控制器十篇

控制器篇1

树下，站着一位戴眼镜，大鼻子，白胡子飘胸的老者。他睡眼惺忪，不断打着哈欠，仿佛睡了一次长觉才醒过来。

大鼻子老者又打了一哈欠，揉着眼睛说：“你找我？你认识我吗？”

梁小帅诧异地说：“认识，你三个月前还给了我一瓶再生药水呢！”

大鼻子老者说：“什么再生药水？有这种药水吗？它有什么药效？”

梁小帅说：“再生药水就是使断掉的东西像壁虎的尾巴一样重新长出来，譬如断了腿，用再生药水一喷，就会长出一条新腿来……”

大鼻子老者一脸不悦地说：“谎话连篇，世界上哪有这种药水？你在学校的时候，老师难道没有教你要做一个诚实的孩子吗？”

梁小帅争辩道：“那个再生药水你还说是你发明的呢！”

大鼻子老者更加不高兴了：“如果是我发明的，我岂不早就发财了？还待在这儿干什么？”

真是说不清，看来这个大鼻子老者得了老年健忘症！

梁小帅准备掉头就走。

这时，大鼻子老者忽然笑嘻嘻地说：“你一说到发明，我还真的发明了一样神奇的东西。”

接着，他像变戏法似的从口袋里摸出一个类似遥控器的东西，在梁小帅眼前晃了晃，得意地说：“这个神奇的东西叫情绪控制器。”

“情绪控制器？”梁小帅从来听说过这种玩意，“它是干什么用的？”

大鼻子老者说：“顾名思义，它就是用来控制人的情绪的机器，譬如说，一个人在悲伤的时候，你按一下这个控制器上的‘快乐’键，他就会马上忘掉令他悲伤的事，立刻快乐起来。”

梁小帅问：“这个能控制生气吗？”

大鼻子老者说：“当然啦，它也能让人从高兴变成愤怒，总之，人类所有的情绪都能控制！”

梁小帅说：“我不相信，你就吹吧！”

大鼻子老者并不生气，依旧笑嘻嘻地说：“牛皮可不是吹出来的，我让你眼见为实。”

恰好，离他们不远处有一个小男孩因为要买一个大型电动玩具，他妈妈不同意，正在那儿哭鼻子呢！

大鼻子老者拿着情绪控制器对准那个小男孩按下“大笑”键，小男孩马上“哈哈哈”大笑起来：“妈妈，我不要那个玩具了，它还没我手中的这个棒棒糖实用呢！”

梁小帅撇撇嘴说：“谁知道他是不是你的托啊？”

“那我拿你试试！”大鼻子老者将控制器对着梁小帅按下“大哭”键。

不知怎么的，梁小帅心里忽然觉得十分悲伤，不由得“哇哇”大哭起来。

等梁小帅哭得一把鼻涕一把泪后，大鼻子老者这才按下控制器上的“删除”键，梁小帅心里的悲伤不见了，他停止了大哭。

现在，梁小帅完全相信了情绪控制器的神奇功能，“你能不能卖一个给我？”他问。

大鼻子老者说：“不用买，我送给你得了。”

梁小帅问：“我们见过两次面，还不知道彼此的姓名、住址，我叫梁小帅，住在樟树街28号，老爷爷您呢？”

梁小帅的用意很简单：万一这个情绪控制器出现了问题，知道姓名和地址的话，方便找到这个大鼻子老爷爷让他修理，或者是换一个新的机器。不像上次那样，本来需要再生药水为表哥长新耳朵，却找不到人和地方。

大鼻子老者指着自己的大鼻子笑嘻嘻地说：“这就是我的名字，你叫我大鼻子也行，或者叫大鼻子博士。至于住址嘛，保密！我得走了，再见！”

然后，他钻进熙熙攘攘的人群中，一眨眼就不见了踪影。

梁小帅拿着情绪控制器回到家，看见老妈正对着老爸大发雷霆。原来，老妈这几天到外地出差，让老爸照顾她养的那两条名贵金鱼，不料，老爸喂食过量，结果金鱼胀死了。

老爸像犯了错的小学生站在老妈面前，低着头手足无措地搓着衣角，反复辩解着说：“我不是故意的，我不是故意的。”

老妈越骂越愤怒：“这么大的人连条金鱼都照料不好，还怎么担当起照顾一家人的责任？这种生活没法过了，分了算了！”

梁小帅对着老妈悄悄按下情绪控制器上的“快乐”键，老妈立刻转怒为乐：“算了，不就是两条金鱼吗？死了也好，我天天像宝贝一样精心侍弄它们，浪费了许多宝贵时间，还疏乎了一家人之间的亲情！”

老妈这前后态度的变化实在太大了，老爸怀疑地问：“郝美丽，你是不是精神有问题？”

老妈在老爸脸上“啪”地亲了一口，温柔地说：“没有啦！我正常着呢！”

一场暴风骤雨般的家庭大战，在情绪控制器的帮助下，烟消云散了。

梁小帅像平常一样抄近道去学校。当他走到一条小巷时，看见三个流里流气的年轻人将一个中年妇女逼在墙边，一个黄发年轻人恶狠狠地说：“快将钱拿出来，否则有你好看的！”

而中年妇女则将一个包紧紧抱在胸前，眼泪汪汪地哀求说：“求求你们放过我，这些钱是用来给我老公治病的！”

一个卷毛年轻人狞笑着说：“我们现在急需要‘治疗’玩乐！”

看着三个歹徒手中明晃晃的尖刀，梁小帅想大声叫喊，又怕他们狗急跳墙伤害到那个中年妇女，他拿出情绪控制器对着三个歹徒按下“忏悔”键。

三个歹徒丢掉尖刀，“噗通”一声跪在中年妇女面前痛哭流涕，向她忏悔着自己的种种罪行，末了，还掏出身上所有值钱的东西，有一个歹徒甚至还脱掉身上那套名牌衣裤，放在她的脚边：“我们知道治病需要很多钱，这是我们孝敬大哥的一点心意，您收下吧！”

然后，他们大哭着离开了。

来到学校后，第二节课是体育课。可是自从体育课上一个学生出现意外后，学校就禁止上体育课了。

老班马老师走进教室，布置了一大堆作业。

看着同学们愁眉苦脸的样子，梁小帅想，只要改变校长的情绪，体育课就可以恢复了。

下课后，梁小帅看到校长从教室门口路过，将情绪控制器对着他按下“固执软化”键，校长“蹭蹭蹭”大步流星回到办公室里，抓起话筒说：“从下节课开始，我校恢复体育课！”

“耶！”全校的同学们欢呼起来。

可是，体育课仅仅恢复了三天，校长又在广播里宣布：“禁止上体育课！”

“唉……”操场上上体育课的同学们发出痛苦的叹声。

一分钟后，校长又宣布：“恢复体育课！”

“欧耶！”上体育课的转痛苦为高兴，高声欢呼。

再一分钟后，校长又宣布：“禁止上体育课！”

就这样，校长不停地在广播里反复地宣布着自相矛盾的决定。

同学们一下子痛苦，一下子高兴。

学校大乱。

梁小帅意识到，可能是情绪控制器里的程序发生了混乱。

他试着对准一个同学按下“微笑“键，不料，那个同学却“哇哇”大哭；他试着按下“大哭”键，那个同学却“哈哈”大笑起来。

没错，是情绪控制器里的程序发生了混乱！

幸好，情绪控制器里的“删除”程序还是好的，这才使学校恢复了正常。

回家后，梁小帅揭开情绪控制器想修理一下，可是，当他揭开控制器的盖子后，不小心将两根线搭拢在一起，“啪”一团蓝色的火花闪现，接着冒出一股焦臭的青烟，控制器报废了。

（责任编校：易潇潇）

控制器篇2

关键词 控制继电器；电路原理；控制电路；设计；安装

中图分类号TM77 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）83-0150-03

控制继电器中的继电线路是继电器装置系统运行实现的基础结构，控制继电器中继电线路的设计情况，对于控制继电器装置系统的运行安全与稳定，有着很重要的影响和作用。通常情况下，控制继电器装置系统运行过程中，由于继电线路中的线圈电磁惯性以及机械惯性、机械位移情况等因素的影响，使得控制继电器中继电线路的接触器，或者是控制器在线圈通电过程中，会产生一个相互吸引的时间过程，同时在线圈断电时，会产生一个相互释放的时间过程，这些电气元件的动作过程，都是控制继电器继电线路设计中需要进行考虑的元素，对于控制继电器装置系统的稳定运行有着重要的影响和作用。同样，应用于港口皮带输送系统的控制继电器装置系统结构，它的系统安全与稳定性运行，对于港口皮带输送系统的安全稳定运行以及港口的经济效益都有着一定的影响和作用。在港口皮带输送系统中使用继电控制装置，也就显得十分必要和重要了。

1控制继电器装置中继电线路的设计安装

1.1 控制继电器继电线路的设计

在控制继电器装置的继电线路系统中，触点结构部分是整个控制继电器装置中的重要组成部分，对于控制继电器装置的安全稳定运行有着重要的影响和作用。进行控制继电器继电线路设计过程中，继电线路触点的性能作用设计，主要受到触点使用材料以及触电结构的电压、触点部分电流、负载类型与环境条件等因素的影响。因此，进行控制继电器继电线路的设计，主要就是结合继电器触点影响因素，对于继电器触点结构进行设计实现，保证控制继电器的设计实现与设计质量。

在进行控制继电器继电线路中的触点结构部分设计时，首先，对于继电器触点使用材料的设计，应注意结合控制继电器装置系统安装使用的场合条件，进行相应的、符合要求的触点材料，进行设计应用。其次，在进行触点部分电流以及电压的设计实现过程中，对于触点结构部分的交流电压与直流电压负载情况的设计，应注意结合触点结构部分电流以及电压负载在电源线路中的运行经过情况，进行适当的设计应用实现。比如，在进行触点结构部分中的交流电压负载设计时，应注意交流电压是触点结构中存在有感性负载时，由于较高反电势的作用，导致触点结构部分中的电压值以及相关能量情况增大，最终导致继电器触点出现受损，影响控制继电器装置系统的安全稳定运行。结合控制继电器触点结构部分中电压运行的这一情况，在进行触点运行电压负载等的设计时，就可以通过选择耐磨损以及抗材料转移的触点材料，进行触点结构的设计应用。

同样，继电器触点中的直流电压运行情况，对于触点结构以及控制继电器装置的正常运行实现，都有着重要的影响和作用，在进行控制继电器触点结构的设计过程中，都应结合实际情况进行设计考虑与注意。其次，在控制继电器装置继电线路的设计中，还应注意结合继电器触点的控制极性特征与相位转换情况进行设计考虑与应用。如下图1和图2所示，分别为触点结构装置对于控制继电器电源极性和相位负载的控制转换图。

此外，在进行控制继电器装置的继电线路设计时，还要考虑到控制继电器继电线路中的切换负载以及抑制部件等，与继电器触点之间的作用关系，并在设计中进行考虑与注意。

1.2 控制继电器继电线路的安装实现

进行控制机电器装置在继电线路中的安装时，应注意从控制继电器装置的耐冲击与继电器触点安装可靠性两个方面进行安装考虑与注意。首先，进行控制继电器安装过程中，要保证继电线路中的电源电压以及电流等，对于控制继电器装置的冲击作用在安全范围之内，因此，在进行控制继电器装置安装过程中，最好要使继电器触点与可动部件的运动方向，与继电线路中的电源电压、电流等的振动、冲击方向呈相互垂直状态，以避免对于控制继电器的运行产生影响。其次，在进行控制继电器装置的安装过程中，为了保证继电器触点对于继电线路运行控制的可靠性，不应在同一个继电器装置中同时进行大负载以及低电平负载的转换实现，并且在进行控制继电器的安装过程中，应注意对于继电器热温度进行考虑，避免对于控制继电器装置的安全稳定运行造成影响。

2 港口皮带输送监控系统与功能介绍

2.1 港口皮带输送监控系统

港口皮带输送监控系统，主要是对于港口货运中的皮带输送系统全过程进行监控与管理实现，以保证港口皮带输送系统的安全稳定运行，保证港口货运与输送的经济效益。通常情况下，港口皮带输送系统主要有皮带输送系统以及给料结构等结构部分与基本设备组成，在港口皮带输送过程中，通过港口皮带输送监控系统对于皮带输送过程中的控制设备以及通讯模块、皮带打滑、跑偏、输送料位等进行控制管理与输送运行保护实现，以保证港口皮带输送系统的安全稳定运行。

通常情况下，港口皮带输送控制系统对于港口皮带输送全过程进行监控管理实现过程中，需要通过多台控制继电器，对于不同的皮带输送运行数据进行监控与管理实现，从而形成一个完整的港口皮带输送监控系统。

港口皮带输送监控系统对于港口皮带输送监控管理的内容包括，对于港口皮带输送中的皮带输送系统进行集中的监控与管理，并对于港口皮带输送系统中的设备运行状态以及输送运行等情况，进行实时的监控与记录、分析等。

港口皮带输送监控系统在对于港口皮带输送全过程进行监控管理中，主要的控制方式有集中自动控制与集中手动控制、就地控制三种控制方式，在进行港口皮带输送的监控管理过程中，皮带输送监控系统的这三种不同控制方式，可以进行相互转换的控制应用。港口皮带输送运行过程中，皮带输送监控系统对于皮带输送全过程的监控管理实现，主要是通过集中自动控制方式，通过皮带输送的工艺流程以及输送顺序等，由皮带输送监控系统的中央控制结构部分进行自动运行控制实现。而皮带输送监控系统在通过集中手动控制方式，进行皮带输送的控制管理过程中，主要是通过对于皮带输送监控系统的中央控制系统，对于皮带输送的各设备控制实现，主要为皮带输送中闭锁与联动装置的控制管理。最后，皮带输送监控系统在通过就地控制方式，进行皮带输送控制时，主要在皮带输送现场进行控制操作，首先进行控制预告信号发送，然后根据预定运行控制时间，进行控制实现。此外，港口皮带输送监控系统进行港口皮带输送控制管理过程中，还对于皮带输送机的安装跑偏、输送速度以及料位等进行控制，并通过报警系统进行故障报警，以及时进行皮带输送的控制管理，避免港口皮带输送运行受影响。

2.2 皮带输送监控系统的功能分析

港口皮带输送监控系统主要用于进行港口皮带输送全过程的监控与管理。在进行港口皮带输送运行的监控与管理中，首先，皮带输送监控系统中，每个单元系统设备中，都设置有相关的运行操作监控点，以方便对于皮带输送运行的各个过程进行监控与管理。比如，在港口皮带输送系统中的物料输送装置部分，专门设置有过载保护以及纵向撕裂保护的装置，以避免港口皮带输送系统运行过程中，发生物料输送过载事故，同时能够方便对于港口物料输送过程中的过载输送事故进行控制，保证港口皮带输送系统的安全稳定输送运行；同时，在皮带输送系统中都还设置有皮带跑偏事故控制开关，一旦皮带输送系统运行过程中，发生皮带跑偏问题，控制系统就会发出报警信号，同时，可以通过皮带跑偏控制开关，及时对于皮带跑偏问题故障进行控制。

其次，港口皮带输送监控系统，在进行港口皮带输送运行监控管理过程中，由于皮带输送系统中的拉紧装置为液压调节装置，并且在该液压调节控制的皮带中还安装有相关的松弛检测设备，该皮带松弛检测设备是由皮带输送监控系统中的控制继电器，通过对于皮带松弛控制设备的控制，进而实现对于皮带输送系统输送运行过程中皮带的松弛情况进行控制实现。同样，在皮带输送系统中的堆料机装置结构部分、皮带输送系统中等分别都设置有相关的监控装置，以对于皮带输送系统输送运行过程中堆料、皮带输送速度、皮带打滑等运行装置部位以及问题进行监测、控制，以避免对于皮带输送系统的输送运行产生影响。最后，对于港口皮带输送系统的软件系统结构部分以及硬件系统结构部分，都是通过矩阵控制原理进行控制实现，皮带输送系统中的自动监测控制系统不仅具有较好的抗潮湿性和抗干扰性，并且在皮带输送监控系统的结构也比较符合港口地区的环境条件。此外，港口皮带输送监控系统还具有比较完善的信息处理功能，监控系统中的监测报警系统，对于皮带输送运行与故障数据、信息等，都有较好的监控处理与记录、分析功能。

3 控制继电器对港口皮带输送系统的控制分析

3.1 港口皮带输送系统的继电控制过程

在对于港口皮带输送系统的输送运行控制过程中，控制继电器装置在港口皮带输送监控系统中的监控应用实现，主要是通过控制继电器对于皮带输送监控系统中的继电电路的控制作用，从而实现对于皮带输送系统输送运行的控制应用。比如，目前在港口皮带输送监控系统中应用比较多的PLC控制装置，就是通过对于皮带输送监控系统继电电路的控制作用，进行皮带输送运行的控制。它在进行皮带输送运行控制过程中，通过皮带输送监控系统中的浮点运算以及数据传送、分析、通信等功能，实现对于港口皮带输送运行的监测、控制。总之，PLC皮带输送控制装置在皮带输送运行中的控制应用，不仅对于皮带输送监控系统中的空间占用情况有了很大的改善，并且对于港口皮带输送系统的安全、稳定以及可靠运行也有了很大的保障，并且PLC控制装置在皮带输送系统中的控制应用，主要是通过自动化的控制系统实现，具有很大的控制管理应用优势。

3.2 控制继电器在皮带输送系统控制的功能特征

应用控制继电器装置进行港口皮带输送系统的输送运行控制，不仅可以实现对于港口皮带输送系统输送运行全过程的监测、控制，并且对于皮带输送系统的运行稳定性与可靠性也有很大的保障。首先，控制继电器装置系统进行皮带输送运行控制应用中，对于皮带输送运行中的网络故障问题具体自动诊断并记录的功能；其次，PLC还对于自身故障问题具有监控诊断的功能作用，对于保证皮带输送运行的安全稳定以及可靠具有很大的积极作用。此外，PLC控制继电装置还具有对于电路传感器以及数据辛亥等的诊断监控作用，具有较好的系统应用扩展性能。

4 结论

总之，控制继电器装置系统的继电线路设计情况，对于控制继电器装置的运行应用都有很大的影响和作用，在继电线路设计中，应注意结合实际情况以及继电线路的设计经验，进行设计应用，避免对于控制继电器装置的运行应用产生不利影响。此外，控制继电器装置在进行港口皮带输送系统的运行控制应用，不仅有利于避免港口皮带输送系统的运行安全、稳定和可靠，并且对于港口输送经济效益也有很好的保障。

参考文献

[1]潘飞.F35型多功能馈线管理继电器在单母线分段系统中的应用[J].电力系统自动化，2003(17).

[2]卜仁祥，刘正江，李铁山.迭代滑模增量反馈及在船舶航向控制中的应用[J].哈尔滨工程大学学报，2007(3).

[3]尹秀妍，原立涛，张亮.easy控制继电器在排灌水泵控制中的应用[J].农机化研究，2007(2).

[4]张生果，陈恳.磁保持继电器在基于伺服控制卡爬壁机器人集成控制中的应用[J].低压电器，2007(15).

[5]闫鑫.Easy控制继电器在YT32-315A四柱液压机控制系统中的应用[J].安徽冶金科技职业学院学报，2010(1).

[6]刘静，肖友国，刘峻.智能继电器在静电除尘器低压系统中的应用[J].电力自动化设备，2000(5).

[7]丁筱玲，赵立新.PLC在机械手控制系统上的应用[J].山东农业大学学报，2006(1).

[8]周凤胜，徐兰英.时间空余在用PLC改造继电器――接触器控制系统中的应用[J].宜春学院学报，2010(4).

控制器篇3

1、首先我们把粗线缕清，作为一个电器，必须有电源输入吧，那么红黑两根粗线就是正负极，直接和电池正负极并联接好(充电插头也是)，连接以后控制器处于待机状态，犹如电视机，插上电还要按一下开机键，控制器也是如此，单独的那根红色线就是开机线，接电源正极就是开机(钥匙门)，电机自然和控制器要有连线吧！黄绿蓝三根线和电机黄绿蓝三根线对接即可。

现在粗线都没了!剩下的就是转把，霍尔，倒档，刹车断电等。这个控制器是双模的，支持无霍尔工作。那么只要再把转把线(红，黑，白三色线)插好，现在电动车就可以向前开动了！就这么简单!

2、当然上面只是满足了电机单方向运转的条件，实际中还需要倒退。蓝棕白三根线就是前进倒退换挡控制，三根线默认互不连接的时候是前进档。蓝黑连接是空档，黑白连接是倒档，用所配的插头插上即可。

五色线就是霍尔传感器插头，和电机引出的霍尔传感器插头对插即可(就一个五线插头，不会错)，还有一个刹车断电线，黑白两色线的那个插头，接断电开关即可实现刹车断电。有的小电动三轮车还有仪表线，倒车喇叭线等辅助功能，接法简单，不在赘述。

控制器篇4

文 陕西省宝鸡高新1路15号宝鸡高新中学八（4）班

赵卓悦

生活中常常发生自己知道不该做却还是做了的事，造成很多遗憾，甚至伤害健康和生命。

我想制作一个心灵控制器，它隐藏在人体的某一部位，当你要做本不应该做的事情时（比如外出开车进餐时喝酒等），控制器便会控制大脑，让每个人看到自己这样做了后，会对自己和他人带来麻烦的视频，从而控制人的行为。

（指导老师：贾文俊）

百花齐放的桂花树

文 湖南省汨罗市三中206班 张 旺

桂花树有金桂、银桂、丹桂之分，花的色彩有黄白、淡黄、黄色、玉米黄、番红黄、橙色、桔红、橙红等。

我想把金桂、银桂、丹桂等各种色彩的桂花都嫁接到同一棵母树上，这样一棵树就可以开出各种不同色彩的桂花。真的是百花齐放、百家争鸣了！

（指导老师：周 政）

太阳能抽水系统

文 湖南省宁乡四中C362 唐 韬

我家住农村。暑假里，我每天都要负责给自家楼顶的水塔抽水，40多天里我记不清抽了多少次，费时又费力。

我想，楼顶是水泥空坪，要是放满太阳能电板，就能利用太阳能发电，把白天的电储存于蓄电池，再由蓄电池提供抽水的电能。这样，一来可以节约能源，二来可以为屋顶降温，三来又可以节约劳动力。

我设计如下：在农家水井里架设一台直流抽水机，利用蓄电池的电能发动，把水抽到楼顶水塔里；水塔开口处和底部，各安装一个湿度感应器，水满自动断电；没水时，蓄电池再输出直流电把水抽上水塔；其余时段，蓄电池把太阳能发的电储存备用。

（指导老师：谢延昭）

系统自动停电装置

文湖南省汨罗市三中206班 李 虎

教室里安装了健康纯净水系统，学生喝上了温暖健康的热水。系统自动给水加热至沸腾，然后保温。当水温低于某一温度时，又重新加热至沸腾，方便学生下课用水。但晚上放学时，学生常常忘记关电源，浪费了大量的电能。

控制器篇5

关键词：蓄电池；AVR微控制器；TLV5638；电源控制

引言

蓄电池是飞行器电源系统中重要的组成部分，蓄电池的性能直接影响飞行器的安全。因此，正确维护、保养蓄电池就成为一项十分重要的工作。539CH-1型Ni-Cd蓄电池是碱性蓄电池，为了避免记忆效应影响电池容量，充电前需要对电池进行放电。该电池的放电规范要求测量单体电池电压，并记录单体电池电压下降到1V时的放电时间，然后在单体电池两极间接入放电电阻。该电池的充电规范要求使用分阶段定电流充电法。充电过程中要检测电池的端电压和充电电流，充电后期要测量单体电池的电压，并对电压较低的电池做相应处理。

本文针对539CH-l型Ni-Cd蓄电池的充放电规范，提出一种充放电控制器的设计方案。

系统设计

本设计采用AVR单片机Megal6L作为核心，可同时控制两块539CH-1型蓄电池的充放电过程。Megal6L通过串行总线接收上位机的命令，然后通过SPI总线将数据发送给TLV5638。单片机通过多路模拟开关CD4053将TLV5638的两路D/A转换输出送入信号调整电路，从而完成对充放电电流的控制。放电过程中，Megal6L通过控制8D锁存器74LS573和复合管阵列ULN2081控制放电电阻接入。

硬件设计

硬件系统包括串行通信电路、充电和放电控制电路、继电器驱动电路等模块。

通信电路

单片机通过串口与上位机通信。Megal6L端口为TTL电平，而上位机串口为RS-232C标准接口。因此，在上位机与单片机通信时需要进行电平转换。本设计采用MAX232完成TTL电平与RS-232C接口电平之间的转换。

充电和放电控制电路

单片机收到上位机的充放电控制命令后，通过SPI口将控制信号发送给TLV5638。TLV5638将收到的数字信号转换成模拟信号，并送入信号调整电路。模拟控制信号经调整后送入充电或放电电源的PI控制器，对充电和放电电流进行控制。单片机通过CD4053选择控制信号的输出通道，使该控制器可同时对两块蓄电池进行充电和放电。

D/A转换

本设计使用双通道12位电压输出型高速DAC TLV5638完成数模转换。该转换器包含3线串行接口，可与Microwire、SPI、QSPI等接口以及TMS320系列DSP无缝连接。设计中，将Megal6作为主机，通过SPI口直接与TLV5638的串行接口相连。因为Megal6的SPI口为4线串口，所以连接时单片机SPI口的PB6(MISO)悬空。

串行通信时，TLV5638的CS脚电平出现下降沿时通信开始，数据在SCL的下降沿逐位移入TLV5638的内部寄存器。最先移入的是数据的最高位。当16位数据全部移入或CS脚电平变高时，TLV5638移位寄存器中的数据被存入相应的锁存器，锁存器的选择由数据中的控制字确定。因此，当Mega16需要向TLV5638发送数据时，PB7先从高电平跳到低电平，然后通过SPI口连续进行两次写操作，写操作完成后，在SCLK的第16个上升沿，相应锁存器的内容自动更新。

送入TLV5638的16位数据字包括控制段和数据段两部分。其中，R0和R1为寄存器选择位。

12位数据段的内容受寄存器选择的影响。当数据写入DAC寄存器或缓冲器时，数据段各位均用于表示数据值；当数据写入控制寄存器时，DO和D1用于确定参考电压。

实际应用中，TLV5638工作于慢速正常模式，采用2.048V内部参考电压。更新TLV5638某一路DAC数据时，必须保证另外一路数据不变。因此，除初始化过程以外，TLV5638寄存器选择位只有R0=0、R1=0和R0=0、R1=1两种状态。

Mega16的SPI口可采用4种不同的数据传输格式工作，传输格式由SPI控制寄存器中的CPOL位和CPHA位控制。应用中，考虑到TLV5638的使用要求，令CPHA=0，CPOL=1，即传输开始时采样SCK下降沿，结束时采样SCK上升沿。

信号通道选择

Mega16通过PD4NPD5以及逻辑电路控制信号的输出通道。逻辑电路包括1片7404和2片CD4053。以TLV5638的OUTA输出信号为例。模拟控制信号从TLV5638输出，经滤波后送入CD4053的X通道和Y通道。单片机PD4一方面直接与CD4053控制端A相连，另外还通过反相器7404与CD4053控制端B相连。这样就保证A端和B端的控制信号反相，使任意时刻X、Y通道中只有一个可以输出有效控制信号，保证该路充电和放电不发生冲突。应用中没有使用CD4053的z通道，将其与控制端C及使能端一起接地。

继电器驱动电路

放电后期，需要将电池中的剩余容量完全放出，最终使单体电池电压下降到OV。设计时，利用继电器将放电电阻并联于单体电池两极，从而释放电池剩余容量。继电器由8D锁存器74LS573和达林顿管阵列ULN2801驱动。单片机PAO～PA7输出控制信号，PD2、3、7和PC6、7输出5片74LS573所需的锁存使能信号。控制信号由74LS573锁存，然后通过ULN2801驱动继电器工作，将放电电阻并联在单格电池两端，从而完成单格电池剩余容量放电。

软件设计

软件采用主从结构，基于模块化设计思想，主要包括主程序模块、通信程序模块、D/A转换与通道选择模块、继电器组控制模块等。

主程序模块完成单片机初始化，等待并处理中断等工作。

通信程序模块中，单片机与上位机间采用RS-232C串口通信。单片机采用中断方式接收上位机发出的命令，并根据接收到的数据内容向上位机发送应答信息。当命令的起始标志和结束标志都正确时，单片机向上位机发送ASCII字符‘Y’表示接收成功，然后处理收到的命令；否则，向上位机发送ASCII字符‘N’，表示发送不成功，要求上位机重新发送命令。

DA转换与通道选择模块中，当上位机需要控制充、放电电流时，单片机采用查询方式，通过SPI口向TLV5638发送命令和数据，然后通过控制CD4053确定模拟控制信号输出通道。因为Megal6L的SPI口字宽为8位，必须连续进行两次写操作才能完成对TLV5638的编程。

继电器组控制模块中，单片机收到上位机命令后，先将数据写到PA口，然后向相应锁存使能位写‘O’，将数据锁存入74LS573中，完成对继电器的控制。

控制器篇6

关键词 可编程控制器；电气控制；应用

中图分类号G206.2 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）104-0138-02

0引言

可编程控制器主要是应用在包括机械工程学科、自动控制器学科以及工业自动化学科等多种工业控制学科领域中的一种可编程的控制器。目前，可编程控制器凭借其具有的控制工作稳定，控制水平高能力强以及抗感染能力高的特点被广泛运用在社会多个不同领域中，极大的提高了人们的生活质量和推动了国家工业领域控制技术的发展。为了能够更加深入的了解可编程控制器在电气控制中的应该效果，本研究对可编程的概念、发展概况、在电气控制中应用概况以及未来的发展前景进行分析。

1可编程控制器（PLC）简介

1.1概念

可编程控制器（PLC）是一种通用控制器，其产生的基础是计算机本身具有微处理能力，该控制器通过利用计算器的多种技术对设备运行进行计算、定时和控制，使控制设备能够按照人的需求完成各种运行需要[1]。可编程控制器在刚开始出现时其控制能力仅包括逻辑运算、计数以及顺序控制等几个功能。但是，时下的可编程控制器均在科学技术的不断升级和完善后拥有更多的功能，能够满足包括家庭自动化应用、公共事业应用以及商业和工业等在内的多个不同领域在的应用需求，在为人们生活提供更多便利和推动社会自动化和只能化发展发挥着极大的推动作用。

1.2发展概况

可编程控制器（PLC）在未出现之前，社会生产各大领域的控制系统大多由继电器和接触器进行控制，虽然该控制系统在设备的控制方面也发挥着一定的控制作用，但是由于该系统除了需要通过固定连接硬件来完成控制目标之外，其体积还非常庞大，在使用过程中还存在耗电大、寿命短以及故障发生率高的缺点。而可编程控制器（PLC）却具有体积小、使用寿命长、故障发生率较低、比较灵活以及操作简单方便的特点，因此，在可编程控制器（PLC）推出后很短一段时间内就直接取代继电器和接触器进控制系统，成为多个控制领域的主要控制设备。

2可编程控制器在电气控制中的应用

2.1特点

可编程控制器（PLC）得以在多个不同领域广泛应用的根本原因在于该控制器具有诸多优点：1）编程方式简单且快捷；2）安装和维修操作均比较简单和方便；3）具有极高的抗干扰性能；4）耗电小，能降耗；5）体积小，易携带和移动；6）工作稳定，具有极高的可靠性；7）系统设计、编辑、升级以及调试所需时间少，周期比较短，不影响控制工作。

2.2主要应用范围

可编程控制器常见控制形式及其在电气控制中的应用方向主要有：1）开关控制。相对于传统的继电器控制方式而言，可编程控制器能够同时实现顺序和逻辑两种控制，且能够在多台设备中同时进行控制[2]；2）分散控制。指的是在不同的控制对象中全部安装可编程控制器，这些可编程控制器通过相互之间传递的信号进行联合控制；3）模拟量控制。其具体应用方向主要于“量”的变化，如流量的变化、温度的变化以及液位的变化等；4）集中式控制。是相对与分散控制而言的一种控制方式。具体是由一个功能强大的可编程控制器对所有设备进行监视和控制。

2.3典型运用

可编程控制器（PLC）在电动机运行控制中主要对电动机启动与停止、正传与反转、连续运行与分时启动等进行控制。但是由于可编程控制器属于工业型控制设备，所以CPU只能对电平信号进行处理，而这些电平信号能够顺利进入到编程控制器输入接口或者输出接口处的电路，使电平转换得到有效实现，连接至可编程器输入接口处输入构件多数都为开关、传感器或按钮等，而输出接口处则直接与被控制对象连接，被控制对象主要包括电动机、电磁阀、指示灯及接触器等。可编程控制器输入接口或输出接口具有显著性的观点滤波和观点隔离作用。在整个电动机运行控制中，能够进入到内部D/A转换器或者A/D转换器，使数字量和模拟量转换得到实现。例如，图1为两台电动机在可编程控制器控制下呈现出分时启动状态时形成的梯形示意图，图2为I/O接线示意图。从梯形示意图中可知，当启动键按下时，①号电动机呈现运行状态，10秒后，②号电动机能够自动开启，并与①号电动机同时运行，当停止键按下时，两台电动机则同时停止运行。可编程控制器在电机控制方面的应用有很多，涉及工业、商业、楼宇等领域。其中在商业楼宇中应用也较为典型，例如楼宇内电梯主要是由电机驱动，而电机则受控于可编程控制器。通过可编程控制软件，能够实现电梯自动化控制，与接触控制器相比，可编程控制器运行控制更为可靠，结构设计较为简单，外部接线程度有所简化，只有对程序进行修改，就能增加或者更改控制器的控制功能。再者，电梯在运行过程中，可编程控制器能够进行自动化故障检测，并显示清晰的报警信号，使得电梯运行安全性得到有效提高，同时为电梯维护、检修提供很大方便。

3可编程控制的未来发展方向分析

随着可编程控制器不断发展，其在日常生活领域中的应用越来越广泛。例如，可编程控制器在自动化楼宇照明系统、水循环系统及变电系统等控制上均得到有效应用，不仅能够对这些楼宇系统进行有效控制，同时能够对系统功能进行严密监察和检测，一方面能够使机电设备能源消耗量有所降低，另一方面能够提高机电设备投资效益。在电子技术不断发展背景下，电子产品呈现出多样化状态，日常生活动所使用的冰箱、洗衣机及空调等均通过可编程控制器进行控制。例如，洗衣机在运行过程中，可编程控制器能够对洗衣机的启动、进水、清洗、脱水及排水等功能进行有效控制，实现了洗衣机的全自动化。在科学技术和电子产品不断发展和更新的时代，可编程控制器应用领域将更加广阔，自动化控制程度将不断提高。

4 结论

可编程控制器具有编程简单、维修便捷、耗能量少、运行稳定、抗干扰性强等优点，在电气控制中得到广泛的推广和应用，使得电气运行控制安全性、可靠性得到有效提升，对电气自动化控制发展具有重要意义。

控制器篇7

关键词:电气控制;PLC;教学改革;实践教学

中图分类号:G622文献标识码:A文章编号:1671—1580(2015)12—0057—02

一、引言

“电气控制与可编程控制器”课程是机械设计制造及其自动化专业课程中一门重要的技能课程，强调理论联系工程实际，注重动手操作。我们当前采用的还是以课堂教学为主，实验教学为辅的教学模式，学生的学习积极性不高，知识掌握得也不够牢靠，达不到培养学生动手能力及创新能力的目标。2014年起，我们启动了该课程的教学改革，在三个方面逐一完成“电气控制与可编程控制器”的课程改革。通过一系列实践验证来激发学生的学习兴趣，了解开发过程，从而大大增强了教学效果，实现了专业理论知识和实践操作的有机统一。

二、教学内容的改革

“电气控制与可编程控制器”课程教学内容包含两部分:传统的接触器继电器电气控制系统和可编程逻辑控制器(ProgrammablelogicControlle简称PLC)。在传统的接触器继电器控制系统部分除介绍电器元件的工作原理，还要把典型的产品实物带入教室，让同学们有个感官的认知。基本知识简单介绍之后，推出工程实例，结合典型机械机床设备的电气控制系统，具体细化教学内容。让同学带着问题认识电气控制原理图中各个电器原件的工作原理及作用，并分析电路原理图及电机的工作原理，掌握原理图的绘制方法，这样能提高学生工程识图的能力。在PLC内容教学时，首先让学生明确PLC的概念，PLC是一种通用的工业控制器，一种专门用于工业控制场合的通用工业控制计算机。1．注重PLC控制器CPU的选型及系统配置在多年的教学中，我们发现很多学生能够很顺畅地设计梯形图程序，但是不会为PLC硬件系统配置，甚至不会选择PLC控制器的类型。以西门子S7－200系列PLC控制器为例，CPU224机型最多可以扩展7个模块。在工程项目拿到之后首先要考虑PLC本机的扩展能力，其次要根据输出设备的特点考虑PLC输出类型。共3种类型:(1)继电器型的输出接口，可用于交流及直流两种电源，但接通断开的频率低;(2)晶体管型的输出接口，有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱动的场合;(3)晶闸管型的输出接口，仅适用于交流驱动场合。这些都是工程实际中会碰到的问题。如果驱动设备是步进电机，要考虑用晶体管型的输出接口的PLC机型主控制器。同时，在和外部设备接线时，还需注意公共端子的接线方式。这些是需要学生在课程学习中训练掌握的工程实际问题。2．重视PLC控制器“功能指令”的教学以往的课堂教学过程中重点讲解基本的逻辑指令，这样的结果是学生在工程实际中不会实现循环功能或者是高速脉冲指令来驱动步进电机的运转。PLC技术早已突破了原有的数字量控制的局限，而进入到过程控制、位置控制、通信网络和图形工作站等领域，成为机电控制及过程控制不可缺少的核心控制部件。所以在PLC教学过程中要重视PLC控制器的“功能指令”的教学。3．重视互联网技术的应用教学随着互联网技术及通讯技术的发展，现在的PLC都具有通信联网功能。PLC与其他智能设备可以很方便地组成集中管理和分散控制式的控制系统。因此在PLC教学过程中要用到PLC组态。

三、教学方法的改革

现有的教学方法是，老师授课，学生做作业，在理论课中安排实验课，然后考试。这样学生仅仅是在接受老师传授的知识，缺乏学习自主性及设计能力的训练。“电气控制与可编程控制器”课程改革的目标之一就是对教学方法进行改革，以培养学生工程应用能力为目标，改变过去以教师为中心如何“教给”学生的教学模式，转变为以学生为中心如何“教会”学生的教学模式。主要从课堂教学、案例教学、与组态软件结合教学和考核机制4个方面改革教学方法。在课堂教学中，采用多媒体作为教学的辅助手段，实现上课形式的生动性。同时注意教师与学生之间的互动交流，通过提问、练习、学生上台板书答案、交流讨论等提高学生的注意力，激发学生的思考。多媒体课件中插入动画及视频链接。可以把重点元器件原理做成flas，把要完成编程的醒目控制原理也做成动画，这样学生更能掌握题目要求，从而掌握主要内容。在教学过程中把工程项目案例作为问题的提出，然后组织学生分组讨论，每组可以从提出问题、分析问题、解决问题三个方面做简单的汇报，老师对同学汇报的过程加以引导，激发学生学习的兴趣，做到在讨论中掌握知识要点，锻炼了学生思考问题的周密性以及解决工程问题的能力。随着工业自动化水平的迅速提高，组态软件的产生课程以增强学生的实践意识及应用能力为目标，采用力控组态软件，以真实的工程问题为背景，进行PLC和组态结合，实现工程管理与远程控制。注重加强对平时学习过程的监控以及实践环节的成绩比重。因此分章节，每次教学内容结束针对知识点进行课堂一练，每次都打分计入综合成绩。以知识点为单元进行考核，加强平时学习内容的考核，注重了学习过程。

四、实践环节的改革

要将知识转化为工程实践能力，必须加强实践环节。我校PLC实验室基础实验设备有25套，每套设备的基础实验有6套，除了基础实验可以增设选修实验，这样就可以实现除了基本要求的教学还可以按需教学，对于能力比较强的学生，可以选做实验。实践环节的改革主要有3个方面:1．改革实验教学方法:教师以引导为主，加强教师在实验中的指导、启发作用，要求学生在实验开始前完成实验程序的编写，重点指导学生实验过程中的实验调试、对实验结果的分析、对系统结果的完善，并有针对性地在现有实验的基础上增加难度，现场验证。2．对现有的实验项目进行改革，在每个基础性实验上增加设计性实验，提高学生实验兴趣;增加综合实验题目，选题广泛，适合不同层次能力的学生，给学生更多的实践机会;3．改革实践环节考核机制:改变只考核实验结果的模式，增加实验答辩，实验过程和创新设计作为考核指标。总之，通过“电气控制与可编程控制器”教学改革，目的是培养学生的综合应用能力、实际动手能力、工程设计能力和创新能力。通过对理论教学和实验教学两方面的教材、教学内容、方法、手段等各环节进行改革，尽可能激发学生的学习兴趣和学习积极性，培养学生的实践动手能力和创新能力，并取得较好的实际效果。

［参考文献］

［1］魏祥林，傅龙飞，王树东．“电气控制与PLC应用”课程教学理念优化［J］．电气电子教学学报，2012(02)．

［2］钟汉生．《电气控制与PLC应用》项目驱动教学研究与改革［J］．考试周期，2011(09)．

［3］束长宝，李新兵，王永华．“电气控制及可编程控制器”教学改革初探［J］．电气电子教学学报，2005(06)．

［4］傅忠云，刘文波，田莉．应用型人才培养目标下的PLC课程改革［J］．电气电子教学学报，2014(06)．

［5］谢秋风，邵惠鹤．工业过程动态仿真系统生成器SIMPRO的开发［J］．微型电脑应用，2004(01)．

控制器篇8

关键词: 煤矿;胶带输送机;可编程控制器;

中图分类号:TD56 文献标识码:B

0 引言

国投新集煤矿上世纪90年代开始筹建。在当时技术背景下,其胶带保护技术也简单落后。概述有以下四点:

一是胶带保护开关采用AC220 V电源:开关的常闭触点是串联到胶带控制回路启动按钮和停止按钮之间。若保护电缆或保护开关老化产生漏电,会对人身安全造成危害。二是保护开关多、故障排除时间长:胶带保护一般设有3组跑偏开关(机头、中间、机尾,各一组)、一个急停开关(一般设在中间,分别向机头机尾引拉线)和一个堵塞开关(设在机头溜槽处)等多个开关。当其中一个保护开关出现故障,维修人员就要逐一检查,不能直观发现问题,直接影响生产。三是胶带滚筒没有安全保障设施:胶带机头、机尾滚筒及中间改向滚筒处有安全护栏,但在清理积煤或检修时被打开又不能及时恢复到位。滚筒没有遮挡护栏,对职工的人身安全构成威胁。四是胶带打滑保护误动作且动作不可靠:原保护采用切割磁力线返回电信号的速度保护,在下胶带托辊上安装一个磁钢,并在其正上方安装监测装置。托辊受潮老化,会出现转动不灵活甚至不转现象,这样就会误动作,频繁停车;胶带跑偏时,磁钢座会磨损胶带;监测装置笨重且安装复杂。

针对上述四点,我们在工作中进行了改照,改照程序如下:

一 保护系统的改造

1、 胶带保护开关改用DC24 V电源。开关的常闭触点通入DC24 V电源,用来控制小型继电器(线圈电压为DC24 V),小型继电器常开触点控制胶带的停车。这样,就解决了因串入AC220 V电源而对人身安全构成的威胁。

2、每一个保护开关分别控制一个小型继电器,每个继电器上带一个指示灯。当保护开关出现故障时可以直观看到是哪一个。继电器正常工作时,供给PLC输入模块一个AC220 V电源开关量,通过PLC扫描监测各保护开关。当保护开关出故障时,利用PLC控制胶带停车并发出语音报警,直接告知维修工哪个保护出现故障。这样,就解决了出现保护故障时因不能直接排查而影响生产的问题。

3、在皮带滚筒安全护栏处安装一个监测接近开关。利用接近开关监测滚筒安全护栏,供给PLC输入模块一个AC220 V电源开关量,利用PLC扫描监测各滚筒安全护栏。当滚筒安全护栏被移出安全位置时,胶带不能程序起车。如胶带运行时护栏被移出,利用PLC控制胶带停车并发出故障报警。

4、在胶带机头改向滚筒外侧安装一个监测接近开关,在其内圈焊接一个与该滚筒直径一致的半圆弧形铁板(接近开关与弧形铁板间距离为0~7 mm),利用接近开关监测铁板信号并返回到PLC输入模块中,利用预先编写的程序监测脉冲信号。当胶带出现打滑时,改向滚筒必然减速甚至停止转动,接近开关不能输出脉冲信号或长期输出脉冲信号,通过PLC控制胶带停车并发出故障报警,防止胶带受损或磨断,保证了设备安全运行。见图1。

二系统的基本构成

2.1PLC的基本构成

改造后的PLC控制站设2个主站(一台备用)和8个远程I/O分站。2个主站设在调度监控操作室,主要完成对全部PLC分站的硬件管理、信息传输、信息处理和与上位机的信息通讯;8个分站分别安装在原煤、洗煤车间的8个低压配电室中,主要完成对现场设备的信息采集与控制。主站配置为(从左至右):电源模块、CPU储存模块、GB扩展模块、以太网通讯模块、控制输出模块;分站配置为(从左至右):电源模块、通讯扫描模块、控制输出模块、输入模块、模拟量输入模块。

2.2综合保护控制箱的基本构成

该综合保护控制箱安在胶带机头,输入电源AC220 V,引到一个20 A的小型断路器的输入端,断路器的输出端接一个AC220 V/DC24 V的直流电源。DC24 V+通过10个玻璃保险管分别连到各保护开关的常闭触点,并接到小型继电器的线圈(线圈电压为DC24 V)一端,继电器线圈另一端接DC24 V-。利用继电器的常闭触点串入胶带控制回路进行就地开车保护;用继电器的另一个常闭触点控制AC220 V引入PLC输入模块进行集控开车保护。

三改造后效果

控制器篇9

关键词：自适应控制器；不确定性；自适应控制系统

一、引言

自适应控制器能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化。自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统，这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其中包含一些未知因素和随机因素。面对这些客观存在的各式各样的不确定性，如何设计适当的控制作用，使得某一指定的性能指标达到并保持最优或者近似最优，这就是自适应控制所要研究并解决的问题。

自适应控制和常规的反馈控制和最优控制一样，也是一种基于数学模型的控制方法，所不同的只是自适应控制所依据的关于模型和扰动的先验知识比较少，需要在系统的运行过程中去不断提取有关模型的信息，使模型逐步完善。具体地说，可以依据对象的输入、输出数据，不断辨识模型参数，这个过程称为系统的在线辩识。随着生产过程的不断进行，通过在线辩识，模型会变得越来越准确，越来越接近于实际。既然模型在不断地改进，显然，基于这种模型综合出来的控制作用也将随之不断改进。在这个意义下，控制系统具有一定的适应能力。比如说，当系统在设计阶段，由于对象特性的初始信息比较缺乏，系统在刚开始投入运行时可能不理想，但是只要经过一段时间的运行，通过在线辩识和控制以后，控制系统逐渐适应，最终将自身调整到一个满意的工作状态。再比如某些控制对象，其特性可能在运行过程中要发生较大的变化，但通过在线辩识和改变控制器参数，系统也能逐渐适应。

常规的反馈控制系统对于系统内部特性的变化和外部扰动的影响都具有一定的抑制能力，但是由于控制器参数是固定的，所以当系统内部特性变化或者外部扰动的变化幅度很大时，系统的性能常常会大幅度下降，甚至是不稳定。所以对那些对象特性或扰动特性变化范围很大，同时又要求经常保持高性能指标的一类系统，采取自适应控制是合适的。但是同时也应当指出，自适应控制比常规反馈控制要复杂的多，成本也高的多，因此只有在用常规反馈达不到所期望的性能时，才会考虑采用。

二、自适应控制器的发展历程

自从系统的设计控制器以来，在对各种控制系统的研制与实践的基础上，人们就意识到控制器的设计问题及寻找适当的控制器结构与获得控制器参数。另外，人们也认识到在研究一个控制系统时，不仅仅要建立受控对象的模型，还需要考虑环境因素对对象的影响，所以要求控制器不仅仅对一个工作点进行调节而且要求能对所有工作点的范围进行调节，即具有自适应能力。20世纪40年代“控制论”问世至今，控制器的参数调节一直是研究讨论的主要内容。从20世纪50年代开始，人们就已经注意到控制器运行时对其静态和动态参数的在线自动调节体现了系统对环境变化的自适应。50年代明确提出的自适应控制在航天技术中得到成功应用。因此对自适应控制器的设计研究工作产生了强有力的影响。但是由于模拟器件的限制和缺乏完整的理论依据，也就限制了自适应控制器的实现，从而减弱了人们对这一领域的兴趣。60年代后，控制理论在许多方向上得到迅速发展。非线形系统理论、最优控制理论、最佳估计理论、系统辨识方法和递推方法都对自适应控制器的设计提供了有效地依据，人们对自适应控制有了更深刻的认识，并产生了更多的设计实例。

另一方面，自从1962年第一次将计算机用于控制系统以来，随着控制技术和计算机技术的进步，工业控制系统已从直接数字控制（DDC）系统、监督控制（SSC）系统发展到集散控制系统（DCS）、递阶控制系统（HCSA）和现场总线控制系统（FCS），在大量生产过程自动化系统中，工业计算机已经变成标准设备，这样就可以在实际应用中设计和实现更为复杂的自适应控制器。1982年第一个工业数字自适应控制器投入市场，紧接着一批数字自校正和自适应控制器应用到工业过程中。硬件资源越来越丰富且价格也越来越便宜，为研究人员和工程技术人员开发和实现各种自适应控制器提供了方便。

由于计算机系统已成为生产设备及过程控制系统的重要组成部分，它既可以在一定程度上代替人的思维进行复杂运算，又可以直接与现场各种装置（如变送器、执行器）相连，对所连接的装置实施自适应控制。由于自适应控制是在常规的控制环之外增加了非线形的自适应环节，自适应控制器面向的对象常常是非确定性的时变过程，所以大大增加了控制器的复杂性、计算量和操作执行时间。

三、自适应的控制方法

自从系统的设计自动控制器以来，就产生了对给定的过程和对象寻求适当的控制器结构和控制参数的问题。另一个困难是要求控制器不仅能对一个工作点进行调节，而且要能对所有工作点的范围进行调节。控制参数的自动调节首先于20世纪40年代末被提出来讨论，同时自适应控制的名称被首先用来定义控制器对过程的静态和动态参数的调节能力。自适应控制是一种具有一定适应能力的系统，它能认识环境的变化，并能自动改变控制器的参数和结构，自动调整控制作用，以保证系统达到满意的控制品质。

任何一个实际系统都具有不同程度的不确定性，这些不确定性有时表现在系统内部，有时表现在系统外部。系统内部的不确定性主要指过程数学模型的结构和参数事前可能是未知的；系统外部的不确定性主要指外部环境对系统的影响，这可以等效地用扰动来描述。扰动通常指不可测因素，它们可能是确定的。此外，还有一些量测噪声也是不确定的。面对这些客观存在的不确定性，如何在线的调整控制作用，使被控过程的指定性能指标达到并保持最优或次优，这就是自适应控制器的设计要求。

控制器能够变更或改进一个未知对象的行为和响应，使其满足一定的性能要求，所以在控制工程中，控制器得到了十分广泛的应用。对受控对象或受控过程施加输入u就可产生输出y,这个y代表了对象或过程的实测输出响应。控制设计的任务就是选择输入u，以便使输出响应y满足某个给定的性能要求。大多数控制工程师在选择u时通常遵循的控制设计步骤大致如下：步骤1，建模。这一步的任务是为了了解对象的过程机理，为此需要加入一个给定的输入信号u（t）来产生一个输出响应y（t），以便能以一些数学方程来描述对象。这些方程构成了对象的数学模型。实际上，一个对象的数学模型可利用物理规律来建立，也可以通过处理由各种试验得到的对象的输入-输出数据来得出，还可以把两者结合起来建立对象的数学模型。这些就是控制工程中常常采用的建模方法。当加到模型上的输入和初始条件与加到对象上的输入和初始条件完全相同时，一个精确的对象模型就应当产生与对象完全一样的输出响应。但是，大多数实际对象都很复杂，要建立这样精确的模型是没有保证的，甚至是不可能的。即使得到了精确的模型，其维数很可能是无穷维的，这样的模型所描述的非线性特性或时变特性对控制设计的作用也是微乎其微甚至是完全无益的。从实用目的来看，最好的模型应当是有效的，还应当是简单的。通过建模得到了对象的模型后，往往还要利用在工作点附近线性化和减少模型阶次等方法来进一步简化模型。一般地讲，建模涉及到对对象过程和性能要求的良好理解，因此还可能需要有关控制工程师的某些实际经验，才能圆满地完成建模任务。

步骤2，控制器的设计。在建立了可用的对象模型之后就可着手控制器的设计了。控制器的设计是为了满足对象模型对性能的要求。如果模型能良好地逼近对象，那么当把设计好的同一控制器用于对象时，对象所能达到的性能就可能十分接近对象模型所达到的性能。所以，还需要分析所设计的控制器用于具有不确定性的对象时的性能，即进行鲁棒性分析。如果影响很大，以至性能已下降到无法接受的程度，就必须改进或重新设计控制器，以降低控制器对不确定性的灵敏度，即增加对不确定性的鲁棒性。这种鲁棒性分析和控制器的重新设计将提高在步骤3中实现控制器时的成功几率。

步骤3，实现。将步骤2中设计的控制器加到未知对象上，该控制器已满足对象模型的性能要求，而且相对于可能出现在对象模型中的不确定性是鲁棒的。虽然在某些应用中，还可能用模拟计算机来实现控制器，但这里认定是用数字计算机来实现的。因此，有关可用的计算机类型、计算机和对象之间的接口部件的类型、软件工具等都必须事先考虑好。计算机速度和精度会对控制器的复杂性有所限制，这时可能需要返回步骤2，甚至返回步骤1，以便在不降低性能要求的情况下，得到更为简单的控制器。实现中的另一个重要方面是进行控制器的最后调整，即进行通常所说的控制器的整定，其目的是要通过补偿在设计过程中未考虑到的对象的不确定性来改善控制器的性能。整定通常是依靠尝试法来完成，这完全取决于控制工程师的经验和直观知识。针对这类问题，经过多年的努力，人们已建立和发展了一种新的控制方法，即自适应控制方法。与传统的调节原理和最优控制不同，自适应控制能在受控对象的模型知识和环境知识知之不全甚至知之甚少的情况下，给出高质量的控制品质。大量工程实践表明，对于复杂的受控对象或受控过程，采用自适应控制往往能提高现有的生产率、降低成本、改进产品质量和开发新的产品。所以当受控对象特性尚未完全掌握，受控对象本身又存在不可忽视的不确定性时，采用自适应控制方案就成了控制工程师的一种合乎逻辑的选择。

四、自适应控制器的设计要素

自适应控制器的特征由两方面描述：一方面是在操作运行中如何获取未知过程或闭环的信息；另一方面是如何标记控制律的变化。有很多实现自适应控制系统的方法，然而还没有描述自适应或自校正的一般定义，按照普遍采纳的描述是“自适应控制系统按照控制过程和信号的变化调整它们的行为”。自适应控制器主要划分为两种形式――前馈自适应控制器和反馈自适应控制器。

五、在线参数估计器的设计

如上所述，自适应控制器可视为是一种在线参数估计器与由参数已知时得出的控制律的一种组合。这种组合方法加上估计器和控制律的类型就提出了各种不同性质、不同类型的自适应控制器，其中，线参数估计器起着关键性的作用。在自适应控制文献中，在线参数估计器有时又称为自适应律、更新律或调整机构。自适应律的设计对自适应控制器的稳定性起着关键性的作用。不难看出，自适应律加重了非线性性质，它使闭环对象成为非线性的，而且常常是时变的。因此，分析和理解自适应控制方案的稳定性和鲁棒性就成了十分复杂的问题。设计自适应律的基本方法是灵敏度方法、正性和Lyapunov（李亚普诺夫）设计方法以及基于估计误差代价准则的梯度法和各种最小二乘法等。灵敏度方法是设计自适应律的最早的方法之一，理论证明，与基于其他设计的自适应律相

比，其稳定性较差。

六、自适应控制技术的应用概况

自适应控制系统理论和设计方法的发展，简便廉价的微型计算机的普及，特别是自适应控制在工业生产中的成功应用，正促进人们在自己的工作中采用自适应控制技术。据不完全统计，已采用自适应控制技术的部门有航天航空、航海、电力、化工、钢铁冶金、热力、机械、林业、通信、电子、原子能等。可以预料，随着控制理论和计算机技术的不断发展和完善，自适应控制技术的应用会越来越广，效益会越来越高。

七、结束语

综上所述，对于参数未知但定常或慢变的受控过程，自适应控制技术是十分有效的，它常常可以取代常规的PID控制而获得更好的控制品质。但是，要真正普及和推广自适应控制技术仍任重道远，需要人们付出艰苦的努力并持之以恒才能达到预定目标。

参考文献：

1、张云生,祝晓红.自适应控制器设计及应用(精)[M].国防工业出版社,2005.

控制器篇10

关键词:恒压供水;数据采集;PID控制;变频调速

中图分类号:TP368.2文献标识码:B

文章编号: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

随着经济的快速发展和城市高层建筑的不断涌现,人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高[1],加上目前能源紧缺对节能的要求,因此利用先进的电子测控技术和自动化控制技术,设计高性能、高可靠性、低成本、低能耗,以及能适用不同领域的恒压供水系统也就成为必然趋势。随着近年来变频调速技术的飞速进步,变频恒压供水也在其基础上慢慢发展起来,并成为一种新兴的现代化供水技术[2]。

目前,国外的恒压供水工程设计都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式,几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况,这种方式不但投资成本较高,且功能单一[3]。

为此设计了在变频调速控制系统中加入基于C8051F410的单片机系统,构成了功能更强的复合控制系统,它不但克服了以上缺点,而且具有安装调试方便,功能全面,可靠性高,抗干扰能力强等优点,且可以广泛应用于工业生产、社会生活的各个领域。

1 控制原理

在恒压供水系统中,安装于管网的远传压力表提供水压力信号,并经过光电隔离和电压转换电路,传送给系统的中心控制器,控制器将采集到的压力数据与预设压力进行比较,得出偏差值,再经PID运算之后得出控制参数,D/A模块将控制参数转换为模拟电压输出,调节变频器的输出频率,从而控制水泵的转速,以保证管网压力基本恒定。当用水量增大时,管网压力低于预设值,变频器频率就会升高,水泵转速加快,从而提升管道水压,但若达到水泵额定输出功率仍无法满足用户供水要求时,该泵自动转换成工频运行状态,并变频启动下一台水泵;反之,当用水量减少,则降低水泵运行频率直至设定的下限运行频率,若供水量仍大于用水量,则减泵直至全部泵停止工作,经过一定的延时,控制器重新比较压力,并计算控制输出,从而维持恒压供水[4]。它的系统原理框图如图1所示。

该系统可以同时控制2台水泵,根据不同的场合可以采用不同的运行模式,如单泵运行、一用一补、一工一变、定时换泵等[5]。

图1 变频调速恒压供水系统原理框图

2 系统总体方案

系统的硬件和软件采用模块化、标准化设计,并充分考虑系统的扩展能力。控制器由主控板、显示按键面板和电源板三部分组成。图2是控制器的结构框图,其工作原理是:首先用户通过显示按键面板设定预设压力和控制器运行的各个功能参数,保存至E2PROM存储器用作掉电存储,位于用户管网端的远传压力表输出的电压或是电流信号经过采样电路转化为数字量,送入单片机与预设压力进行比较,计算并输出模拟控制量和继电器输出状态量。其中,模拟控制量输出经过变频器控制模块电路送给变频器,用以控制变频器的输出频率;继电器输出状态量经过继电器输出电路送给继电器组,用以控制鞲霰霉ぷ饔诠て祷蚴潜淦底刺[6]。最后单片机把实际压力值、预设压力值、输出频率和各个泵的工作状态送到显示面板,以便用户进行观测和操作。

图2 系统整体设计框图

3 系统单元电路

3.1 主控制器的选择

主控制器选用单片机C8051F410,它是一款完全集成的混合信号片上系统型芯片,其内部还集成了12位高速ADC模块和电流输出型DAC模块,同时硬件实现的SMBus和UART串行接口,能方便处理器与E2PROM通信和数据串行输出。C8051F410还支持JTAG实时仿真和跟踪,能够进行非侵入式(不占用片内资源)的全速在系统调试。

3.2 系统电源电路

该设计采用基于三端稳压芯片TOP221Y的高精度开关稳压电源电路,主电路拓扑结构选用单端反激式直流变换电路,其输出采用两组直流低压电源:主回路为系统的数字电路部分提供5 V直流电源,副回路为系统的模拟部分提供15 V直流电源。

3.3 压力表信号采集与光电隔离电路

位于用户管网的压力传感器监测到的压力信号经过光电隔离电路进行滤波和隔离处理后,进入C8051F410内部的ADC模块,实现按比例转换,转换为12 b数字量,以供单片机对其信号进行处理和计算。为了保证输入量与转换量程相称,充分发挥A/D转换器的分辨率,在对压力信号进行A/D转换之前经过光电隔离电路时,就已将外部传入的0~5 V模拟电压转换为0~2 V模拟电压信号。电路原理如图3所示。

图3 压力表电压采样原理图

由图3可见,外部电压信号从IN端口接入,经过隔离和滤波电路,转换为0~2 V电压,从ADC端口送入单片机。同时在模拟信号采集到单片机系统的过程中,各种干扰信号都会随着被测量信号进入MCU控制系统,这些信号迭加在有用的被测信号上会降低测量的准确度,造成控制系统的不稳定。以上电路设计便利用线性光耦进行光电之间的相互转换,利用光作为媒介进行信号传输,在电气上使测量系统与现场信号完全隔离,从而实现了电平线性转换且不把现场的电噪声干扰引入到控制系统中[7]。

3.4 控制变频器输出电路

单片机通过内部的电流输出型数/模转换模块(IDAC),将计算得出的数字量转化为模拟电压输出,其输出电压经过滤波和比例转换处理后用来控制变频器的频率。同时为了保证单片机IDAC输出电压稳定可靠,不受干扰,外部电路同样采用了光电隔离电路,其电路原理图如图4所示。

图4 控制变频器模拟电压输出电路原理图

3.5 外扩E2PROM存储器电路

该设计采用Atmel公司的E2PROM芯片AT24C02,其体积小,性能优,使用灵活方便,能够在系统掉电之后存储一些用户设定和运行的状态参数,以便重新启动机器之后读取。处理器自身集成的SMBus兼容I2C接口,可以直接与AT24C02通信,此方案不仅设计单,工作可靠,而且成本低廉。电路原理如图5所示。

图5 E2PROM电路原理图

3.6 继电器控制输出电路

主控制器驱动5个灵敏继电器K1~K5,分别控制1个泄流阀和2个泵电机,实现对泄流阀的打开与关断控制和泵的变频或工频状态切换。单片机通过信号线RX与TX将继电器状态控制信号串行输出给串行移位寄存器芯片74HC595D,由74HC595D将输出状态的硬件锁存,以防止输出状态扰,最后通过达林顿管ULN2003提高驱动能力,以控制水泵电机的工作状态和泄流阀的动作[8] 。

4 控制器的软件设计

该设计中对变频器输出频率的调节采用PID控制算法,其控制算法就是对偏差的比例、积分和微分。它是连续系统中技术成熟,应用最广泛的一种算法,特别是在工业控制中,因为控制对象的精确数学模型很难建立,系统参数又经常发生变化,因此常采用PID控制算法[9],其控制示意图如图6所示。

它的数学表达式为:

y(t)=KPe(t)+KI∫e(t)dt+KDde(t)dt(1)

式中:KP,KI和KD分别为比例系数、积分系数和微分系数;e(t)为误差。

式(1)离散化后可以用计算机很方便地实现,其位置式PID控制规律的数学表达式为:

y(n)=KPe(n)+KI∑je(j)T+KDT+

(2)

式中:e(j)为第j次采样的误差值;T为采样周期。

图6 PID算法控制示意图

在实际应用中,一般选择增量式PID控制规律。因为增量型算法与位置型算法相比,前者不需要做累加,不易产生大的累加误差,而且得出的是控制量的增量,误动作的影响比较小,更易于实现手动到自动的无冲击切换[6]。增量式数字PID控制算式为:

Δy=y(n)-y(n-1)=KP+

KIe(n)T+KDT (3)

在该设计中,执行机构采用变频器,由于采用增量式数字PID控制算法,所以对于每个采样周期,控制器输出的控制量都相对于上次的增加量,其系统控制算法流程如图7所示。

图7 增量式数字PID算法输出控制流程图

图7为增量式数字PID算法在整个系统中的控制流程,每次进入A/D定时采集中断,压力信号便会被转化为数字量,PID控制模块便将压力信号的数字量通过算法处理得出相应的控制输出数字量,接着启动D/A将数字输出转换为模拟电压输出,其模拟电压输出用以控制变频器。此模块配合继电器开关输出模块和压力采集模块,通过相应的控制策略实现实时测量和控制,保持供水管网压力的动态平衡。为了方便现场调试,在设计中使PID调整的上升、下降和跟踪采样周期的设定值可变,可以在开机时通过键盘改变其值,从而改变PID参数,以适应不同场合的控制需要。

如图8所示,曲线1是参数调整前电机模块控制电压随时间变化的响应曲线;曲线2为参数经过多次调整之后的响应曲线。可以看出,经过参数调整,系统的响应性能有了较大的提高,所以在实际应用环境中需要经过多次调整设定值,以保证达到最佳的控制性能[10]。

图8 PID算法的系统响应曲线图

5 结 语

分析了智能给水控制器的软件和硬件设计。该控制器以SoC单片机C8051F410为核心, 实现了对管网压力的采集,对变频器输出的控制,而且拥有独特灵活的用户界面。控制器不但采样和控制精度高,而且有┒嘀直；ず涂垢扇殴δ,保证了控制器的稳定性和安全性。采用控制器和变频器构成的恒压供水系统,不仅大大提高了供水质量,而且节能降耗效果也较为显著,在当今国家能源紧张的情况下,具有重要的现实意义。

参考文献

[1]李华德.系统调速控制[M].北京:电子工业出版社,2003.

[2]邱瑞生,杨滨.采用交流调压调速的方法实现高楼供水[J].自动化技术与应用,2002,21(4):24-26.

[3]苏宪龙,李山,苗亮亮.变频调速在油田抽油机控制系统中的应用[J].现代电子技术,2008,31(11):123-126.

[4]吴宜珍.高层住宅变频调速恒压供水系统设计[J].微计算机信息,2007,23(5):150-152.

[5]杨金牛,李众.采用模糊控制策略改进小区恒压供水系统[J].中国给水排水,2008,24(2):46-48.

[6]蒋新峰,王秋光.具有无线传输功能的给水控制器的开发[J].哈尔滨理工大学学报,2008,13(2):94-97.

[7]钟小强.基于单片机实现的液位控制器设计[J].现代电子技术,2009,32(2):51-54.

[8]李世伟,郑平,邵子惠.基于HMI与PLC的变频调速系统设计[J].现代电子技术,2008,31(19):105-106.