、执行设备、传感器和信号放大器组成检测控制系统。 (5) 计算机综合控制系统由A/D转换器、D/A转换器、AK控制器、输出接口多路控制器、驱动控制器、执行设备、传感器和放大器等组成。可实现自动控制的同时，又可实现自动采集分析处理输出控制，多路信号输出控制，开关量控制和电机类控制等。,上一页,下一页,2. 按照计算机输出控制原理分类 (1) 自动控制方式。 (2)

15、检测控制方式。 3. 按照计算机控制系统工作方式分类 (1) 定频定位控制工作方式。 (2) 变频控制工作方式。 (3) 循环输出控制工作方式。 (4) 升频输出控制工作方式。 (5) 多参数分时输出状态控制工作方式。 (6) 顺序控制工作方式。 (7) 过程检测控制工作方式。 (8) 综合控制工作方式。 (9) 计算机开环控制工作方式。 (10) 计算机闭环控制工作方式。,上一页,下一页,4. 按照计算机控制系统功能分类 (1)操作指导控制系统。 （2） 直接数字控制系统（DDC）。其系统组成如图7-4所示。 （3）计算机监督控制系统（SCC）。SCC系统就其结构来讲，可分为SCC+模拟调节器和SCC+DDC控制系统两类。 SCC+模拟调节器控制系统。该系统的原理图,如图7-5所示。 SCC+DDC控制系统。该系统的原理图如图76所示。 控制系统的优点： A能根据工况变化，改变给定值，在程序的作用下，以实现最优控制。 B SCC+模拟调节器法适合于老企业改造，即用上了原来的模拟调节器，又用计算机实现了最佳给定值控制，或者自动控制。 C可靠性好。SCC有故障时可用DDC或模拟调节器工作，或DDC有故障时用SCC来代替工作。 D 具有DDC的那些优点，可实现补充。