【正文】 7P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D108 03 1C L K3D2SD4CD1Q5Q61 / 2 7 4 L S 7 4 A+ 24 為了提高了信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送過(guò)程中的抗干擾能力， 減少了信號(hào)的衰減，另一方面也為了與檢測(cè)儀表連接提供方便，采用電流傳送信號(hào)。 有源 I/V變換主要是利用有源器件運(yùn)算放大器和電阻組成 [18]。測(cè)量線(xiàn)路常用振動(dòng)電容器調(diào)制的高輸入阻抗靜電放大器。適合紙張定量設(shè)計(jì)的要求。 一、 DAC0832 的結(jié)構(gòu) [21] DAC0832 的結(jié)構(gòu) 引腳如圖所示 316所示。 WR1 ：第一級(jí)輸入寄存器寫(xiě)選通控制，低電平有效。當(dāng) XFER =0， WR2 =0 時(shí)，輸入寄存器狀態(tài)傳入 8位 DAC 寄存器中。 Vcc：電源輸入端，可在 +5 +15V 范圍內(nèi)。它適用于系統(tǒng)只有一路 D/A 轉(zhuǎn)換或雖然是多路轉(zhuǎn)換但不要求同步輸出時(shí)采用。即， DAC0832 的口地址為 7FFFH。典型應(yīng)用在與蝶閥、球閥、旋塞閥及其它旋轉(zhuǎn)類(lèi)閥門(mén)的配套。采用軟件查詢(xún)方法來(lái)設(shè)計(jì)，低電平有效，各按鍵開(kāi)關(guān)均采用上拉電阻，確保在按鍵斷開(kāi)時(shí)各 I/O 口用確定的高電平。 00000D I 0 D I 7C SX F E RW R 1W R 20 8 3 2V c cI L EV R E FR f bI o 1I o 2A G N DD G N D+V c c8 0 3 1P 0 P 7P 2 7W RV s s。 具體按鍵功能如圖 319 所示 。 27 圖 317 0832和 8031連接示意圖 圖 318 RC5電動(dòng)執(zhí)行器 3． 3 外圍設(shè)備電路的設(shè)計(jì) 外圍電路的設(shè)計(jì)包括鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì) 和 顯示器電路的設(shè)計(jì) 。其圖如圖 3－ 18 所示 。 其中， CS 和 XFER 都與 8031 的高地址線(xiàn) P27 相連。 AGND：模擬信號(hào)地，最好與基準(zhǔn)電壓共地。 Ｉ out2 ： D/A 轉(zhuǎn)換器電流輸出 2端，Ｉ out2 +Ｉ out1 =常數(shù)。 XFER ：數(shù)據(jù)傳送控制，低電平有效。 CS ：片選端，當(dāng) CS 為低電平時(shí)，本芯片被選中。 如圖 315 所示， 由 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC080 I/V 變換電路和β射線(xiàn)傳感器夠成了本系 統(tǒng)的輸入通道。 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)如下圖 314 所示。如果電流的正 確范圍是 010mA，就能正確得到 05V電壓，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，其結(jié)構(gòu)圖如 313 所示。 I/V 變換分為無(wú)源 I/V 變換， 有源 I/V 變換和專(zhuān)用I/V轉(zhuǎn)換電路。使 ALE、START 有效，鎖存通道號(hào)并啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換。 IN1 IN5 IN6 ADDB ALE EOC 22 27 28LSB REF(－ ) OK CLK 1 28 2 27 3 26 4 25 5 24 6 23 7 22 8 21 9 20 10 19 11 18 12 17 13 16 14 15 IN2 IN3 IN4 IN7 IN0 ADDA ADDC START 21MSB 23 24 25 26 VCC REF(+) GND 23 表 311 被選的通道號(hào) INT0 INT1 INT2 INT3 INT4 INT5 INT6 INT7 CBA 000 001 010 011 100 101 110 111 的技術(shù)指標(biāo)有： 單一電源， +5V 供電，模擬輸入范圍為 05V 分辨率為 8位 最大不可調(diào)誤差： ADC0809177。 圖 39 8031最小系統(tǒng) 3． 2 輸入輸出通道的設(shè)計(jì) 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控 制裝置，其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是聯(lián)系微型計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程的輸入輸出通道。 復(fù)位電路如圖 38所示。由表中可以看出，復(fù)位時(shí) SP=07H，而 4 個(gè) I/O 端口 P0P3 的引腳均為高電平，這在某些控制應(yīng)用中，要考慮 P0P3引腳的高電平對(duì)接在這些引腳上外部電路的影響。 3． 1． 5 復(fù)位系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需給 8031 的復(fù)位引腳 RST 加上大于 2 個(gè)機(jī)器周期（即 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可使 8031 復(fù)位。晶振的振蕩范圍通常是在 之間。 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該增益反向放大器的輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2 。當(dāng) EA=0 時(shí)，只訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不論片內(nèi)有無(wú)程序存儲(chǔ)器，因此在擴(kuò)展并開(kāi)始使用外部程序存儲(chǔ)時(shí) ，必須是 EA 接地。 PSEN 用于片外程序存儲(chǔ)器的“讀”數(shù)控制。 如圖 35 所示 8031 訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器所使用的控制信號(hào)有： ALE 低 8 位地址鎖存控制； PSEN 外部程序存儲(chǔ)器“讀取”控制。使用片外存儲(chǔ)器， EA 必須接地 。 Vcc ： +5V，芯片的工作電壓輸入端。 D7D0：數(shù)據(jù)線(xiàn)引腳。 74LS373 作為 8031 外部的一個(gè)擴(kuò)展輸入口，接口電路如圖 33所示。 LE— 脈沖使能控制端 （ 1）若 LE=1 時(shí)，各觸發(fā)器可根據(jù)輸入（ Di） 改變輸出（ Qi）。 使用 74LS373（三態(tài)八 D 鎖存器）作為低 8 位地址（ A7～ A0） 鎖存器，控制信號(hào)為 ALE，輸入地址信號(hào)來(lái)自 I/O 口 P0，其引腳圖如 圖 32所示。 I/O 接口 P0 為雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)（ D7～ D0） 和低 8位地址 (A7～A0)利用分時(shí)操作，來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)總線(xiàn)和地址總線(xiàn)的 [28]。 16 3． 1． 2 地址鎖存器 74LS373 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)需要一 個(gè) 地址鎖存信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出信號(hào)的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。若采用外部時(shí)鐘振蕩 器時(shí)，該引腳接受時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。該引腳內(nèi)部是一個(gè)反向放大器的輸入端。 （ 2） VSS（ 20 引腳）：接地。連接外部存儲(chǔ)器時(shí)作為高 8位地址線(xiàn)，在編程和校驗(yàn)時(shí)接收高地址和信號(hào)。 3． 1． 1 8031 單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu) 8031 單片機(jī)為 40引腳芯片如圖 31所示，按其功能可分為三部分 [27]： 圖 31 8031 的引腳結(jié)構(gòu) 一、 I/O 口引腳 P0 口： 8位雙向 I/O 端口，連接外部存儲(chǔ)器時(shí)作為低 8位地址和 8位數(shù)據(jù)線(xiàn)。 圖 23 系統(tǒng)總方框圖 顯 示 器 鍵 盤(pán) 8 0 3 1 最 小 系 統(tǒng) D/A轉(zhuǎn)換器 電動(dòng)執(zhí)行器 A/D 轉(zhuǎn)換器 電源 I/V轉(zhuǎn)換 報(bào)警系統(tǒng) 傳感器 14 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)是控制單元與機(jī)械系統(tǒng)、各種檢測(cè)元件相連接的接口電路。 2． 3． 3 報(bào)警系統(tǒng) 在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)發(fā)生故障或處于某種緊急狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)能發(fā)出提醒人們警覺(jué)的報(bào)警信號(hào)或提示信號(hào)，常見(jiàn)的報(bào)警信號(hào)可分為閃光報(bào)警、鳴音報(bào)警和音樂(lè)報(bào)警。而 LCD 則以其功耗極低的特點(diǎn)，占據(jù)了從電子表到計(jì)算器，從袖珍儀表到便攜式微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等應(yīng)用場(chǎng)合，為人矚 目。 常用的顯示器 件有： ① 顯示和記錄儀表，② CRT 顯示終端，③ LED 或 LCD 顯示器，④大屏幕顯示器。行列式鍵盤(pán)有 3 3 的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成 1個(gè)具有 9個(gè)按鍵的鍵盤(pán)。 12 獨(dú)立式鍵盤(pán)就是各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線(xiàn)，通過(guò)檢測(cè)輸入線(xiàn)的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個(gè)按鍵被按下。這些輸入 /輸出設(shè)備主要有鍵盤(pán)、顯示器和打印機(jī)等。對(duì)于 內(nèi)部帶有鎖存器的 D/A轉(zhuǎn)換器 ， 可與 單片機(jī) 直接相接。另一種是電流輸出形式，即輸出電流 。 二、 D/A 轉(zhuǎn)換器的確定 11 D/A 轉(zhuǎn)換器的 種類(lèi)很多，按輸入數(shù)字量位數(shù)來(lái)分， D/A 轉(zhuǎn)換器有 8 位、 10 位、12 位和 16 位等。其中，氣動(dòng)執(zhí)行器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠、價(jià)格便宜、維護(hù)方便、防火防爆等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)控制中獲得最普遍的應(yīng)用。執(zhí)行器在系統(tǒng)中的作用是根據(jù)調(diào)節(jié)器的命令，直接控制能量或物料等被調(diào)介質(zhì)的輸送量，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)的目的。本系統(tǒng)采用 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，又生產(chǎn)出多功能 A/D 轉(zhuǎn)換芯片， AD363 就是它的一種典型芯片。能夠完成這一任務(wù)的器件叫做 A/D 轉(zhuǎn)換器。這種電路工作時(shí)，是由計(jì)算機(jī)通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)，分時(shí)地把一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器的輸出送至各個(gè)采樣保持 10 器，對(duì)模擬電壓進(jìn)行保持。 （ 1） 每個(gè)通道設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的A/D 轉(zhuǎn)換器。本 系統(tǒng) 采 用 β射線(xiàn)測(cè)厚儀測(cè)量紙張定量 。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦兄苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髂軐⒚舾性妮敵鲛D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。 2． 2 輸入輸出通道方案的確定 被控過(guò)程的各種信息由傳感器檢測(cè)后，通過(guò)過(guò)程控制通道送到微型計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理后發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，這些控制信號(hào)又通過(guò)過(guò)程通道輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu) ，從而控制生產(chǎn)過(guò)程按要求的目標(biāo)有條不紊的運(yùn)行。 MCS 是 Intel 公司生產(chǎn)的單片機(jī)系列，它包括 Intel 公司的MCS4 MCS5 MCS96 系列單片機(jī)。 （ 4）單片機(jī)控制系統(tǒng)的可重復(fù)性強(qiáng)：?jiǎn)纹瑱C(jī) 由數(shù)字集成電路組成，受溫度、振動(dòng)等環(huán)境條件的變化影響不大，因此通常不須要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，同類(lèi)產(chǎn)品互換性強(qiáng)。 （ 2）單片機(jī)控制系統(tǒng)精度高，量程大：模擬調(diào)節(jié)器的精度通常為 %左右，而數(shù)字計(jì)算機(jī)的精度可通過(guò)擴(kuò)展字節(jié)不斷提高。它是工業(yè)控制和智能化系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種模式。如今的 PLC 幾乎無(wú)一例外地采用微處理器作為主控制器，又采用大規(guī)模集成電路作為存儲(chǔ)器及 I/O 接口，因而使其可靠性、功能、價(jià)格、體積都達(dá)到了比較成熟和完美的境地，并以其卓越的技術(shù)指標(biāo)和優(yōu)異的抗干擾能力得到了廣泛的應(yīng)用，受到工業(yè)界的矚目。 它具有：（ 1）小板結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)；（ 2）標(biāo)準(zhǔn)化及兼容性；（ 3）面向 I/O 口設(shè)計(jì)；（ 4）高可靠性等特點(diǎn)。 2． 1． 2 微控制器方案的確定 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，促進(jìn)了工業(yè)控制的進(jìn)步。在常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)中，控制器一經(jīng)選定，其控制方法也就確定了，要改變控制方法就必須改變硬件，這就往往難度較大。 在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出不直接作用于生產(chǎn)對(duì)象，屬于開(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)。閉環(huán)控制能對(duì)輸入量和輸出量進(jìn)行比較 ，并且將他們的偏差作為控制手段，以保持兩者之間的預(yù)定關(guān)系。從絕干定量的定義可知，它與紙的含水量無(wú)關(guān)，也不受烘缸中蒸汽壓力的影響，因此實(shí)現(xiàn)了解耦，它只是由濃漿流量來(lái)決定。因此，控制的首要任務(wù)是使定量和水份保持在設(shè)定值上。目前該公司開(kāi)發(fā)成功了 SYQCS3000 增強(qiáng)型定量水分控制系統(tǒng)、 SYGCS－ 3000 熱泵供汽控制系統(tǒng)、SYNCS3000 紙漿濃度控制系統(tǒng)、 SYHCS3000 上網(wǎng)流送過(guò)程控制系統(tǒng)、 SYDCS3000 制漿造紙過(guò)程集散控制系統(tǒng)、 SYWIS3000 在線(xiàn)紙病檢測(cè)系統(tǒng)、 SYNET3000 制漿造紙企業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)等面向制漿造紙行業(yè)自動(dòng)化系列產(chǎn)品。雖然當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)已有廠(chǎng)家引進(jìn)了幾套國(guó)外成套的紙機(jī)定量、水分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，但 國(guó)外廠(chǎng)商的技術(shù)保密使得國(guó)內(nèi)的研究工作幾乎是白手起家。使用進(jìn)口設(shè)備的弊端是國(guó)外公司的技術(shù)保密，引進(jìn)后只能使用，而對(duì)其內(nèi)部硬、軟件原理都不能了解。 1978 年，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)了幾套定量水分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，用于大型紙機(jī)的控制， 取得了經(jīng)驗(yàn)。 縱觀(guān)國(guó)內(nèi)外自控技術(shù)的發(fā)展情況，我國(guó)自動(dòng)控制技術(shù)的研究和應(yīng)用水平還很欠缺，造紙過(guò)程控制更是如此。它們的成套技術(shù)和實(shí)施技術(shù)也是最高水平的，模型和控制算法比較簡(jiǎn)單。國(guó)外對(duì)回收過(guò)程的動(dòng)態(tài)建模和控制方面的研究始于五六十年代，但至今建立的各種模型大多是過(guò)阻尼類(lèi)的線(xiàn)性模型，很難解釋多效蒸發(fā)系統(tǒng)的欠阻尼振蕩現(xiàn)象，而控制策略大多是 PID 反饋加前饋的傳統(tǒng) 控制方法，現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用還不成熟。國(guó)外對(duì)制漿過(guò)程計(jì)算機(jī)控制的研究始于上世紀(jì)六十年代末，在此期間，研究者建立了各種能適用于計(jì)算機(jī)控制的數(shù)學(xué)模型。建國(guó)以來(lái)，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)造紙工業(yè)得到了