【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 益 值修 正 禁 止21 緩 沖 器 的 禁 止 位（ b1,b0） 設(shè) 置 為（ 1， 0）21 緩 沖 器 的 （ b1,b0）設(shè) 置 為 （ 0， 1） 硬 件 電 路 設(shè) 計(jì)根 據(jù) 系 統(tǒng) 總 體 方 案 ， 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 的 I/O 地 址 分 配 如 表 26 所 示 。表 26 輸 入 、 輸 出 信 號(hào) I/O 地 址 表輸 入 地 址 功 能 說(shuō) 明 輸 出 地 址 功 能 說(shuō) 明Y0 VT1 觸 發(fā) 脈 沖 （ 電 源 正 半 波 ）X0電 源 周 波 信 號(hào)輸 入 端 Y1 VT2 觸 發(fā) 脈 沖 （ 電 源 負(fù) 半 波 ）X1 溫 度 給 定 允 許 Y4 恒 溫 完 成 指 示 信 號(hào)X2 啟 動(dòng) /關(guān) 閉 Y5 斷 偶 報(bào) 警南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7Y6 溫 度 給 定 超 出 范 圍 報(bào) 警X10~X21 SB2~SB11Y10~Y2312 位 8421（ 三 組 ） BCD 碼 輸出 溫 度 值 給 定 電 路按 設(shè) 計(jì) 要 求 ， 共 設(shè) 計(jì) 了 十 個(gè) 開(kāi) 關(guān) 按 鍵 ， 作 為 溫 度 給 定 值 的 輸 入 端 口 ， 接收 十 進(jìn) 制 數(shù) 。 給 定 值 范 圍 為 280~700℃ ， 若 輸 入 值 超 過(guò) 給 定 值 范 圍 ， 系 統(tǒng)會(huì) 發(fā) 出 報(bào) 警 信 號(hào) （ 亮 紅 燈 ） 。 設(shè) 計(jì) 電 路 如 圖 21 所 示 ： SB1 為 溫 度 值 輸 入允 許 ， SB2~SB11 分 別 表 示 十 進(jìn) 制 數(shù) 0~9。 先 按 下 溫 度 值 給 定 允 許 開(kāi) 關(guān)SB1， 然 后 再 輸 入 給 定 溫 度 值 ， 先 按 下 的 數(shù) 字 為 高 位 上 的 數(shù) 值 ， 后 按 下 的 數(shù)字 為 低 位 上 的 數(shù) 值 。 比 如 ， 先 后 按 下 開(kāi) 關(guān) SB SB2 和 SB2， 則 表 示 給 定溫 度 值 為 300℃ ， 并 送 PLC 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 保 存 。圖 21 溫 度 值 給 定 電 路 溫 度 檢 測(cè) 電 路溫 度 檢 測(cè) 是 溫 度 控 制 系 統(tǒng) 的 一 個(gè) 很 重 要 的 環(huán) 節(jié) ， 直 接 關(guān) 系 到 系 統(tǒng) 性 能 。在 PLC 溫 度 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 溫 度 的 檢 測(cè) 不 僅 要 完 成 溫 度 到 模 擬 電 壓 量 的 轉(zhuǎn) 換還 要 將 電 壓 轉(zhuǎn) 換 為 數(shù) 字 量 送 PLC。 其 一 般 結(jié) 構(gòu) 如 圖 22 所 示 。圖 22 溫 度 檢 測(cè) 基 本 結(jié) 構(gòu)溫 度 傳 感 器 將 測(cè) 溫 點(diǎn) 的 溫 度 變 換 為 模 擬 電 壓 ， 其 值 一 般 為 mA 級(jí) ， 需南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8要 放 大 為 滿 足 A/D 轉(zhuǎn) 換 要 求 的 電 壓 值 。 然 后 送 PLC 的 A/D 轉(zhuǎn) 換 模 塊 進(jìn) 行A/D 轉(zhuǎn) 換 ， 得 到 表 示 溫 度 的 電 壓 數(shù) 字 量 ， 再 用 軟 件 進(jìn) 行 標(biāo) 度 變 換 與 誤 差 補(bǔ) 償 ，得 到 測(cè) 溫 點(diǎn) 的 實(shí) 際 溫 度 值 。本 系 統(tǒng) 利 用 熱 電 偶 完 成 爐 溫 檢 測(cè) （ 熱 端 檢 測(cè) 爐 溫 ， 冷 端 置 于 0℃ 溫 度中 ） 、 FX2N4AD 模 塊 一 個(gè) 通 道 實(shí) 現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn) 換 。 爐 溫 檢 測(cè) 與 放 大 電 路 由 熱電 偶 、 低 通 濾 波 、 信 號(hào) 放 大 和 零 點(diǎn) 遷 移 電 路 四 部 分 組 成 。 其 電 路 如 圖 23所 示 。 熱 電 偶 和 放 大 器 原 理 及 參 數(shù) 詳 見(jiàn) 附 錄 二 。圖 23 爐 溫 檢 測(cè) 與 放 大 電 路圖 中 ， R C1 完 成 低 通 濾 波 ， R RP、 2CW51 組 成 零 點(diǎn) 遷 移 電 路 ， 爐 溫檢 測(cè) 元 件 采 用 鎳 鉻 —鎳 鋁 熱 電 偶 ， 分 度 號(hào) 為 EU2， 查 分 度 表 可 得 ， 當(dāng) 溫度 為 0~700℃ 時(shí) ， 輸 出 電 勢(shì) 為 0~。 檢 測(cè) 信 號(hào) 經(jīng) 二 級(jí) 放 大 后 送iuFX2N4AD 模 塊 ， 第 一 級(jí) 放 大 倍 數(shù) 為 50， 第 二 級(jí) 放 大 倍 數(shù) 為 ， 第 二 級(jí)放 大 還 完 成零 點(diǎn) 遷 移 ， 其 輸 出 電 壓 為0u)()(5621uuK????式 中 ， 為 零 點(diǎn) 遷 移 值 。 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求 ， 恒 溫 值 為 400~600℃ ， 本 系 統(tǒng) 選2u取 測(cè) 溫 范 圍 為 280~700℃ ， 將 280℃ 作 為 測(cè) 溫 起 點(diǎn) （ 零 點(diǎn) ） 。 調(diào) 整 多 圈 電 位器 RP， 使 =50*=569mV， 當(dāng) 爐 溫 為 280℃ 時(shí) ，=， =569mV， 于 是 =0。 經(jīng) 零 點(diǎn) 遷 移 后 ， 爐 溫 為 280~700℃ 時(shí) ，iuuu=~， =0~， A/D 轉(zhuǎn) 換 后 的 數(shù) 字 量 為 0~2047。i南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9 過(guò) 零 檢 測(cè) 電 路按 設(shè) 計(jì) 要 求 ， 要 求 過(guò) 零 檢 測(cè) 電 路 在 每 個(gè) 電 源 周 期 開(kāi) 始 時(shí) 產(chǎn) 生 一 個(gè) 脈 沖 ，作 為 觸 發(fā) 器 的 同 步 信 號(hào) ， 其 設(shè) 計(jì) 電 路 如 圖 24（ a） 所 示 。圖 24（ a） 過(guò) 零 檢 測(cè) 電 路圖 中 ， GND 為 +5V 電 源 地 ， LM339 為 過(guò) 零 比 較 器 .LM339 集 成 塊 內(nèi) 部 裝 有 四個(gè) 獨(dú) 立 的 電 壓 比 較 器 ， 共 模 范 圍 很 大 ； 差 動(dòng) 輸 入 電 壓 范 圍 較 大 ， 大 到 可 以 等于 電 源 電 壓 。 二 極 管 用 作 LM339 輸 入 保 護(hù) 。 電 路 的 工 作 波 形 如 圖 24（ b） 所 示 。圖 24（ b） 過(guò) 零 檢 測(cè) 電 路 的 工 作 波 形 圖 晶 閘 管 電 功 率 控 制 電 路晶 閘 管 是 晶 體 閘 流 管 的 簡(jiǎn) 稱 ， 也 叫 可 控 硅 。 它 是 一 種 半 控 型 器 件 ， 是 一種 可 以 利 用 控 制 信 號(hào) 控 制 其 導(dǎo) 通 而 不 能 控 制 其 關(guān) 斷 的 電 力 電 子 器 件 。 它 的 關(guān)斷 完 全 是 由 其 在 主 電 路 中 承 受 的 電 壓 和 電 流 決 定 的 。 也 即 說(shuō) ， 若 要 使 已 導(dǎo) 通的 晶 閘 管 關(guān) 斷 ， 只 能 利 用 外 加 反 向 電 壓 和 外 電 路 的 作 用 使 流 過(guò) 晶 閘 管 的 電 流降 到 接 近 零 的 某 一 數(shù) 值 以 下 。晶 閘 管 控 制 電 熱 元 件 消 耗 的 電 能 有 兩 種 方 法 ， 一 是 采 用 移 相 觸 發(fā) 控 制 輸入 電 壓 的 大 小 ， 二 是 采 用 過(guò) 零 觸 發(fā) 控 制 輸 入 電 壓 加 到 電 熱 元 件 上 的 周 波 數(shù) 。南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10由 于 移 相 觸 發(fā) 控 制 會(huì) 產(chǎn) 生 較 大 的 諧 波 干 擾 信 號(hào) “污 染 ”電 網(wǎng) ， 因 此 采 用 過(guò)零 觸 發(fā) 控 制 。 又 由 于 本 電 路 所 控 制 的 電 阻 爐 只 有 一 根 電 阻 絲 ， 功 率 也 不 大 ，因 此 ， 本 系 統(tǒng) 采 用 單 相 電 源 供 電 ， 電 源 的 通 斷 由 二 個(gè) 晶 閘 管 反 并 控 制 ， 如圖 25 所 示 。圖 25 電 功 率 控 制 電 路這 種 控 制 方 法 的 原 理 是 ： 各 晶 閘 管 的 觸 發(fā) 角 α 恒 為 0186。， 使 得 一 個(gè) 周期 內(nèi) 電 源 均 加 在 電 熱 元 件 上 ， 通 過(guò) 控 制 一 個(gè) 控 制 周 期 內(nèi) 晶 閘 管 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) ，就 可 控 制 電 熱 元 件 消 耗 的 電 能 。 根 據(jù) 電 熱 爐 的 數(shù) 字 模 型 可 知 ， 溫 度 的 增 量 與它 消 耗 的 電 能 成 正 比 ， 而 電 熱 爐 消 耗 的 電 能 與 晶 閘 管 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) 成 正 比 ， 因此 ， 晶 閘 管 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) n 與 控 制 輸 出 控 制 量 u（ k） 的 關(guān) 系 為n=K*u(k)式 中 ， K= / 為 比 例 系 數(shù) （ 約 為 1） ， 為 一 個(gè) 控 制 周 期 內(nèi) 的 電 源maxntumaxn周 波 數(shù) ， 溫 度 偏 差 不 同 ， 則 u（ k） 、 n 不 同 ， 電 熱 爐 消 耗 的 電 能 亦 不 同 ， 達(dá)到 了 根 據(jù) 溫 度 偏 差 調(diào) 節(jié) 輸 入 電 能 ， 保 證 爐 溫 按 要 求 變 化 的 目 的 。晶 閘 管 由 正 向 導(dǎo) 通 到 關(guān) 斷 時(shí) ， 由 于 空 穴 積 蓄 效 應(yīng) ， 晶 閘 管 反 向 阻 斷 能 力的 恢 復(fù) 需 要 一 段 時(shí) 間 。 在 這 段 時(shí) 間 里 ， 晶 閘 管 元 件 流 過(guò) 反 向 電 流 ， 接 近 終 止時(shí) ， 很 大 ， 它 與 線 路 電 感 共 同 作 用 產(chǎn) 生 的 電 壓 L* 可 能 損 壞 晶 閘tid tid管 ， 必 須 采 取 保 護(hù) 措 施 ， 在 晶 閘 管 兩 端 并 聯(lián) 阻 容 吸 收 裝 置 。設(shè) 計(jì) 電 路 中 的 元 器 件 的 選 擇 如 下 ：（ 1） R 和 C 的 選 擇阻 容 吸 收 裝 置 的 參 數(shù) 按 晶 閘 管 ITN 根 據(jù) 經(jīng) 驗(yàn) 值 選 取 為 ：R=80Ω C= F 電 容 C 的 交 流 耐 壓 為 ： ??? 電 阻 R 的 功 率 應(yīng) 滿 足 ：南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11WXRUPC 086.)(8082*10 2622 ?????? 實(shí) 選 電 容 F/630V 一 只 ， 電 阻 80Ω / 一 只 。（ 2） 快 速 熔 斷 器 FU 的 選 擇快 速 熔 斷 器 是 專 門(mén) 用 來(lái) 保 護(hù) 晶 閘 管 的 ， 其 熔 體 電 流 按 下 式 選 取 ：??式 中 ， 5/6 為 修 正 參 數(shù) ， 為 保 證 可 靠 與 選 用 方 便 ， 一 般 取 。 實(shí) 選TNFI?熔 體 額 定 電 流 為 20A 的 RLS50 螺 旋 式 快 速 熔 斷 器 二 只 ， 分 別 與 二 只 晶 閘 管串 聯(lián) ， 其 額 定 電 壓 為 500V。（ 3） 晶 閘 管 的 選 擇電 阻 爐 的 額 定 功 率 為 4KW， 電 源 電 壓 為 220V， 故 負(fù) 載 電 流IL=。 由 于 每 個(gè) 晶 閘 管 只 導(dǎo) 通 半 個(gè) 電 源 周 波 且 本 系 統(tǒng) 采 用 過(guò) 零 觸 發(fā)（ α =0176。） ， 流 過(guò) 每 個(gè) 晶 閘 管 的 平 均 電 流 為 。 關(guān) 斷 時(shí) ， 承 受 正 反 向 峰值 電 壓 為 ， 考 慮 到 晶 閘 管 的 過(guò) 載 能 力 小 及 環(huán) 境 溫 度 的 變 化 等 因 素 ，V晶 閘 管 的 額 定 電 流 應(yīng) 為 ：~)~(??額 定 電 壓 應(yīng) 為 ：TUVTN960)(根 據(jù) 以 上 計(jì) 算 ， 主 回 路 的 二 只 晶 閘 管 選 擇 為 KP2010(參 數(shù) 為 ：20A， 1KV， ， 3V) 脈 沖 輸 出 通 道由 于 PLC 有 很 強(qiáng) 的 抗 干 擾 性 和 可 靠 性 ， 且 FX2N48MR001 為 繼 電 器 輸出 ——2A/1 點(diǎn) （ KP2010 晶 閘 管 的 觸 發(fā) 電 流 和 電 壓 分 別 為 和 3V） ，因 而 FX2N48MR001 的 輸 出 點(diǎn) 能 可 靠 地 觸 發(fā) 晶 閘 管 導(dǎo) 通 ， 而 無(wú) 須 設(shè) 計(jì) 光 電隔 離 和 功 率 放 大 。 脈 沖 輸 出 通 道 電 路 如 圖 26 所 示 。南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12圖 26 脈 沖 輸 出 通 道圖 中 ， 初 始 時(shí) ， Y0 和 Y1 都 為 低 電 平 ， 當(dāng) 系 統(tǒng) 檢 測(cè) 到 從 X0 輸 入 的 同 步 信號(hào) 為 高 （ 低 ） 電 平 時(shí) ， Y0（ Y1） 由 低 電 平 變 高 電 平 ， 輸 出 電 流 值 為 2A 的觸 發(fā) 電 流 ， 去 觸 發(fā) 晶 閘 管 VT1（ VT2） 導(dǎo) 通 ； 當(dāng) X0 從 高 電 平 變 低 電 平 （ 從低 電 平 變 高 電 平 ） 時(shí) ， Y0（ Y1） 脈 沖 結(jié) 束 ， 電 路 恢 復(fù) 為 初 態(tài) 。 報(bào) 警 指 示 與 顯 示 電 路按 設(shè) 計(jì) 要 求 ， 報(bào) 警 指 示 電 路 設(shè) 計(jì) 了 一 個(gè) 恒 溫 指 示 （ 綠 燈 ） 燈 、 故 障 報(bào) 警（ 紅 燈 ） 和 輸 入 出 錯(cuò) 報(bào) 警 （ 黃 燈 ） ， 完 成 指 示 、 報(bào) 警 功 能 。 顯 示 電 路 由Y10~Y23 經(jīng) 過(guò) 三 個(gè) BCD七 段 共 陰 數(shù) 碼 管 譯 碼 器 74LS248， 外 接 三 個(gè) 七 段LED 數(shù) 碼 管 （ 帶 ） 完 成 顯 示 功 能 。 設(shè) 計(jì) 電 路 如 圖 27 所 示 。圖 27 報(bào) 警 指 示 與 顯 示 電 路 復(fù) 位 電 路復(fù) 位 電 路 由 一 個(gè) 開(kāi) 關(guān) SB12 完 成 開(kāi) /關(guān) 功 能 ， 當(dāng) 按 下 開(kāi) 關(guān) SB12 時(shí) 系 統(tǒng)啟 動(dòng) ， 正 常 運(yùn) 行 ， 執(zhí) 行 任 務(wù) ； 當(dāng) 斷 開(kāi) SB12 時(shí) ， 系 統(tǒng) 停 止 運(yùn) 行 ， 不 執(zhí) 行 任何 任 務(wù) 。 設(shè) 計(jì) 電 路 如 圖 28 所 示 。南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13圖 2