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1、第八章 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用,第一節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 第二節(jié) 工業(yè)鍋爐節(jié)能計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第三節(jié) 高速線材軋鋼機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第四節(jié) 單片機(jī)控制電風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第五節(jié) 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 習(xí)題與思考題 參考文獻(xiàn),第一節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì),一、 機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1. 機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)電一體化產(chǎn)品的重要組成部分。它直接接受系統(tǒng)控制器的指令，并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)特定的功能。 對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求主要有以下三點(diǎn)： (1) 具有實(shí)現(xiàn)所需的全部運(yùn)動(dòng)形式的能力，包括給定的運(yùn)動(dòng)軌跡、給定的行程、速度方向及運(yùn)動(dòng)的起止點(diǎn)位置的范圍等，并具有
2、相應(yīng)的精度和靈敏度。 (2) 具有傳遞所需動(dòng)力的能力。這要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有相應(yīng)的強(qiáng)度和剛度。 (3) 具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，即要求盡量減少機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)量，提高傳動(dòng)剛度，系統(tǒng)固有頻率，以及減少機(jī)械部件摩擦和間隙等。,下一頁,,2. 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為扭矩和轉(zhuǎn)速的變換器，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)符合以下要求： (1) 具有足夠的傳動(dòng)精度以適應(yīng)機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制工作精度要求。 (2) 具有適應(yīng)高速傳動(dòng)的能力。 (3) 具有小型化、輕型化的特點(diǎn)。這對(duì)保證產(chǎn)品系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少?zèng)_擊，降低能耗是必要的。,上一頁,下一頁,,二、 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)件選擇方法 1. 機(jī)械類標(biāo)準(zhǔn)件的選擇方法 在機(jī)電一體化系統(tǒng)
3、設(shè)計(jì)中，對(duì)于任何一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)，都必須按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的基本原則是希望設(shè)計(jì)的系統(tǒng)單元達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，有利于設(shè)計(jì)者選擇通用性標(biāo)準(zhǔn)件，減少總體設(shè)計(jì)工作量及成本。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件選擇的方法是： (1) 標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)與設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求結(jié)構(gòu)尺寸一致。 (2) 標(biāo)準(zhǔn)件材料應(yīng)當(dāng)與設(shè)計(jì)機(jī)械單元要求材料一致。 (3) 標(biāo)準(zhǔn)件精度應(yīng)與設(shè)計(jì)系統(tǒng)單元要求精度一致。 (4) 標(biāo)準(zhǔn)件使用安裝方式應(yīng)與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要求一致。 (5) 標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)與設(shè)計(jì)系統(tǒng)配套。,上一頁,下一頁,,2. 電子類標(biāo)準(zhǔn)件的選擇方法 在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于任何一種機(jī)電系統(tǒng)，分別是由機(jī)械和電子兩大部分組成
4、。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)件選擇的共性問題，分別給出電子類如傳感器、放大器、記錄儀、控制器、A/D、D/A、AK控制器、電源驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、集成電子器件、電子開關(guān)等標(biāo)準(zhǔn)件選擇方法： (1) 標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)和配套性要求進(jìn)行選擇。其中有傳感器與放大器配套；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)配套；控制器A/D、D/A、AK系列板與計(jì)算機(jī)配套；執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率指標(biāo)與負(fù)載功率指標(biāo)配套；開關(guān)量控制器與被控設(shè)備技術(shù)指標(biāo)要求配套等。 (2) 標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)與系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸要求一致。 (3) 標(biāo)準(zhǔn)件精度指標(biāo)應(yīng)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)要求。 (4) 標(biāo)準(zhǔn)件安裝方式應(yīng)滿足系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求。 (5) 標(biāo)準(zhǔn)件性能參數(shù)應(yīng)滿足系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)技術(shù)
5、性能要求。 (6) 標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)具有抗干擾，較強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境能力。 (7) 標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)安裝使用方便，可互換性好。 (8) 標(biāo)準(zhǔn)件的穩(wěn)定性，可靠性等應(yīng)滿足系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求。,上一頁,下一頁,,三、 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的質(zhì)量控制 1. 質(zhì)量目標(biāo)管理 在接到設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)所需信息開始，在構(gòu)思、規(guī)劃的同時(shí)，確立該設(shè)計(jì)的質(zhì)量目標(biāo)。然后將其分解到設(shè)計(jì)過程的每一步驟，而且要最大限度地做到定量化。 2. 實(shí)行可靠性設(shè)計(jì) 產(chǎn)品要贏得信譽(yù)，除功能上滿足要求外，還應(yīng)做到產(chǎn)品壽命期內(nèi)少出故障，出了故障也要便于修理，因此必須借助于可靠性設(shè)計(jì)的手段進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3. 質(zhì)量評(píng)審方法 (1) 方案設(shè)計(jì)階段。 (2) 技術(shù)設(shè)計(jì)階段。
6、(3) 樣機(jī)試制、試驗(yàn)階段。 (4) 技術(shù)鑒定，設(shè)計(jì)定型階段。 4. 標(biāo)準(zhǔn)化與工藝評(píng)審 設(shè)計(jì)產(chǎn)品圖紙的標(biāo)準(zhǔn)化、 文件管理標(biāo)準(zhǔn)化、 生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化等進(jìn)行評(píng)審。,上一頁,下一頁,,5. 建立設(shè)計(jì)質(zhì)量責(zé)任制 (1) 設(shè)計(jì)階段應(yīng)由質(zhì)量管理人員和設(shè)計(jì)人員共同負(fù)責(zé)。 (2) 研制和生產(chǎn)階段由研制生產(chǎn)人員和質(zhì)量檢測(cè)人員負(fù)責(zé)。 6. 建立質(zhì)量保證體系主要內(nèi)容 (1) 根據(jù)用戶調(diào)查和收集來的質(zhì)量信息制定質(zhì)量目標(biāo)； (2) 根據(jù)驗(yàn)證試驗(yàn)資料，鑒定方案論證的質(zhì)量； (3) 審查產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量； (4) 檢查產(chǎn)品試制、鑒定質(zhì)量； (5) 監(jiān)督產(chǎn)品試驗(yàn)方法、試驗(yàn)質(zhì)量； (6) 審查產(chǎn)品定型質(zhì)量； (7) 審查設(shè)計(jì)圖紙、工
7、藝等技術(shù)文件是否規(guī)范齊全； (8) 組織新產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析。,上一頁,下一頁,,四、 制造工程質(zhì)量管理方法 1. 元器件的篩選法 按照設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，對(duì)主要參數(shù)規(guī)定允許范圍，剔出超過允許性能范圍的元器件，目的在于提高選用元器件的主要參數(shù)指標(biāo)和無均勻性，消除潛在的元器件隱患和保證批量產(chǎn)品性能指標(biāo)一致性。 2. 應(yīng)力篩選法 對(duì)于生產(chǎn)中諸如引線焊接不良或結(jié)合部位連接不良等缺陷，可采用應(yīng)力篩選予以剔除。包括沖擊篩選法或采用振動(dòng)加速度實(shí)驗(yàn)篩選方法，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 3. 老化處理法 采用的方法有：溫度老化處理，交變過負(fù)荷老化處理，大電流老化處理等。老化處理時(shí)要確定測(cè)量參數(shù)和參數(shù)的度量標(biāo)準(zhǔn)，并
8、合理設(shè)計(jì)老化處理使用的環(huán)境參數(shù)及時(shí)間等，應(yīng)符合產(chǎn)品要求。 4. 產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn) 生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)。元器件投入生產(chǎn)中間檢驗(yàn)。產(chǎn)品部件完工檢驗(yàn)。 檢驗(yàn)方法有兩類：一類是全數(shù)檢驗(yàn)，以確定每一件產(chǎn)品的質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)。 另一類是抽樣檢驗(yàn)，就是按照統(tǒng)計(jì)的方法和原理，從每一批中抽取10%數(shù)量的產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，從而推算整批產(chǎn)品的合格率，判斷這些產(chǎn)品是否符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。,上一頁,返 回,第二節(jié) 工業(yè)鍋爐節(jié)能計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),一、 工業(yè)鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能 1. 自動(dòng)控制功能 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能自動(dòng)地完成對(duì)給水、給油、送風(fēng)、引風(fēng)、增溫、增水等。進(jìn)口鍋爐的物料量的自動(dòng)控制，使鍋爐的氣包水位、蒸氣壓力、蒸氣溫度
9、、風(fēng)油配比系數(shù)、煙氣含氧量、爐膛負(fù)壓等運(yùn)行參數(shù)保持在規(guī)定的最佳數(shù)值附近，以保證鍋爐的安全運(yùn)行、平穩(wěn)操作，達(dá)到降低油耗、提高供氣質(zhì)量的目的。 2. 運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示功能，分析判斷輸出功能 區(qū)別不同情況，對(duì)采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波等數(shù)據(jù)處理。在系統(tǒng)所配備的彩色顯示屏上，顯示出主要工作參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)值。一般設(shè)有動(dòng)態(tài)流程模擬圖、光柱模擬圖、單點(diǎn)回路圖等多種顯示畫面，同時(shí)還可顯示各個(gè)控制系統(tǒng)輸出值、控制參數(shù)、報(bào)警限定值、報(bào)警狀態(tài)、控制狀態(tài)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等。,下一頁,,3. 報(bào)警功能 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可對(duì)氣包水位、蒸氣壓力、爐膛溫度、爐膛負(fù)壓等參數(shù)實(shí)現(xiàn)過負(fù)荷報(bào)警。當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超過規(guī)定的界限數(shù)值時(shí)，發(fā)出聲
10、、光自動(dòng)報(bào)警信號(hào)。 4. 檢測(cè)控制數(shù)據(jù)報(bào)表打印功能 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配備了通用打印機(jī)，可定時(shí)打印出各種運(yùn)行工作參數(shù)的數(shù)據(jù)，以生產(chǎn)日志和產(chǎn)耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表。系統(tǒng)具有定時(shí)打印、隨機(jī)打印、報(bào)警打印等多種打印方式，以表格化形式打印出全部檢測(cè)結(jié)果。 5. 控制參數(shù)計(jì)算功能 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)氣、水、油等產(chǎn)耗數(shù)據(jù)進(jìn)行累計(jì)計(jì)算，并對(duì)產(chǎn)氣量進(jìn)行壓力校正計(jì)算。,上一頁,下一頁,,6. 手操作/自動(dòng)雙向切換功能 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)備有后備操作裝置，能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電手動(dòng)操作，并可配合軟件共同實(shí)現(xiàn)手/自動(dòng)雙向切換，這樣既可以方便操作，又可提高系統(tǒng)的適應(yīng)性、 工作的可靠性、 安全性。 7. 控制參數(shù)在線修改功能 控制系統(tǒng)能在自動(dòng)工作狀態(tài)下
11、，在不停止閉環(huán)控制作用的同時(shí)，對(duì)各給定值、PID整定參數(shù)、配比系數(shù)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等實(shí)現(xiàn)在線修改。 8. 完備的過程通道控制接口功能 控制系統(tǒng)有完備的工作過程通道接口，可直接與DDZ、DDZ型驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行儀表，熱電偶、熱電阻等連接。各部分均采取了有效的電路隔離措施、抗干擾措施。同時(shí)，系統(tǒng)還備有RS232全雙工串行接口，以利于進(jìn)行多級(jí)計(jì)算機(jī)控制和管理.,上一頁,下一頁,,二、 控制系統(tǒng)的硬件配置設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可根據(jù)用戶生產(chǎn)要求靈活配置，RPC500型機(jī)構(gòu)成大小不等的系統(tǒng)，以適應(yīng)不同噸位鍋爐測(cè)控功能的需求。主機(jī)可分別選用工控，或選用RPC700、RPC800等為CPU的工控模板，組成STD總線式工
12、業(yè)控制機(jī)。在配置相應(yīng)的過程通道接口電路中，可與DDZ、DDZ型各種電動(dòng)變送器、控制器連成系統(tǒng)，可直接接受熱電偶、壓力傳感器、水位傳感器、供油流量傳感器、熱電阻等傳感器的信號(hào)，還可與其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信。由于一般燃燒節(jié)能控制需要較為復(fù)雜的判斷，計(jì)算和選擇，因而采用計(jì)算機(jī)控制與一般儀表控制相比，具有較高的性能價(jià)格比。按基本配置，一般有適應(yīng)工業(yè)控制環(huán)境的CPU多功能計(jì)算機(jī)、顯示器接口、打印機(jī)接口、鍵盤、全雙工串行接口、全隔離或光電隔離型A/D接口，D/A接口，并行輸入，輸出接口。主機(jī)內(nèi)有Nied電池作為后備電源，以便掉電時(shí)能保存檢測(cè)的多種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。還備有系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視與自恢復(fù)電路。各部分的相互連
13、接關(guān)系見圖8-1。,上一頁,下一頁,圖81 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖,,返 回,,三、 軟件的主要功能模塊設(shè)計(jì) 1. 初始化功能模塊 2. 運(yùn)算模塊 3. 控制系統(tǒng)組態(tài)模塊 4. 控制參數(shù)在線修改功能模塊 5. 顯示功能模塊 6. 打印功能模塊 7. 報(bào)警功能模塊 8. 鍵盤按鍵處理功能模塊 9. 控制數(shù)據(jù)表格與工作圖形 10. 主控管理與中斷服務(wù)模塊,上一頁,下一頁,,四、 控制系統(tǒng)設(shè)置設(shè)計(jì) 由于工業(yè)鍋爐是具有多輸入、多輸出、參數(shù)間相互耦合、大延遲時(shí)間等明顯特征的復(fù)雜過程，在控制上有一定難度。在自控系統(tǒng)的設(shè)置與控制規(guī)律、算法的選擇上，需要一定的技巧與經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)充分利用計(jì)算機(jī)在計(jì)算、比較、邏輯判
14、斷上的優(yōu)勢(shì)、靈活、綜合地運(yùn)用多種手段，使其達(dá)到滿意的控制技術(shù)指標(biāo)。為了保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證供氣負(fù)荷量與供氣質(zhì)量，一般按能量平衡、水量平衡、風(fēng)量平衡來設(shè)置控制系統(tǒng)，并應(yīng)保證供氣壓力與供氣溫度基本穩(wěn)定。 燃燒控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是能量平衡系統(tǒng)。 水位控制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng)。 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)是使進(jìn)出爐膛的空氣量維持平衡的控制系統(tǒng)。一般以爐膛壓力作為空氣量平衡與否的控制指標(biāo)，通過調(diào)整排向大氣的引風(fēng)量達(dá)到空氣量進(jìn)出平衡。,上一頁,下一頁,,五、 智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 燃燒過程控制的特點(diǎn)在于：要根據(jù)多個(gè)工藝參量的現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析、處理、計(jì)算，才能取得
15、合理的控制決策。根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)的變化，不斷改變控制規(guī)律和控制參數(shù)，以控制系統(tǒng)自身的變化去適應(yīng)被控對(duì)象及其運(yùn)行條件的變化，這就是智能控制的設(shè)計(jì)思想。 首先它需要掌握多個(gè)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的現(xiàn)行值和歷史變化，這就要求系統(tǒng)能存儲(chǔ)大量的有用信息。它還要求系統(tǒng)有綜合計(jì)算能力，對(duì)所存儲(chǔ)的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納運(yùn)算處理，得到系統(tǒng)運(yùn)行的變化趨勢(shì)和各項(xiàng)性能指標(biāo)。更為重要的是，它要求系統(tǒng)具備一定的決策能力，也就是要具備一定的知識(shí)和根據(jù)這些知識(shí)進(jìn)行推理、預(yù)測(cè)、選擇控制方式、控制參數(shù)的能力。 由于相關(guān)因素的多元性，需要擬定幾條綜合決策的判斷邏輯，以決定控制量調(diào)整的大小及方向?？紤]到整個(gè)燃燒過程的運(yùn)行穩(wěn)定性，不應(yīng)該因此項(xiàng)調(diào)整對(duì)過程產(chǎn)
16、生頻繁的擾動(dòng)，而調(diào)整動(dòng)作只能間歇式進(jìn)行。而且只有在負(fù)荷平衡、主控參數(shù)偏差不大時(shí)才能進(jìn)行。圖82為智能綜合系統(tǒng)的信息傳遞方塊圖。,上一頁,返 回,,,返 回,圖82 智能綜合系統(tǒng)的信息傳遞方塊圖,第三節(jié) 高速線材軋鋼機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì),一、高速線材軋鋼機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的組成和功能 1. 測(cè)控系統(tǒng)組成 高速線材軋機(jī)速度高，軋機(jī)架數(shù)多，對(duì)控制系統(tǒng)要求高，所以高速線材軋機(jī)都采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。目前，高速線材軋機(jī)普遍采用二級(jí)控制系統(tǒng):一級(jí)為設(shè)備控制級(jí)，一級(jí)為過程控制級(jí)。這種控制系統(tǒng)采用的是分散控制的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)備控制級(jí)中把生產(chǎn)過程按區(qū)域或功能劃分為若干區(qū)段，配備多臺(tái)可編程序控制器，分別控制各區(qū)段的生產(chǎn)過程；生產(chǎn)
17、過程控制級(jí)由一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程監(jiān)控。圖83給出了二級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。,下一頁,,由圖可知設(shè)備控制級(jí)和生產(chǎn)過程控制級(jí)都由幾臺(tái)設(shè)備組成。在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)備控制級(jí)劃分多個(gè)區(qū)段，可按實(shí)際工藝狀況和所選的控制設(shè)備類型而定，生產(chǎn)過程控制級(jí)則要根據(jù)加工實(shí)際需要進(jìn)行配備,返 回,圖83 二級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,,2. 測(cè)控系統(tǒng)功能 （1） 軋制流程及參數(shù)設(shè)定； （2） 生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄、報(bào)表； （3） 運(yùn)行參數(shù)顯示、圖形顯示； （4） 測(cè)控系統(tǒng)聯(lián)鎖、故障報(bào)警顯示； （5） 軋件跟蹤、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)； （6） 速度級(jí)聯(lián)控制； （7） 微張力控制； （8） 活套控制； （9） 切頭切
18、尾、事故診斷； （10） 冷卻控制； （11） 爐區(qū)控制； （12） 坯料管理； （13） 自動(dòng)集卷、自動(dòng)打包、自動(dòng)稱重； （14） 手動(dòng)、自動(dòng)控制； （15） 動(dòng)態(tài)速降補(bǔ)償方法。,上一頁,下一頁,二、 高速線材軋鋼機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及關(guān)鍵技術(shù) 1. 總本設(shè)計(jì)分析 設(shè)計(jì)好控制系統(tǒng)的硬件后，就要根據(jù)工藝過程的要求進(jìn)行全系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。在高速線材軋機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，其中關(guān)鍵技術(shù)包括速度級(jí)聯(lián)控制、動(dòng)態(tài)速度補(bǔ)償、微張力控制、活套控制、聯(lián)網(wǎng)通信等。 2. 速度控制設(shè)計(jì)分析 決定速度大小的兩大要素是軋機(jī)孔型的大小和軋機(jī)的速度，軋機(jī)的孔型一旦調(diào)整好后就固定不變，只有通過選擇和調(diào)整軋機(jī)的速度
19、才能滿足坯料速度平衡的關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中，孔型輥縫的大小一般無法給出精確的量值，均采用伸長率的概念加以描述。 3. 動(dòng)態(tài)速降補(bǔ)償方法 在高速線材軋制中，當(dāng)鋼坯頭部進(jìn)入軋機(jī)時(shí)，由于傳動(dòng)系統(tǒng)的固有特性，會(huì)使軋機(jī)形成瞬間速度下降，速降量約為設(shè)定速度的1%2%之間，持續(xù)時(shí)間約為數(shù)百毫秒。為了保證線材生產(chǎn)的正常安全進(jìn)行，防止由于動(dòng)態(tài)速降而產(chǎn)生堆鋼現(xiàn)象，自動(dòng)控制系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)速降補(bǔ)償。為了簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)速降補(bǔ)償采用在速度設(shè)定值中增加一個(gè)動(dòng)態(tài)速降量的方法。,上一頁,下一頁,4. 張力控制原理與控制方法 張力控制是保證高速線材軋機(jī)順利軋制和提高產(chǎn)品質(zhì)量的必要手段。張力控制是一個(gè)復(fù)雜的過程，在高速線材軋機(jī)
20、中一般是采用微張力控制。實(shí)現(xiàn)微張力控制有許多方法，“電流速度”間接微張力控制方法是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法。 5. 活套控制設(shè)計(jì) 高速線材軋機(jī)在預(yù)精軋機(jī)組多采用活套控制。采用活套控制時(shí)，要求軋機(jī)之間要有一定的距離并采用單獨(dú)傳動(dòng)，這樣便于活套設(shè)備的安裝和活套控制的實(shí)現(xiàn)。采用活套控制時(shí)，需要的檢測(cè)儀表有熱金屬檢測(cè)器和活套掃描器。 6. 控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)計(jì) 高速線材軋機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用二級(jí)控制，按工藝劃分和控制功能又分為若干個(gè)控制子系統(tǒng)，這就要求進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交換。按照 圖84的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)中包括設(shè)備控制級(jí)和過程控制級(jí)之間，設(shè)備控制級(jí)各子系統(tǒng)之間兩部分聯(lián)網(wǎng)通信。,上一頁,下一頁,,,返 回,圖
21、84 高速線材軋機(jī)控制系統(tǒng)示意圖,,7. 應(yīng)用范圍 本節(jié)所介紹的高速線材軋機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是一種典型實(shí)用的二級(jí)控制系統(tǒng)，在高速線材軋機(jī)上已得到了成功應(yīng)用。實(shí)際上這種系統(tǒng)不僅可應(yīng)用在高速線材軋機(jī)上，也可應(yīng)用在一般的線材軋機(jī)和棒材軋機(jī)中。 8. 高速線材生產(chǎn)工藝設(shè)備 (1) 高速線材生產(chǎn)系統(tǒng)組成： 設(shè)備全線20架連軋機(jī)分為粗軋、中軋、預(yù)精軋、精軋四個(gè)機(jī)組。 原料130130（20006000）（mm）連鑄鋼坯。 成品520 mm共10種規(guī)格線材。 稱重MAX1.8 t。 軋制速度：保證速度900 mm/s，最大速度1 000 mm/s。 產(chǎn)量設(shè)計(jì)年產(chǎn)量30萬噸。 （2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖84 為某高
22、速線材廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由圖可知該系統(tǒng)是一種典型的高速線材軋機(jī)二級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在設(shè)備控制級(jí)有6個(gè)子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)都是由可編程序控制器組成。,上一頁,返 回,第四節(jié) 單片機(jī)控制電風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì),一、 單片機(jī)控制系統(tǒng)組成 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路如圖85所示，它由單片機(jī)MCS51，工作電源、過零檢測(cè)電路、顯示電路和輸入按鍵、雙向晶閘管等組成。 二、 單片機(jī)控制電風(fēng)扇的工作原理 1. 無級(jí)調(diào)風(fēng)控制 無級(jí)調(diào)風(fēng)控制在單片機(jī)MCS51檢測(cè)到 設(shè)定為無級(jí)調(diào)風(fēng)時(shí)，則去接收來自AN0輸入的模擬信號(hào)。再根據(jù)AN0輸入信號(hào)的大小去控制雙向晶閘管TA的導(dǎo)通角，輸入信號(hào)越大，則導(dǎo)通角越大，否則相反。無級(jí)調(diào)風(fēng)也可
23、以根據(jù)AN0的輸入信號(hào)進(jìn)行過零載波控制。輸入信號(hào)越大，則載波系數(shù)越小，反之亦然。,上一頁,下一頁,返 回,圖85 單片機(jī)控制器電路原理圖,,2. 特定風(fēng)型控制 特定風(fēng)型控制在本質(zhì)上和無級(jí)調(diào)風(fēng)時(shí)所用的移相和載波方法相同。但是，其控制是按給定運(yùn)行曲線工作，而不是根據(jù)AN0的輸入信號(hào)運(yùn)行。特定風(fēng)型有強(qiáng)自然風(fēng)、中自然風(fēng)、自然風(fēng)和睡眠風(fēng)等四種。它們分別對(duì)應(yīng)于特定的給定值。在控制中是利用給定值和時(shí)間的關(guān)系去對(duì)電風(fēng)扇進(jìn)行控制。 單片機(jī)控制電風(fēng)扇的控制軟件設(shè)計(jì)流程，如圖86所示。,上一頁,返 回,返 回,圖86 控制軟件流程圖,第五節(jié) 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),一、 溫度控制系統(tǒng)組成與工作原理 圖87是采用PN結(jié)作為
24、溫度傳感器的溫度采集、轉(zhuǎn)換以及數(shù)字顯示的硬件電路圖。 二、 溫度控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)置了三個(gè)工作單元BCDLO、BCDHI和SEGMNT。由于顯示溫度范圍在-40+150，因此需要三位BCD碼。 溫度控制器的程序主要包括三部分：一是主程序，包括初始化程序和溫度采集、A/D轉(zhuǎn)換程序；二是將A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BCD碼子程序；三是定時(shí)器中斷及顯示中斷服務(wù)程序。下面分別介紹每一部分的編程方法。,下一頁,,返 回,圖87 溫度控制器電路圖,,1. 主程序設(shè)計(jì) 主要程序流程圖如圖88所示。 ,上一頁,下一頁,,2. 二進(jìn)制數(shù)到BCD碼轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì) 該子程序?qū)X寄存器中的二
25、進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼。一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)最多可轉(zhuǎn)換為3位BCD碼，因此轉(zhuǎn)換后的BCD碼的第1位和第0位存入BCDLO單元中，BCD碼的第2位存入BCDHI中。在BCD三轉(zhuǎn)換過程中禁止CPU中斷。首先清BCDLO單元，測(cè)試IX寄存器的內(nèi)容，若不為0，則IX減1，BCDLO單元的內(nèi)容加1。然后測(cè)試BCDLO單元的低4位，若不等于10，則重新測(cè)試IX的內(nèi)容，重復(fù)以上過程；若等于10，則BCDLO單元的內(nèi)容加1，進(jìn)行BCD調(diào)整，并將相加的結(jié)果存回BCDLO單元中，搠著測(cè)試BCDLO單元的高4位，若不等于10，則重新測(cè)試IX的內(nèi)容，重復(fù)以上過程；若等于10，清BCDLO單元，BCDHI單元加1，重新測(cè)試I
26、X的內(nèi)容，重復(fù)以上過程，直到IX的內(nèi)容為0為止。,上一頁,下一頁,,3. 定時(shí)器中斷和顯示中斷程序設(shè)計(jì) 首先將進(jìn)位C置位，關(guān)閉顯示驅(qū)動(dòng)器。將SEGMNT單元的內(nèi)容循環(huán)右移，若進(jìn)位C為0，則表示要重新開始顯示BCD碼的最高位，因此置SEGMNT單元的內(nèi)容為%11111011；若不為0，將BCDLO單元的內(nèi)容送入累加器中，并且根據(jù)SEGMNT單元的內(nèi)容判斷需要顯示哪一位。若SEGMNT單元的第1位為0，則顯示BCD碼的第1位，A循環(huán)右移4次，否則判斷SEGMNT單元的第2位，若為0，則顯示BCD碼的第2位（即最高位），將BCDHI單元的內(nèi)容送入累加器A中，若A中的內(nèi)容不為0，顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)字；若為0
27、，顯示閃爍。若SEGMNT單元的第2位不為0，則顯示BCD碼的第0位。不論顯示哪一位，A中的低4位為要顯示的BCD碼值，使用查表法得到對(duì)應(yīng)于BCD碼的七段代碼值，并將對(duì)應(yīng)的七段代碼值送入B口，允許對(duì)應(yīng)的顯示驅(qū)動(dòng)器，因而可顯示數(shù)字。最后設(shè)置定時(shí)器的向下計(jì)數(shù)器的初值為$10；定時(shí)器的分頻因子為128；選擇內(nèi)部時(shí)鐘；預(yù)分頻器清0，允許定時(shí)器溢出中斷。根據(jù)計(jì)數(shù)器的初值和分段因子，可知每經(jīng)2048（16128）個(gè)機(jī)器周期定時(shí)器產(chǎn)生溢出中斷，即2048個(gè)機(jī)器周期顯示一次。,上一頁,返 回,習(xí)題與思考題,1. 舉例說明標(biāo)準(zhǔn)件的選擇原則？ 2. 分析質(zhì)量控制的方法和作用是什么？ 3. 質(zhì)量管理的原則是什么？
28、4. 機(jī)械部件的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有幾種？應(yīng)用哪些場(chǎng)合？ 5. 自擬題目說明暖氣鍋爐檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理。 6. 簡(jiǎn)述單片機(jī)控制風(fēng)扇的原理 7. 設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)，溫度202。 8. 根據(jù)實(shí)例說明計(jì)算機(jī)采集程序設(shè)計(jì)思路。 9. 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則。 10. 計(jì)算機(jī)控制多參數(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是什么？,返 回,參考文獻(xiàn),1.張君安主編. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：兵器工業(yè)出版社，1997 2.裴仁清主編. 機(jī)電一體化原理. 上海：上海大學(xué)出版社，1998 3.魏俊民，周硯江主編. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：中國紡織工業(yè)出版社，1998 4.殷際英主編. 機(jī)電一體化基礎(chǔ). 北京：冶金工
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機(jī)電一體化第八章機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.ppt
