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附件1：外文資料翻譯譯文
應(yīng)用于電氣系統(tǒng)的可編程序控制器
摘要 此項(xiàng)目主要是研究電氣系統(tǒng)以及簡(jiǎn)單有效的控制氣流發(fā)動(dòng)機(jī)的程序和氣流系統(tǒng)的狀態(tài)。它的實(shí)踐基礎(chǔ)包括基于氣流的專(zhuān)有控制器、自動(dòng)化設(shè)計(jì)、氣流系統(tǒng)的控制程序和基于微控制器的電子設(shè)計(jì)。
1.簡(jiǎn)介
使用電氣技術(shù)的自動(dòng)化系統(tǒng)主要由三個(gè)組成部分：發(fā)動(dòng)機(jī)或馬達(dá)，感應(yīng)器或按鈕，狀如花瓣的控制零部件。現(xiàn)在，大部分的系統(tǒng)邏輯操作的控制器都被程序邏輯控制器（PLC）所取代。PLC的感應(yīng)器和開(kāi)關(guān)是輸入端，而發(fā)動(dòng)機(jī)的直接控制閥是輸出端，其中有一個(gè)內(nèi)部程序操控所有運(yùn)行必需的邏輯，模擬其他的裝置如計(jì)算器、定時(shí)器等，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。
因?yàn)榭梢愿鶕?jù)需要無(wú)數(shù)次創(chuàng)建和模擬這樣的系統(tǒng)，所以皆由PLC的使用，此項(xiàng)目有靈活的優(yōu)點(diǎn)。因此，可以節(jié)省時(shí)間，減少失誤的危險(xiǎn)，同時(shí)在使用相同材料的情況下，它可以更加精密。
市場(chǎng)上的許多家公司都使用了常規(guī)的PLC，它不僅可以用氣流系統(tǒng)來(lái)控制，還可以用各種電氣設(shè)備。PLC 的用途廣泛，可以應(yīng)用于許多工業(yè)生產(chǎn)中，甚至用于建筑物的安全和自動(dòng)化系統(tǒng)中。
由于以上的各種特性，在一些實(shí)際應(yīng)用中PLC提供了很多的資源，甚至包括不控制系統(tǒng)的資源，電氣系統(tǒng)就是一種這樣的應(yīng)用。對(duì)于自動(dòng)化的工程，PLC的使用是比較昂貴的，尤其是對(duì)那些小型的系統(tǒng)。
針對(duì)這種情況可行的一種辦法是創(chuàng)建一個(gè)可提供特定尺寸和功能的控制器。這種控制器可以根據(jù)微控制器來(lái)制作。
這種基于微控制器的適用范圍比較小，只能用于一個(gè)類(lèi)型的機(jī)器或者可以用做一個(gè)像普通PLC一樣可以被編程的控制器，那樣它就可以通過(guò)可變化的邏輯程序來(lái)進(jìn)行各種作業(yè)。所有的這些特性根據(jù)具體需要的不同而不同，具體的設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)的不同而不同。但是這種設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)人員非常了解自己的控制器，可以自由掌握控制器的大小尺寸，改變它的功能。這就意味著此項(xiàng)目有更多的獨(dú)特性，但同時(shí)系統(tǒng)的控制也由它的設(shè)計(jì)者所控制。
2.電氣系統(tǒng)
人們可以從一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中找到三個(gè)上文中提到的基本部件，外加一個(gè)控制系統(tǒng)的邏輯線(xiàn)路。只有成熟先進(jìn)的技術(shù)能做出特定的邏輯線(xiàn)路和執(zhí)行正確操作所需要的部件升級(jí)。
對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)自動(dòng)程序可以完成，但是對(duì)于間接或更加復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的程序就會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的線(xiàn)路和錯(cuò)誤的信號(hào)。這是就需要另一種方法可以節(jié)省時(shí)間，產(chǎn)生清晰線(xiàn)路，能夠防止偶然的信號(hào)交疊和線(xiàn)路堵塞。
這種方式的不同標(biāo)準(zhǔn)的線(xiàn)路基法叫循序漸進(jìn)式或規(guī)則系統(tǒng)，它對(duì)氣流和電氣系統(tǒng)非常有效，而且也是此項(xiàng)目的一個(gè)基礎(chǔ)。它包括根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)各個(gè)不同變化所設(shè)基礎(chǔ)上的系統(tǒng)。
第一步是為每個(gè)步驟設(shè)計(jì)那些種標(biāo)準(zhǔn)的線(xiàn)路。第二步是連接接收來(lái)自感應(yīng)器，開(kāi)關(guān)和先前的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)把空氣或電傳送給每個(gè)步驟的補(bǔ)給線(xiàn)。如圖中所示， 1 和 2 標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)路是為氣流的和電氣系統(tǒng)服務(wù).我們能夠很清楚的看到每一步驟和下一個(gè)步驟之間的聯(lián)系。
3.控制器內(nèi)部的應(yīng)用原理
上述方法可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)都被很好地用步驟來(lái)定義。這也就是說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)的每一次運(yùn)動(dòng)變化都是系統(tǒng)的一個(gè)新的狀態(tài)，而兩個(gè)不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變叫做步驟。
先前提到的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)路可以幫助設(shè)計(jì)人員定義系統(tǒng)的不同狀態(tài)和不同步驟的變化所帶來(lái)的不同環(huán)境。在設(shè)計(jì)的最后階段，系統(tǒng)中會(huì)有一個(gè)從來(lái)不變化的序列和明確的輸入和輸出端。我們把一個(gè)序列從輸入端輸入，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后，由輸出端輸出。
這些步驟的所有過(guò)程都是在微控制器內(nèi)部進(jìn)行的，并且以同樣的方式在運(yùn)行著。部件的序列在控制器里被 5個(gè)位元組規(guī)劃；每個(gè)部分都有程序的一個(gè)步驟結(jié)構(gòu)。輸入端有二個(gè)位元組,輸出端有一個(gè)，其他結(jié)構(gòu)部分和附加功能步驟有兩個(gè)。在編程之后，部件序列被內(nèi)部微控制器的記憶所儲(chǔ)藏，因此，他們是可讀的而且可以運(yùn)行。
不同于傳統(tǒng)的PLC，這種控制器的工作目的是成為特定領(lǐng)域設(shè)計(jì)的多用控制器。傳統(tǒng)的 PLC 的系統(tǒng)運(yùn)行程序是一個(gè)循環(huán)的線(xiàn)路：輸入一個(gè)圖像,運(yùn)行所有的內(nèi)部程序, 然后升級(jí)輸出的狀態(tài)。這一個(gè)控制器以不同的方式工作,它讀取步驟的結(jié)構(gòu),等待輸入,然后升級(jí)或輸出，然后直接跳躍到下一個(gè)步驟，開(kāi)始另一次的程序運(yùn)行。
它也有局限性，例如這種控制器有時(shí)會(huì)不執(zhí)行指令，在同一程序指令下，會(huì)出現(xiàn)某一個(gè)運(yùn)行的反復(fù)等等，但是這一個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)外部的邏輯運(yùn)行解決。另外，這中控制器在沒(méi)有序列的系統(tǒng)上不能夠被應(yīng)用。這些局限性也是這個(gè)系統(tǒng)的特性，這種系統(tǒng)的每一個(gè)應(yīng)用都必須要有相應(yīng)的系統(tǒng)分析。
4.控制器的特色
這種控制器以微集成電路微控制器 PIC16F877 為基礎(chǔ),它擁有全部此次項(xiàng)目所需要的資源。它有足夠的插孔，線(xiàn)路連續(xù)通訊 EEPROM 記憶解救系統(tǒng)的所有結(jié)構(gòu)和步驟的序列。它提供了項(xiàng)目所需要的所有的運(yùn)行，例如定時(shí)器和分岔等。
我們做出了控制器的資源目錄，想盡可能的使它變的完善。在步驟的運(yùn)行過(guò)程中，程序自動(dòng)選擇如何讀取每一步驟的結(jié)構(gòu)。這個(gè)操作有兩個(gè)位元組位于電子輸入處。一個(gè)位元組位于輸出端，還有一個(gè)被用作內(nèi)部定時(shí)器，類(lèi)似輸入或暫停功能。EEPROM 記憶內(nèi)部是 256 位元組，可以?xún)?chǔ)藏所有步驟的運(yùn)行,即可以?xún)?chǔ)藏 48個(gè)步驟之間的所有運(yùn)行。
除了一個(gè)互動(dòng)菜單外，這種控制器還有一個(gè)控制臺(tái)和一些指令按鈕，他們一起控制各個(gè)步驟的運(yùn)行和連續(xù)性，也控制其他的一些裝置。
4．1交互作用
在實(shí)際運(yùn)行操作中，控制器需要有一些輔助設(shè)備幫助它和使用者進(jìn)行互動(dòng)，可以提供可靠的操作監(jiān)控，同時(shí)對(duì)氣流系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制。
交互工作模式：在主要的程序中，使用者可以根據(jù)指導(dǎo)發(fā)出信號(hào)來(lái)進(jìn)行具體步驟的操作
LCD 平臺(tái)可以顯示系統(tǒng)工作的狀態(tài)，衡量輸入，輸出，計(jì)時(shí)器和運(yùn)行的數(shù)據(jù)等。
嘀嘀聲用來(lái)提示重要警示，停止，開(kāi)始和一些緊急情況的發(fā)生亮燈表示接通電源，和輸入，輸出狀態(tài)。
4．2 安全性
如果想正常運(yùn)行程序，必須保證每一個(gè)步驟都正確的執(zhí)行。更重要的是，應(yīng)該有預(yù)防運(yùn)行故障和問(wèn)題的解決方法?？刂破魈峁┝诉@種可能性，通過(guò)使用兩個(gè)內(nèi)部虛擬線(xiàn)路同時(shí)運(yùn)行。他們可以重新啟動(dòng)程序，隨時(shí)恢復(fù)到程序的原有狀態(tài)。有兩個(gè)輸入端共同工作可以快速的運(yùn)行這些功能。
4．3 接口
程序運(yùn)行序列可以用控制器的接口來(lái)編程。一臺(tái)計(jì)算機(jī)的接口也可以用來(lái)升級(jí)使用程序。使用者能利用接口配置一連串定義序列的步驟位元組。但是也可以設(shè)計(jì)一個(gè)程序,利用可視資源為使用者翻譯所需要的信息。
但是，如果想聯(lián)結(jié)電腦接口和控制器，至少應(yīng)該有一個(gè)儀器來(lái)保證數(shù)據(jù)的可靠性。
4.4. 固件
主要的線(xiàn)環(huán)是通過(guò)讀取EEPROM 記憶中的每一資訊步驟進(jìn)行工作。
在每個(gè)步驟中，系統(tǒng)的狀態(tài)被儲(chǔ)存，同時(shí)它也在顯示器上被顯示。根據(jù)使用者的構(gòu)造,它能利用分流或暫停應(yīng)付緊急線(xiàn)路情況來(lái)保證系統(tǒng)安全。
5. 電氣系統(tǒng)例子
這種系統(tǒng)不只是適應(yīng)于特定的機(jī)器。它由四個(gè)主動(dòng)器組成。 主動(dòng)器 A ， B 和 C 是兩倍的，只有 D是單倍的。第一步，主動(dòng)器A 開(kāi)始運(yùn)行，并保持在一個(gè)特定的位置一直到一個(gè)循環(huán)的結(jié)束，如圖 5 所示它可以確定某一對(duì)象的下一運(yùn)動(dòng)。第二步，當(dāng)A 完成了它的工作后，主動(dòng)器 C 連同 B 一起開(kāi)始盡可能多的產(chǎn)生電流圈，并受 B 的運(yùn)行速度的限制，而 B 速度由一個(gè)流動(dòng)的控制活瓣管理。B 和 C 是一起工作的主動(dòng)器的例子,當(dāng) B 慢慢地推動(dòng)一個(gè)物體的時(shí)候, C 有時(shí)則重復(fù)它的工作。
第三步，當(dāng) B 到達(dá)最后的位置時(shí)候, C 停止立刻它的循環(huán)運(yùn)動(dòng)并且回到開(kāi)始的位置。利用回旋的電流工作的主動(dòng)器 D 連同 返回來(lái)的C一起工作。第四步，主動(dòng)器 D 快速往返來(lái)回運(yùn)動(dòng)一次。D 可以充當(dāng)一個(gè)工具，在物體上的表面上打洞。當(dāng) D 返回開(kāi)始的位置時(shí)候, A和 B 也同時(shí)返回，這是第五個(gè)步驟。
圖 6 顯示了程序設(shè)計(jì)的第一部分。我們把每個(gè)步驟的所有運(yùn)行統(tǒng)稱(chēng)為 . (A+) 表示主動(dòng)器 A 向前推動(dòng)，而 (A-) 表示返回到開(kāi)始的位置。 同時(shí)發(fā)生的運(yùn)動(dòng)在相同的步驟中被一起疊加。這個(gè)系統(tǒng)共有有五個(gè)步驟。
圖 5 和 6 所表現(xiàn)的系統(tǒng)運(yùn)行清楚的描述了所有序列。 利用他們我們可以用必需的邏輯語(yǔ)言設(shè)計(jì)整個(gè)的控制線(xiàn)路。但是現(xiàn)在還它還不是一個(gè)完整的系統(tǒng)，因?yàn)樗€缺少一些輔助設(shè)施，（圖中沒(méi)有顯示）。
對(duì)于程序的最后運(yùn)行，這些輔助設(shè)施十分的重要，因?yàn)樗麄兡苁咕€(xiàn)路有更多的功能。 他們中最重要的是連接在每一步驟中的平行線(xiàn)路。那一個(gè)線(xiàn)路能夠隨時(shí)停止序列而且將主動(dòng)器的狀態(tài)換成一個(gè)特定的位置。它可以重起系統(tǒng)或是應(yīng)付緊急情況。圖7 和 8 顯示的是在沒(méi)有使用控制器的情況下會(huì)發(fā)生的一些結(jié)果。 這些照片是控制線(xiàn)路的電圖表,包括感應(yīng)器，控制鍵和電的活瓣卷。
另外的一些輔助設(shè)施也包括在這個(gè)系統(tǒng)中,比如自動(dòng)機(jī)械/ 手動(dòng)調(diào)控器，他們可以使系統(tǒng)不斷的循環(huán)工作；兩個(gè)開(kāi)始控制鍵,他們能讓操作員手動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)始和停止，這樣就減少了發(fā)生意外事件的危險(xiǎn)。
6. 使用者變更例子規(guī)劃
氣流線(xiàn)圈在前面已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明過(guò)：它可以讓我們了解到控制一個(gè)系統(tǒng)所需要的條件，那就是在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中必須提供所有的功能設(shè)施。但是,如前面提到的那樣,使用一個(gè) PLC 或特定的控制器 , 這種控制就變得比較容易的，而且系統(tǒng)的精密性也會(huì)提高。
使用傳統(tǒng)的 PLC的,如圖7，8所示，在繪制接口處的電圖表時(shí)，要注意線(xiàn)路的邏輯。使用這種可編程的控制器,使用者必須知道運(yùn)行方法的觀念并且規(guī)劃每個(gè)步驟的結(jié)構(gòu)。
那就是說(shuō)，使用傳統(tǒng)的 PLC ，使用者清楚各個(gè)操作之間的關(guān)系。一般情況下，使用者可以在接口上運(yùn)行一個(gè)模擬程序?qū)ふ疫壿嬌系腻e(cuò)誤同之前所述的一樣，新的編程允許每一步驟的結(jié)構(gòu)被分割。 序列獨(dú)自被定義，但每一步驟只被輸入和輸出端描述。
7. 結(jié)論
這種控制器是專(zhuān)門(mén)為這一項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的。顯示了一個(gè)以微控制器為基礎(chǔ)的非常有用的可編程的控制器。它不需要為了獲取微控制器里的資源而安裝外部記憶器或外部的定時(shí)器。除了微控制器之外,只有少量的零部件執(zhí)行一些如輸出，輸入，類(lèi)比輸入,顯示接口和連續(xù)運(yùn)行的情況等功能。
單獨(dú)使用內(nèi)部記憶,我們可以控制一個(gè)有48個(gè)步驟的氣流系統(tǒng)，但是如果使用一個(gè)比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，就會(huì)達(dá)到60個(gè)步驟.控制器的變成不使用 PLC 語(yǔ)言，而是用一個(gè)比較簡(jiǎn)單的和直覺(jué)的結(jié)構(gòu)。利用電氣系統(tǒng)，我們的項(xiàng)目應(yīng)用了相同的技術(shù)，但同時(shí)我們的設(shè)計(jì)更加直接。
一種非常簡(jiǎn)單的機(jī)械語(yǔ)言能讓設(shè)計(jì)者用四或五個(gè)位元組定義步驟所有結(jié)構(gòu)構(gòu)成。這就要看他使用控制器的經(jīng)驗(yàn)如何了。這種控制器雖然不能和商業(yè)的 PLC 相比，但是它原本就是為特定的的目的而設(shè)計(jì)的，所以很難說(shuō)哪一個(gè)好哪一個(gè)壞?？傊?，我們的這個(gè)系統(tǒng)是基于微控制器而設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單快捷。
附件2：外文原文（復(fù)印件）