控制器
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控制器范文第1篇
【關(guān)鍵詞】空調(diào)控制器；家用空調(diào)；工業(yè)設(shè)計(jì)
0 引言
空調(diào)一般的控制模式分為自動(dòng)，制冷，制熱，送風(fēng)，除濕模式，風(fēng)速為高風(fēng)，中風(fēng)，低風(fēng)，自動(dòng)風(fēng)，定時(shí)分為單一定時(shí)，組合定時(shí)，循環(huán)定時(shí)。
1 控制模式
1.1 通風(fēng)模式運(yùn)行
進(jìn)入通風(fēng)模式的方法：通過遙控器設(shè)定為通風(fēng)模式進(jìn)入。
在通風(fēng)模式下，室內(nèi)風(fēng)機(jī)工作，室內(nèi)風(fēng)機(jī)的風(fēng)速按照設(shè)定的風(fēng)速運(yùn)行，風(fēng)速可設(shè)定為高風(fēng)，中風(fēng)，低風(fēng)。
1.2 制熱模式運(yùn)行
1.2.1 進(jìn)入制熱模式的方式
進(jìn)入制熱模式的方法：通過遙控器設(shè)定為制熱模式進(jìn)入，或者通過空調(diào)控制器上面的應(yīng)急開關(guān)進(jìn)入，制熱模式初始設(shè)定溫度為24℃，初始設(shè)定風(fēng)速為自動(dòng)風(fēng)。
1.2.2 制熱工作的開機(jī)流程
當(dāng)控制器執(zhí)行線控器或遙控器的開機(jī)命令（蜂鳴提示），或者在定時(shí)開時(shí)間到達(dá)開機(jī)時(shí)，控制器按照下面流程進(jìn)入開機(jī)狀態(tài)。
如果滿足室內(nèi)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)條件，即溫度條件為：T回風(fēng)≤T設(shè)-1℃，室內(nèi)風(fēng)機(jī)持續(xù)停止時(shí)間≥30S，室內(nèi)風(fēng)機(jī)按防冷風(fēng)條件打開；當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，靜電除塵開始工作，當(dāng)風(fēng)機(jī)停止時(shí)，靜電除塵停止工作；如果溫度條件和時(shí)間條件有一個(gè)不滿足，則繼續(xù)保持待機(jī)狀態(tài)。
1.2.3 制熱工作的關(guān)機(jī)流程
當(dāng)控制器接收到遙控器的關(guān)機(jī)命令，或者在定時(shí)關(guān)時(shí)間到達(dá)關(guān)機(jī)時(shí)，遙控接收器上指示燈滅。
1.2.4 制熱溫度控制過程
在制熱工作中，室內(nèi)控制器根據(jù)回風(fēng)口溫度和設(shè)定溫度來(lái)控制室內(nèi)風(fēng)機(jī)的開停，溫度的設(shè)定范圍為16～30℃。
當(dāng)回風(fēng)溫度T回風(fēng)≤T設(shè)-1℃，室內(nèi)機(jī)開機(jī)制熱。若回風(fēng)口溫度上升，T回風(fēng)>T設(shè)時(shí)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)滿足運(yùn)行時(shí)間≥3min（無(wú)閥系統(tǒng)）時(shí)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)停機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。
室內(nèi)機(jī)在待機(jī)狀態(tài)下，停機(jī)3min，室內(nèi)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)30s，再停機(jī)3min，再運(yùn)轉(zhuǎn)30s，一直持續(xù)下去。
若室內(nèi)回風(fēng)溫度傳感器損壞，按定時(shí)制熱模式運(yùn)行。開機(jī)時(shí)間與設(shè)定溫度有關(guān)，設(shè)定溫度為16度時(shí)，開機(jī)16分鐘；設(shè)定溫度每增加1度，開機(jī)時(shí)間增加1分鐘，最高設(shè)定溫度為30度時(shí)，開機(jī)時(shí)間30分鐘；停機(jī)時(shí)間均為3分鐘。
1.2.5 制熱工作時(shí)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行規(guī)則
自動(dòng)風(fēng)速的運(yùn)行規(guī)則
在制熱工作時(shí)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)按照設(shè)定的風(fēng)速運(yùn)行。其下表確定了自動(dòng)風(fēng)運(yùn)行規(guī)則。
當(dāng)自動(dòng)風(fēng)速確定后，至少需要運(yùn)行30s后才能重新判斷，以防止室內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)速抖動(dòng)。
1.2.6 制熱工作室內(nèi)風(fēng)機(jī)防冷風(fēng)
制熱模式滿足啟動(dòng)條件時(shí)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)根據(jù)室內(nèi)盤管溫度進(jìn)行防冷風(fēng)保護(hù)。若室內(nèi)盤管溫度傳感器損壞，防冷風(fēng)時(shí)間按設(shè)定的防冷風(fēng)時(shí)間2min執(zhí)行，室內(nèi)機(jī)按設(shè)定風(fēng)速輸出。
1.3 制冷模式運(yùn)行
1.3.1 進(jìn)入制冷模式的方式
進(jìn)入制熱模式的方法：通過遙控器設(shè)定為制熱模式進(jìn)入，或者通過空調(diào)控制器上面的應(yīng)急開關(guān)進(jìn)入，制冷模式初始設(shè)定溫度為26℃，初始設(shè)定風(fēng)速為自動(dòng)風(fēng)。
1.3.2 制冷工作的開機(jī)流程
當(dāng)控制器執(zhí)行線控器或遙控器的開機(jī)命令（蜂鳴提示），或者在定時(shí)開時(shí)間到達(dá)開機(jī)時(shí)，控制器按照下面流程進(jìn)入開機(jī)狀態(tài)。
1.3.3 制冷工作的關(guān)機(jī)流程
當(dāng)控制器接收到遙控器的關(guān)機(jī)命令，或者在定時(shí)關(guān)時(shí)間到達(dá)關(guān)機(jī)時(shí)，遙控接收器上指示燈滅。
1.3.4 制冷溫度控制過程
在制熱工作中，室內(nèi)控制器根據(jù)回風(fēng)口溫度和設(shè)定溫度來(lái)控制室內(nèi)風(fēng)機(jī)的開停，溫度的設(shè)定范圍為16～30℃。
當(dāng)回風(fēng)溫度T回風(fēng)>T設(shè)+1℃，室內(nèi)機(jī)開機(jī)制冷。若回風(fēng)口溫度上升，T回風(fēng)≤T設(shè)時(shí)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)滿足運(yùn)行時(shí)間≥3min（無(wú)閥系統(tǒng)）時(shí)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)停機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。
若室內(nèi)回風(fēng)溫度傳感器損壞，按定時(shí)制熱模式運(yùn)行。開機(jī)時(shí)間與設(shè)定溫度有關(guān)，設(shè)定溫度為16度時(shí)，開機(jī)16分鐘；設(shè)定溫度每增加1度，開機(jī)時(shí)間增加1分鐘，最高設(shè)定溫度為30度時(shí)，開機(jī)時(shí)間30分鐘；停機(jī)時(shí)間均為3分鐘。
1.3.5 制冷工作時(shí)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行規(guī)則
自動(dòng)風(fēng)速的運(yùn)行規(guī)則
在制熱工作時(shí)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)按照設(shè)定的風(fēng)速運(yùn)行。其下表確定了自動(dòng)風(fēng)運(yùn)行規(guī)則。
當(dāng)自動(dòng)風(fēng)速確定后，至少需要運(yùn)行30s后才能重新判斷，以防止室內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)速抖動(dòng)。
1.4 自動(dòng)模式
進(jìn)入自動(dòng)模式的方法：通過遙控器設(shè)定為自動(dòng)模式進(jìn)入，或者通過空調(diào)控制器上面的應(yīng)急開關(guān)進(jìn)入，當(dāng)控制器檢測(cè)到室內(nèi)溫度在22℃～26℃之間，控制器運(yùn)行于送風(fēng)狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到低于22℃時(shí)，控制器運(yùn)行于制熱狀態(tài)，當(dāng)控制器檢測(cè)到室內(nèi)溫度在26℃以上時(shí)，運(yùn)行于制冷狀態(tài)，每個(gè)模式最短運(yùn)行模式為2個(gè)小時(shí)，風(fēng)速不可調(diào)，為自動(dòng)風(fēng)。
1.5 定時(shí)運(yùn)行
1.5.1 定時(shí)開
若設(shè)置了定時(shí)開功能，則控制器的時(shí)間到達(dá)設(shè)定的定時(shí)開時(shí)間后，執(zhí)行開機(jī)命令。定時(shí)開機(jī)后，定時(shí)開功能取消。若在定時(shí)開時(shí)間尚未到達(dá)前執(zhí)行了開機(jī)操作，則定時(shí)開功能也將取消。
1.5.2 定時(shí)關(guān)
若設(shè)置了定時(shí)關(guān)功能，則控制器的時(shí)間到達(dá)設(shè)定的定時(shí)關(guān)的時(shí)間后，執(zhí)行關(guān)機(jī)命令。定時(shí)關(guān)機(jī)后，定時(shí)關(guān)功能取消。若在定時(shí)關(guān)時(shí)間尚未到達(dá)前執(zhí)行了關(guān)機(jī)操作，則定時(shí)關(guān)功能也將取消。
1.5.3 組合定時(shí)
可以同時(shí)設(shè)定定時(shí)開、定時(shí)關(guān)功能。當(dāng)設(shè)置組合定時(shí)，控制器根據(jù)定時(shí)開和定時(shí)關(guān)的時(shí)間的先后順序來(lái)決定控制器的工作狀態(tài)，當(dāng)在前的定時(shí)時(shí)間到時(shí)，控制器即執(zhí)行該定時(shí)操作并清除該定時(shí)方式，轉(zhuǎn)入另一種定時(shí)方式，直到此定時(shí)被執(zhí)行，控制器將清除全部定時(shí)方式。
1.5.4 循環(huán)定時(shí)
在組合定時(shí)的基礎(chǔ)上可以設(shè)定循環(huán)定時(shí)功能。當(dāng)組合定時(shí)設(shè)定完畢后，按循環(huán)定時(shí)遙控器上的定時(shí)設(shè)定鍵3秒以上，出現(xiàn)循環(huán)定時(shí)標(biāo)志，主控板接收到指令后，即進(jìn)入循環(huán)定時(shí)工作狀態(tài)。
進(jìn)入循環(huán)定時(shí)狀態(tài)后，除退出循環(huán)定時(shí)的操作外，所有定時(shí)操作及開關(guān)鍵均不再作用。主機(jī)到設(shè)定的時(shí)間后自動(dòng)進(jìn)入開機(jī)或關(guān)機(jī)狀態(tài)，且每24小時(shí)循環(huán)一次。
上述所有的定時(shí)功能，在掉電后均取消。
1.6 睡眠功能
1.6.1 制熱模式
進(jìn)入夜間節(jié)能狀態(tài)，空調(diào)器運(yùn)行1小時(shí)后先將設(shè)定溫度降低1℃，再過去1小時(shí)后再次將設(shè)定溫度降低1℃，一共降低2℃。
睡眠模式啟動(dòng)后，制熱時(shí)內(nèi)風(fēng)機(jī)為自動(dòng)風(fēng)。
1.6.2 在送風(fēng)模式
啟動(dòng)睡眠模式，風(fēng)速轉(zhuǎn)為低風(fēng)。
1.7 傳感器故障
1.7.1 室內(nèi)回風(fēng)溫度傳感器損壞時(shí)，相應(yīng)溫度控制改為間隙運(yùn)轉(zhuǎn)工作狀態(tài)運(yùn)行。
1.7.2 內(nèi)盤管傳感器損壞時(shí)，取消傳感器相關(guān)保護(hù)功能，防冷風(fēng)按設(shè)定時(shí)間運(yùn)行。
控制器范文第2篇
關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)控制器；設(shè)計(jì)目標(biāo)；單片機(jī)；DSP
一、運(yùn)動(dòng)控制器概念
簡(jiǎn)單的說(shuō)，運(yùn)動(dòng)控制器是通過對(duì)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)軌跡目標(biāo)的裝置?？梢哉f(shuō)，只要有伺服電機(jī)應(yīng)用的場(chǎng)合就離不開運(yùn)動(dòng)控制器，它以其特有的靈活性和優(yōu)異的運(yùn)動(dòng)軌跡控制能力使許多工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備煥發(fā)了生機(jī)。
二、運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)目標(biāo)
在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，需要先確定整個(gè)系統(tǒng)的功能、性能以及日后的可擴(kuò)展性等問題，然后才能進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)。我們所說(shuō)的運(yùn)動(dòng)控制器，是負(fù)責(zé)直接對(duì)被控對(duì)象，即伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、編碼器、各種開關(guān)的輸入輸出進(jìn)行控制的裝置，是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)中的一個(gè)核心部件。它的功能集中在運(yùn)動(dòng)控制這一方面，不提供人機(jī)操作界面，而是接受上位機(jī)的控制。在運(yùn)動(dòng)控制的功能和性能上，該運(yùn)動(dòng)控制器應(yīng)滿足下列要求:
控制器可獨(dú)立運(yùn)行，亦可通過串口與上位機(jī)連接，通過上位機(jī)發(fā)送控制命令并監(jiān)測(cè)其運(yùn)行情況;
盡管控制器可通過直接發(fā)送命令來(lái)控制電機(jī)，但仍需設(shè)計(jì)反饋回路，以方便系統(tǒng)的調(diào)試，并為將來(lái)通過CPLD將其集成做前期的準(zhǔn)備工作，也可用于補(bǔ)償，在必要的情況下可以形成閉環(huán)，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制形式:
能夠?qū)崿F(xiàn)多各種機(jī)械信號(hào)的處理，包括:原點(diǎn)信號(hào)、左右限位信號(hào)、能夠?qū)崿F(xiàn)多異常情況的處理，如急停信號(hào)處理，警告信號(hào)處理;
可提供若干路通用的輸入輸出1/0口，以備擴(kuò)展其他功能時(shí)使用。
三、控制系統(tǒng)的確定
系統(tǒng)功能確定后，其實(shí)現(xiàn)是建立在硬件電路的基礎(chǔ)上的，本章通過對(duì)幾種控制方案優(yōu)劣的比較，切合實(shí)際系統(tǒng)需求，選擇將要采用的控制系統(tǒng)。
方案一:采用單片機(jī)加通用芯片構(gòu)建系統(tǒng)
單片機(jī)可通過總線或串口與PC機(jī)進(jìn)行通訊，接收PC機(jī)的控制指令，進(jìn)行脈沖發(fā)送和檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量信號(hào)，如左右限位開關(guān)、原點(diǎn)開關(guān)等信號(hào)，并向PC機(jī)報(bào)告工作狀態(tài)。以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制功能。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，但擴(kuò)展單片機(jī)的外圍電路較復(fù)雜，并且底層控制軟件工作量大。因?yàn)槌司帉慞C機(jī)的底層控制軟件外，還要編寫相應(yīng)的單片機(jī)控制軟件，其流程繁瑣且因單片機(jī)各異，使用的語(yǔ)言以及環(huán)境也不盡相同可讀性較差。
方案二:采用DSP+CPLD來(lái)搭建系統(tǒng)，與單片機(jī)相比，DSP器件具有較高的集成度，更快的速度，隨著運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，己經(jīng)有很多廠商推出了專用于電機(jī)控制的DSP芯片，典型的有德州儀器公司TMs320系列和ADI公司的產(chǎn)品ADSP系列。芯片通常內(nèi)置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口。有的片內(nèi)集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。在結(jié)構(gòu)上采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時(shí)存取程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強(qiáng)的多級(jí)流水線，使其具有高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先進(jìn)的開發(fā)手段，開發(fā)工具等易于使用。結(jié)合CPLD即復(fù)雜可編程邏輯器件的特點(diǎn)，可以很方便的通過不同設(shè)置實(shí)現(xiàn)不同功能的控制，即只設(shè)計(jì)一個(gè)硬件配置，然后設(shè)計(jì)不同的軟件來(lái)執(zhí)行多樣的控制功能，此方案靈活但研發(fā)周期較長(zhǎng)。
PC或單片機(jī)十運(yùn)動(dòng)控制芯片與PC機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡在工業(yè)控制中較多采用，采用專用運(yùn)動(dòng)控制芯片或運(yùn)動(dòng)控制卡的好處使得用戶可以專注于系統(tǒng)管理，如用戶的輸入，系統(tǒng)工作狀態(tài)的顯示等，對(duì)于系統(tǒng)工作時(shí)的實(shí)時(shí)控制細(xì)節(jié)，像運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃，脈沖發(fā)送，位置的檢測(cè)則可以完全交給運(yùn)動(dòng)控制芯片或運(yùn)動(dòng)控制卡來(lái)完成，而且可以通過廠商提供的接口如總線方式等方便的與CPU進(jìn)行通訊，故在研發(fā)周期較短，控制功能要求復(fù)雜的情況下采用這種控制方式比較合適，可以大大縮短開發(fā)周期。
例如專門為步進(jìn)和交流伺服設(shè)計(jì)的DSP運(yùn)動(dòng)控制器PCL系列芯片，所有實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制工作都可由PCL芯片處理，包括勻速和變速脈沖發(fā)射、升降速的控制、直線或圓弧插補(bǔ)、原點(diǎn)及限位開關(guān)管理、編碼器計(jì)數(shù)，丟步檢測(cè)等。
在使用此類芯片時(shí)，PCL芯片的作用和操作類似于普通可編程邏輯芯片的使用，像8259，8253等，與單片機(jī)或PC的通訊是靠讀寫總線上的幾個(gè)地址來(lái)進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的傳輸，軟件開發(fā)變得簡(jiǎn)單易行，用戶使用時(shí)只需搭建好系統(tǒng)，就可通過熟悉芯片的操作指令和各種內(nèi)部寄存器，編寫運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)，在主程序中調(diào)用運(yùn)動(dòng)函數(shù)即可執(zhí)行十分復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制，使得開發(fā)者可以將更多精力放在人機(jī)交互等系統(tǒng)管理功能的實(shí)現(xiàn)上。但這種方案的缺點(diǎn)在于雖然功能強(qiáng)大，工作穩(wěn)定性好，精度高，但因?yàn)閲?guó)內(nèi)成熟產(chǎn)品不多，國(guó)外產(chǎn)品依靠其壟斷地位大大抬高了此類產(chǎn)品價(jià)格，而且技術(shù)支持方面做得不夠好，故在此不予選用。
綜合以上分析，DSP資源豐富，并且運(yùn)行速度快，穩(wěn)定性也好，但與DSP強(qiáng)大功能對(duì)應(yīng)的是系統(tǒng)控制復(fù)雜，不如單片機(jī)容易掌握，加上單片機(jī)價(jià)格低廉，種類豐富，而近幾年單片機(jī)與DSP界限變得模糊，出現(xiàn)了一批新類型的具有DSP的快速運(yùn)算功能單片機(jī)，將單片機(jī)和DSP的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，如Microchip公司推出了dsPlC，凌陽(yáng)公司的SPCE061A，他們都結(jié)合了單片機(jī)的控制優(yōu)點(diǎn)及數(shù)字信號(hào)處理器的高速運(yùn)算特性，都具有單周期乘加指令的功能，以及靈活的重編程能力，類似單片機(jī)的開發(fā)平臺(tái)也使得其開發(fā)簡(jiǎn)單易行，相信這將會(huì)是將來(lái)控制系統(tǒng)的主流趨勢(shì)。
參考文獻(xiàn)：
控制器范文第3篇
DDR SDRAM高容量和快速度的優(yōu)點(diǎn)使它獲得了廣泛的應(yīng)用，但是其接口與目前廣泛應(yīng)用的微處理器不兼容，DDR SDRAM控制器的FPGA實(shí)現(xiàn)。介紹了一種通用的DDR SDRAM控制器的設(shè)計(jì)，從而使得DDR SDRAM能應(yīng)用到微處理器中去。
關(guān)鍵詞：DDR SDRAM控制器 延時(shí)鎖定回路 FPGA
DDR SDRAM是建立在SDRAM的基礎(chǔ)上的，但是速度和容量卻有了提高。首先，它使用了更多的先進(jìn)的同步電路。其次，它使用延時(shí)鎖定回路提供一個(gè)數(shù)據(jù)濾波信號(hào)。當(dāng)數(shù)據(jù)有效時(shí)，存儲(chǔ)器控制器可使用這個(gè)數(shù)據(jù)濾波信號(hào)精確地定位數(shù)據(jù)，每16位輸出一次，并且同步來(lái)自不同的雙存儲(chǔ)器模塊的數(shù)據(jù)。
DDR SDRAM不需要提高時(shí)鐘頻率就能加倍提高SDRAM的速度，因?yàn)樗试S在時(shí)鐘脈沖的上升沿和下降沿讀寫數(shù)據(jù)。至于地址和控制信號(hào)，還是跟傳統(tǒng)的SDRAM一樣，在時(shí)鐘的上升沿進(jìn)行傳輸。
由于微處理器、DSP等不能直接使用DDR SDRAM，所以本文介紹一種基于FPGA的DDR SDRAM控制電路。
控制器范文第4篇
關(guān)鍵詞:恒壓供水;數(shù)據(jù)采集;PID控制;變頻調(diào)速
中圖分類號(hào):TP368.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1004-373X(2010)06-004-04
Design of Intelligent Water Supply Controller
SUN Jinwei,WANG Chao,WEI Guo
(School of Electrical Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology,Harbin,150001,China)
Abstract:A constant-pressure water supply controller based on C8051F410 Micro Controller Unit(MCU)core is designed,and the design of the system′s hardware and software are also introduced in detail.The controller consists of several modules,such as data signal collection module,human-machine interface module,motor control module and power module.The MCU′s AD module collects the pipeline′s pressure,and DA module controls speed of the pump,thereby water pressure is kept stably.The control method is PID theory,integrates VF speed and MCU technique.The system can satisfy the inhabitants′ demands,and has characteristics of high-performance,high-reliability,low-cost and low-energy consumption.
Keywords:constant-pressure water supply;data collection;PID control;VF speed
0 引 言
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市高層建筑的不斷涌現(xiàn),人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高[1],加上目前能源緊缺對(duì)節(jié)能的要求,因此利用先進(jìn)的電子測(cè)控技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù),設(shè)計(jì)高性能、高可靠性、低成本、低能耗,以及能適用不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)也就成為必然趨勢(shì)。隨著近年來(lái)變頻調(diào)速技術(shù)的飛速進(jìn)步,變頻恒壓供水也在其基礎(chǔ)上慢慢發(fā)展起來(lái),并成為一種新興的現(xiàn)代化供水技術(shù)[2]。
目前,國(guó)外的恒壓供水工程設(shè)計(jì)都采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式,幾乎沒有用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行的情況,這種方式不但投資成本較高,且功能單一[3]。
為此設(shè)計(jì)了在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中加入基于C8051F410的單片機(jī)系統(tǒng),構(gòu)成了功能更強(qiáng)的復(fù)合控制系統(tǒng),它不但克服了以上缺點(diǎn),而且具有安裝調(diào)試方便,功能全面,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),且可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。
1 控制原理
在恒壓供水系統(tǒng)中,安裝于管網(wǎng)的遠(yuǎn)傳壓力表提供水壓力信號(hào),并經(jīng)過光電隔離和電壓轉(zhuǎn)換電路,傳送給系統(tǒng)的中心控制器,控制器將采集到的壓力數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)壓力進(jìn)行比較,得出偏差值,再經(jīng)PID運(yùn)算之后得出控制參數(shù),D/A模塊將控制參數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬電壓輸出,調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率,從而控制水泵的轉(zhuǎn)速,以保證管網(wǎng)壓力基本恒定。當(dāng)用水量增大時(shí),管網(wǎng)壓力低于預(yù)設(shè)值,變頻器頻率就會(huì)升高,水泵轉(zhuǎn)速加快,從而提升管道水壓,但若達(dá)到水泵額定輸出功率仍無(wú)法滿足用戶供水要求時(shí),該泵自動(dòng)轉(zhuǎn)換成工頻運(yùn)行狀態(tài),并變頻啟動(dòng)下一臺(tái)水泵;反之,當(dāng)用水量減少,則降低水泵運(yùn)行頻率直至設(shè)定的下限運(yùn)行頻率,若供水量仍大于用水量,則減泵直至全部泵停止工作,經(jīng)過一定的延時(shí),控制器重新比較壓力,并計(jì)算控制輸出,從而維持恒壓供水[4]。它的系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
該系統(tǒng)可以同時(shí)控制2臺(tái)水泵,根據(jù)不同的場(chǎng)合可以采用不同的運(yùn)行模式,如單泵運(yùn)行、一用一補(bǔ)、一工一變、定時(shí)換泵等[5]。
圖1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)原理框圖
2 系統(tǒng)總體方案
系統(tǒng)的硬件和軟件采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),并充分考慮系統(tǒng)的擴(kuò)展能力?？刂破饔芍骺匕?、顯示按鍵面板和電源板三部分組成。圖2是控制器的結(jié)構(gòu)框圖,其工作原理是:首先用戶通過顯示按鍵面板設(shè)定預(yù)設(shè)壓力和控制器運(yùn)行的各個(gè)功能參數(shù),保存至E2PROM存儲(chǔ)器用作掉電存儲(chǔ),位于用戶管網(wǎng)端的遠(yuǎn)傳壓力表輸出的電壓或是電流信號(hào)經(jīng)過采樣電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,送入單片機(jī)與預(yù)設(shè)壓力進(jìn)行比較,計(jì)算并輸出模擬控制量和繼電器輸出狀態(tài)量。其中,模擬控制量輸出經(jīng)過變頻器控制模塊電路送給變頻器,用以控制變頻器的輸出頻率;繼電器輸出狀態(tài)量經(jīng)過繼電器輸出電路送給繼電器組,用以控制鞲霰霉ぷ饔詮て禱蚴潛淦底刺[6]。最后單片機(jī)把實(shí)際壓力值、預(yù)設(shè)壓力值、輸出頻率和各個(gè)泵的工作狀態(tài)送到顯示面板,以便用戶進(jìn)行觀測(cè)和操作。
圖2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖
3 系統(tǒng)單元電路
3.1 主控制器的選擇
主控制器選用單片機(jī)C8051F410,它是一款完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型芯片,其內(nèi)部還集成了12位高速ADC模塊和電流輸出型DAC模塊,同時(shí)硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus和UART串行接口,能方便處理器與E2PROM通信和數(shù)據(jù)串行輸出。C8051F410還支持JTAG實(shí)時(shí)仿真和跟蹤,能夠進(jìn)行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)的全速在系統(tǒng)調(diào)試。
3.2 系統(tǒng)電源電路
該設(shè)計(jì)采用基于三端穩(wěn)壓芯片TOP221Y的高精度開關(guān)穩(wěn)壓電源電路,主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選用單端反激式直流變換電路,其輸出采用兩組直流低壓電源:主回路為系統(tǒng)的數(shù)字電路部分提供5 V直流電源,副回路為系統(tǒng)的模擬部分提供15 V直流電源。
3.3 壓力表信號(hào)采集與光電隔離電路
位于用戶管網(wǎng)的壓力傳感器監(jiān)測(cè)到的壓力信號(hào)經(jīng)過光電隔離電路進(jìn)行濾波和隔離處理后,進(jìn)入C8051F410內(nèi)部的ADC模塊,實(shí)現(xiàn)按比例轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換為12 b數(shù)字量,以供單片機(jī)對(duì)其信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算。為了保證輸入量與轉(zhuǎn)換量程相稱,充分發(fā)揮A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率,在對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前經(jīng)過光電隔離電路時(shí),就已將外部傳入的0~5 V模擬電壓轉(zhuǎn)換為0~2 V模擬電壓信號(hào)。電路原理如圖3所示。
圖3 壓力表電壓采樣原理圖
由圖3可見,外部電壓信號(hào)從IN端口接入,經(jīng)過隔離和濾波電路,轉(zhuǎn)換為0~2 V電壓,從ADC端口送入單片機(jī)。同時(shí)在模擬信號(hào)采集到單片機(jī)系統(tǒng)的過程中,各種干擾信號(hào)都會(huì)隨著被測(cè)量信號(hào)進(jìn)入MCU控制系統(tǒng),這些信號(hào)迭加在有用的被測(cè)信號(hào)上會(huì)降低測(cè)量的準(zhǔn)確度,造成控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定。以上電路設(shè)計(jì)便利用線性光耦進(jìn)行光電之間的相互轉(zhuǎn)換,利用光作為媒介進(jìn)行信號(hào)傳輸,在電氣上使測(cè)量系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)完全隔離,從而實(shí)現(xiàn)了電平線性轉(zhuǎn)換且不把現(xiàn)場(chǎng)的電噪聲干擾引入到控制系統(tǒng)中[7]。
3.4 控制變頻器輸出電路
單片機(jī)通過內(nèi)部的電流輸出型數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊(IDAC),將計(jì)算得出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出,其輸出電壓經(jīng)過濾波和比例轉(zhuǎn)換處理后用來(lái)控制變頻器的頻率。同時(shí)為了保證單片機(jī)IDAC輸出電壓穩(wěn)定可靠,不受干擾,外部電路同樣采用了光電隔離電路,其電路原理圖如圖4所示。
圖4 控制變頻器模擬電壓輸出電路原理圖
3.5 外擴(kuò)E2PROM存儲(chǔ)器電路
該設(shè)計(jì)采用Atmel公司的E2PROM芯片AT24C02,其體積小,性能優(yōu),使用靈活方便,能夠在系統(tǒng)掉電之后存儲(chǔ)一些用戶設(shè)定和運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù),以便重新啟動(dòng)機(jī)器之后讀取。處理器自身集成的SMBus兼容I2C接口,可以直接與AT24C02通信,此方案不僅設(shè)計(jì)單,工作可靠,而且成本低廉。電路原理如圖5所示。
圖5 E2PROM電路原理圖
3.6 繼電器控制輸出電路
主控制器驅(qū)動(dòng)5個(gè)靈敏繼電器K1~K5,分別控制1個(gè)泄流閥和2個(gè)泵電機(jī),實(shí)現(xiàn)對(duì)泄流閥的打開與關(guān)斷控制和泵的變頻或工頻狀態(tài)切換。單片機(jī)通過信號(hào)線RX與TX將繼電器狀態(tài)控制信號(hào)串行輸出給串行移位寄存器芯片74HC595D,由74HC595D將輸出狀態(tài)的硬件鎖存,以防止輸出狀態(tài)擾,最后通過達(dá)林頓管ULN2003提高驅(qū)動(dòng)能力,以控制水泵電機(jī)的工作狀態(tài)和泄流閥的動(dòng)作[8] 。
4 控制器的軟件設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)中對(duì)變頻器輸出頻率的調(diào)節(jié)采用PID控制算法,其控制算法就是對(duì)偏差的比例、積分和微分。它是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟,應(yīng)用最廣泛的一種算法,特別是在工業(yè)控制中,因?yàn)榭刂茖?duì)象的精確數(shù)學(xué)模型很難建立,系統(tǒng)參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化,因此常采用PID控制算法[9],其控制示意圖如圖6所示。
它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
y(t)=KPe(t)+KI∫e(t)dt+KDde(t)dt(1)
式中:KP,KI和KD分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù);e(t)為誤差。
式(1)離散化后可以用計(jì)算機(jī)很方便地實(shí)現(xiàn),其位置式PID控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
y(n)=KPe(n)+KI∑je(j)T+KDT+
(2)
式中:e(j)為第j次采樣的誤差值;T為采樣周期。
圖6 PID算法控制示意圖
在實(shí)際應(yīng)用中,一般選擇增量式PID控制規(guī)律。因?yàn)樵隽啃退惴ㄅc位置型算法相比,前者不需要做累加,不易產(chǎn)生大的累加誤差,而且得出的是控制量的增量,誤動(dòng)作的影響比較小,更易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊切換[6]。增量式數(shù)字PID控制算式為:
Δy=y(n)-y(n-1)=KP+
KIe(n)T+KDT (3)
在該設(shè)計(jì)中,執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用變頻器,由于采用增量式數(shù)字PID控制算法,所以對(duì)于每個(gè)采樣周期,控制器輸出的控制量都相對(duì)于上次的增加量,其系統(tǒng)控制算法流程如圖7所示。
圖7 增量式數(shù)字PID算法輸出控制流程圖
圖7為增量式數(shù)字PID算法在整個(gè)系統(tǒng)中的控制流程,每次進(jìn)入A/D定時(shí)采集中斷,壓力信號(hào)便會(huì)被轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,PID控制模塊便將壓力信號(hào)的數(shù)字量通過算法處理得出相應(yīng)的控制輸出數(shù)字量,接著啟動(dòng)D/A將數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為模擬電壓輸出,其模擬電壓輸出用以控制變頻器。此模塊配合繼電器開關(guān)輸出模塊和壓力采集模塊,通過相應(yīng)的控制策略實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量和控制,保持供水管網(wǎng)壓力的動(dòng)態(tài)平衡。為了方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,在設(shè)計(jì)中使PID調(diào)整的上升、下降和跟蹤采樣周期的設(shè)定值可變,可以在開機(jī)時(shí)通過鍵盤改變其值,從而改變PID參數(shù),以適應(yīng)不同場(chǎng)合的控制需要。
如圖8所示,曲線1是參數(shù)調(diào)整前電機(jī)模塊控制電壓隨時(shí)間變化的響應(yīng)曲線;曲線2為參數(shù)經(jīng)過多次調(diào)整之后的響應(yīng)曲線?？梢钥闯?經(jīng)過參數(shù)調(diào)整,系統(tǒng)的響應(yīng)性能有了較大的提高,所以在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中需要經(jīng)過多次調(diào)整設(shè)定值,以保證達(dá)到最佳的控制性能[10]。
圖8 PID算法的系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖
5 結(jié) 語(yǔ)
分析了智能給水控制器的軟件和硬件設(shè)計(jì)。該控制器以SoC單片機(jī)C8051F410為核心, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)管網(wǎng)壓力的采集,對(duì)變頻器輸出的控制,而且擁有獨(dú)特靈活的用戶界面?？刂破鞑坏蓸雍涂刂凭雀?而且有┒嘀直；ず涂垢扇毆δ,保證了控制器的穩(wěn)定性和安全性。采用控制器和變頻器構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng),不僅大大提高了供水質(zhì)量,而且節(jié)能降耗效果也較為顯著,在當(dāng)今國(guó)家能源緊張的情況下,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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控制器范文第5篇
【關(guān)鍵詞】自調(diào)光;零點(diǎn)檢測(cè)模塊;光照強(qiáng)度采集模塊
1.引言
隨著能源問題越來(lái)越引起人們的重視，節(jié)能已經(jīng)成為生產(chǎn)應(yīng)用中不可忽視的一方面，自調(diào)光路燈控制器主要用于安裝在道路兩旁與公共場(chǎng)所的路燈上，隨環(huán)境光照強(qiáng)度的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈亮度，在滿足人們需要的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能的目的，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
自調(diào)光路燈控制器主要由單片機(jī)控制模塊、人機(jī)交互界面、零點(diǎn)檢測(cè)模塊、光強(qiáng)度采集模塊與脈沖觸發(fā)模塊五部分構(gòu)成，圖1為自調(diào)光路燈控制器系統(tǒng)框圖。利用光強(qiáng)度采集模塊完成對(duì)環(huán)境光照強(qiáng)度的參數(shù)采集，利用零點(diǎn)檢測(cè)模塊完成市電220V單相電零點(diǎn)檢測(cè)，利用人機(jī)交互界面完成系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，在單片機(jī)控制模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過脈沖觸發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)路燈亮度調(diào)節(jié)。
圖1 自調(diào)光路燈控制器系統(tǒng)框圖
3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
單片機(jī)控制模塊完成光強(qiáng)度信號(hào)的采集、零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)的處理，根據(jù)人機(jī)交互界面的設(shè)定完成計(jì)算，通過脈沖觸發(fā)模塊輸出控制信號(hào)?？刂颇K采用深圳宏晶科技有限公司出產(chǎn)的STC15F2K60S2芯片，指令代碼兼容傳統(tǒng)8051，內(nèi)部集成高精度時(shí)鐘。光強(qiáng)度采集模塊采用光敏電阻與高精度電阻分壓構(gòu)成，STC15F2K60S2芯片自帶8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換功能，可滿足光強(qiáng)度信號(hào)的采集。
圖2 零點(diǎn)檢測(cè)模塊原理圖
零點(diǎn)檢測(cè)電路為控制模塊提供同步信號(hào)，如圖2所示，市電L/N通過同步變壓器T0.5-06與光電耦合器TLP521-2實(shí)現(xiàn)同步信號(hào)獲取，該信號(hào)通過引腳P32輸入到控制芯片，通過實(shí)際測(cè)試，該電路可有效去除強(qiáng)電干擾并保護(hù)控制芯片。
圖3 脈沖觸發(fā)模塊原理圖
脈沖觸發(fā)模塊原理圖如圖3所示，由控制引腳P10給出的脈沖信號(hào)通過三極管Q1放大與脈沖變壓器T2，控制雙向晶閘管Q2的開啟，實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈的點(diǎn)亮與光線調(diào)節(jié)，脈沖變壓器T2還起到了強(qiáng)電與弱電的隔離作用。
4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
主程序包括初始化、中斷服務(wù)子程序、人機(jī)交互子程序、脈沖觸發(fā)子程序等，程序流程如圖2所示。
初始化程序包括外部中斷初始化、顯示初始化、AD轉(zhuǎn)換初始化等，信號(hào)采集每1秒執(zhí)行一次，根據(jù)檢測(cè)到的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)度信號(hào)，與人機(jī)交互界面設(shè)定值進(jìn)行比較處理，調(diào)整導(dǎo)通角，發(fā)出脈沖觸發(fā)信號(hào)，通過脈沖觸發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)路燈亮度調(diào)節(jié)。
圖4 程序流程圖
5.結(jié)論
本次設(shè)計(jì)切實(shí)考慮了路燈節(jié)能環(huán)保的需求，針對(duì)路燈照明而設(shè)計(jì)的一款自調(diào)光路燈控制器。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、方便，經(jīng)過一定時(shí)間軟硬件實(shí)時(shí)檢測(cè)，可靠性較高。
參考文獻(xiàn)
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