【正文】 令進(jìn)入管理程 序，由 CPU 通過管理程序組織一個(gè)通道程序，并啟動(dòng)通道。 廣義指令由一條訪管指令和若干個(gè)參數(shù)組成，訪管指令的地址碼部分實(shí)際上是這條訪管指令要調(diào)用的管理程序入口地址。當(dāng)用戶程序執(zhí)行到要求進(jìn)行輸入輸出操作的訪管指令時(shí)，產(chǎn)生自愿訪管中斷請(qǐng)求。 CPU 響應(yīng)這個(gè)中斷請(qǐng)求后，轉(zhuǎn)入管理程序入口。管理程序根據(jù)廣義指令提供的參數(shù)，如設(shè)備號(hào)、交換長度和主存起始地址等信息來編制通道程序，在通道程序的最后，用一條啟動(dòng)輸入輸出指令來啟動(dòng)通道開始工作。 （ 2） 數(shù)據(jù)傳輸 通道處理機(jī)執(zhí)行 CPU 為它組織的通道程序，完成指定的數(shù)據(jù)輸入輸出工作。 通道被啟動(dòng)后， CPU 就可以退出操作系統(tǒng)的管理程序，返回到用戶程序中繼續(xù)蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 執(zhí)行原來的程序，而通道開始傳輸數(shù)據(jù)。 （ 3） 通 程序結(jié)束 當(dāng)通道處理機(jī)執(zhí)行完通道程序的最后一條通道指令 “ 斷開通道指令 ” 時(shí)，通道的數(shù)據(jù)傳輸工作就全部結(jié)束了。通道程序結(jié)束后向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求。 CPU 響應(yīng)這個(gè)中斷請(qǐng)求后，第二次進(jìn)入操作系統(tǒng)，調(diào)用管理程序?qū)斎胼敵鲋袛噙M(jìn)行處理。如果是正常結(jié)束，管理程序進(jìn)行必要的登記等工作；如果是故障、錯(cuò)誤等異常情況，則進(jìn)行例外情況處理。然后 CPU 返回到用戶程序繼續(xù)執(zhí)行。 用于 PLC 的輸入 /輸出模塊 PLC 輸入模塊 用來接收生產(chǎn)過程的各個(gè)參數(shù)。 PLC 輸出模塊用來送出可編程控制器運(yùn)算后得到 的信息，并通過機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類控制。（執(zhí)行結(jié)果 輸出） PLC 的輸入 /輸出模塊的特點(diǎn) ： ① 有良好的抗干擾的能力 ； ② 能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各類信號(hào)的匹配要求。 計(jì)算機(jī)輸入輸出系統(tǒng)（ I/O 系統(tǒng)）的功能是完成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外部世界的聯(lián)系 ，它與計(jì)算機(jī)主機(jī)的速度、處理能力、實(shí)用性、兼容性等各項(xiàng)性能都有十分密切的關(guān)系如圖 33。下面詳細(xì)介紹。 圖 33 系統(tǒng)輸入輸出框圖 程 序 輸 入 設(shè) 備 計(jì)算機(jī) 數(shù)字控 制設(shè)備 輸 出 設(shè) 備 可編程控制器 主軸控制單元 主軸電機(jī) 機(jī) 床 進(jìn)給電機(jī) 位 置 檢測(cè)器 主軸控制單元 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 采集時(shí)序控制電路 在每個(gè)獨(dú)立采集模板的采集電路中 ，包含一個(gè) AD684 和 AD7821，可以同時(shí)采集 4 路信號(hào)。 4 路信號(hào) V0~V3在采集控制信號(hào) SHC1和 SHC2的控制下進(jìn)行同時(shí)采樣，并在采樣保持后由 A/D 轉(zhuǎn)換器分時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)保存在存儲(chǔ)器中。 采集時(shí)序控制電路產(chǎn)生采集過程中所需的各種控制時(shí)序信號(hào)，采集所需的基本時(shí)序由定時(shí)器 INTEL8253 產(chǎn)生。 3 個(gè)基本時(shí)序?yàn)?NSH， OSH 和 ADC，其中 NSH和 OSH 分別為普通采樣時(shí)序和政教采樣時(shí)序， ADC 為 A/D 轉(zhuǎn)換控制時(shí)序。定時(shí)器時(shí)鐘使用控制時(shí)鐘 CLK，頻率為 5MHz； G 門控制信號(hào)用于控制采集過程的開始和結(jié)束。 設(shè)備開始工作時(shí)，工作程序在初始化階段對(duì)定時(shí)器進(jìn)行設(shè)置， 3 個(gè)基本時(shí)序就已經(jīng)產(chǎn)生，它們?yōu)橹芷谛缘拿}沖信號(hào)；采集基本時(shí)序周期等于采樣周期，按正交采樣的需要， OSH 比 NSH 遲后 1/4 個(gè)采樣周期。此時(shí) G 為 1，采樣時(shí)序信號(hào)未產(chǎn)生。 采集工程開始時(shí)，工作程序產(chǎn)生的 SH START 使 G 變?yōu)?0， NSH 按采集要求整形產(chǎn)生普通采樣時(shí)序 SHC1。同時(shí)根據(jù)采集方式設(shè)置產(chǎn)生 SHC2。 ADC 信號(hào)與采集時(shí)序進(jìn)行同步，經(jīng)整形后產(chǎn)生 A/D 轉(zhuǎn)換的自動(dòng)脈沖 A/D START。非正交方式采集時(shí)， ADC 由正常采樣時(shí)序 NSH 啟動(dòng)并同步，采樣控制時(shí)序 SHC1S 和 SHC2 完全一樣。 采集過程中，由 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)序信號(hào)控制寫控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生存儲(chǔ)器寫信號(hào)，控制采集地址發(fā)生器產(chǎn)生的遞增的存儲(chǔ)器地址，將采集結(jié)果數(shù)據(jù)寫入由采集地址制定的存儲(chǔ)器單元中。 采集電路提供了一個(gè)采集狀態(tài)口，工作程序可讀取狀態(tài)口了解采集過程的當(dāng)前狀態(tài)。在采集工作結(jié)束時(shí)，工作程序控制定時(shí)器產(chǎn)生 SH END，使 G 為 0，采集過程結(jié)束。同時(shí)對(duì) 32 路信號(hào)采集，則采樣時(shí)間較短，在實(shí)際工作中，如需增加采樣時(shí)間，則可采用接續(xù)采集的方式，也就是由幾個(gè)通道來采集一路信號(hào)。 正交采用 定時(shí)器產(chǎn)生了兩個(gè)采樣基本時(shí)序 NSH 和 OSH，其中 OSH 比 NSH 延遲 1/4 個(gè)采樣周期。在正交采樣時(shí)，對(duì) NSH 整形產(chǎn)生 SHC1，對(duì) OSH 整形產(chǎn)生 SHC2， SHC2比 SHC1 延遲 1/4 個(gè)采樣周期，在前面模板采集電路結(jié)構(gòu)中，正交采樣時(shí)，將兩路蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 信號(hào)合并作為一路正交信號(hào)，這樣，最多可正交采樣 16 路信號(hào)。 A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖由 SHC2 同步。這就是保證了在延遲和非延遲兩路信號(hào)采樣保持完成以后，才開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 模塊量混合模塊 EM235 EM235 具有 4 路模擬量輸入和 1 路模擬量輸出。它的輸入信號(hào)可以是不同量程的電壓或電流。其電壓、電流的量程是開關(guān) SW SW2 到 SW6 設(shè)定。 EM235 有 1路模擬量輸出，其輸出可以是電壓也可以是電流。 晶閘管 — 電動(dòng)機(jī)電路設(shè)計(jì) 晶閘管 — 電動(dòng)機(jī)電路中，采用三相橋式全控整流電路。 來自體統(tǒng)母線的三相交流電經(jīng)斷路器通過整流變壓器向晶閘管供電，為了減少高次諧波對(duì)電網(wǎng)的不良影響，變壓器采用 △ /Y 接法，整流主電路采用三相全橋式整流電路。當(dāng)晶閘管的陽極和陰極之間 成 正向電壓并且門極加觸發(fā)信號(hào)晶閘管導(dǎo)通，并且去掉門極的觸發(fā)信號(hào)晶閘管依然維持導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管的陽極和陰極之間承受反向電壓并且門極不管加不加觸發(fā)信號(hào)晶閘管關(guān)斷 。 整流變壓器的設(shè) 計(jì) 對(duì)于三相橋式整流電路，變壓器副邊相電壓： 0 )2 2 (U 2 ???? () 副邊有效電流： AI ??? () 變壓器額定視在功率 ： VAIUS 3 2 4 01010833 22 ??????? ? () 晶閘管的保護(hù) 晶閘管的保護(hù)電路，大致可以分為兩種情況：一種是在適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b保護(hù)器件，例如， R—C 阻容吸收回路、限流電感 、快速熔斷器、壓敏電阻或硒堆等。再一種則是采用電子保護(hù)電路，檢測(cè)設(shè)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過允許值時(shí)，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時(shí)內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。 晶 閘管的過流保護(hù) 晶閘管設(shè)備產(chǎn)生過電流的原因可以分為兩類：一類是由于整流電路內(nèi)部原因；另一類則是整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，另外，如整流變壓器中心點(diǎn)接蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 地，當(dāng)逆變負(fù)載回路接觸大地時(shí)，也會(huì)發(fā)生整流橋相對(duì)地短路。 對(duì)于第一類過流，即整流橋內(nèi)部原因引起的過流，以及逆變器負(fù)載回路接地時(shí)，可以 采用第一種保護(hù)措施，最常見的就是接入快速熔短器的方式。 對(duì)于第二類過流，即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，則應(yīng)當(dāng)采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。 晶 閘管的過壓保護(hù) 晶閘管設(shè)備在運(yùn)行過程中，會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲。同時(shí)，設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過電壓出現(xiàn)。 過電壓保護(hù)的第一種方法是并接 R—C 阻容吸收回路，以及用壓敏電阻或硒堆等非線性元件加以抑制。 過電壓保護(hù)的第二種方法是采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。 晶閘管元件承受的正反向峰值電壓通常按變壓器副邊線電壓的 2 倍選取 VU PR )( ?????? () 式中 , 為考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)等因素添加的系數(shù)。 在每相的 SCR 橋上接有阻容吸收電路和快熔，用來降低 SCR 電壓變化率和電流變化率。阻容吸收電路中的電阻和電容按經(jīng)驗(yàn)取 R=50Ω， C=。 晶體管驅(qū)動(dòng)、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路原理 電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)裝置的性能有很大的影響。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使電力電子 器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。另外，對(duì)電力電子器件或整個(gè)裝置的一些保護(hù)措施也往往就近設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或者通過驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)，這使得驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)更為重要。 簡單地說，驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)，就是將信息電子電路傳來的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號(hào)。對(duì)全控型器件既要提供開通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)，以保證器件按要求可靠導(dǎo)通或關(guān)斷。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔 離環(huán)節(jié)。一般采用光隔離和磁隔離。 觸發(fā)電路原理 三相整流電路中必須對(duì)兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對(duì)晶閘管同時(shí)給觸發(fā)脈沖。為此可以采用兩種辦法：一種是使每個(gè)觸發(fā)脈沖寬度大于 60176。，稱寬脈沖觸發(fā)；另一種是在觸發(fā)某一號(hào)晶閘管的同時(shí)給前一號(hào)晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖，相當(dāng)于用兩個(gè)窄脈沖等效代替一個(gè)寬脈沖，稱為雙脈沖觸發(fā)。 隨著工業(yè)自動(dòng)化、集成化的不斷發(fā)展，現(xiàn)在市場(chǎng)中已有多種型號(hào)的六脈沖觸發(fā)集成電路，并得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用的是 KC 系列的三相全控橋式整流電路的集成觸發(fā)器 KC04 作為三相整流電路的觸發(fā)電路。 可控硅移相 觸發(fā)器 KC04 電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。 KC04 器件輸出兩路相差 l80176。的移相脈沖，可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器電路。該電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對(duì)同步電壓要求低、有脈沖列調(diào)制輸出端等功能和特點(diǎn)。 穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓電源輸出穩(wěn)定的 177。15V 直流電源向所有需要直流電源的各控制單元供電，它由整流、濾波、穩(wěn)壓三個(gè)部分組成。 整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)ㄗ饔?，因此二極管是組成整流電路的關(guān) 鍵元件。在小功率（ 1kW）整流電路中，常見的集中整流電路有單向半波、全波、橋式和倍壓整流電路。本設(shè)計(jì)采用橋式整流電路，其主要特點(diǎn)如下：輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓較低，電源變壓器充分利用效率高。 濾波電路用于濾去輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩側(cè)并聯(lián)電容器；或在電路輸出端與負(fù)載見串聯(lián)電感 L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方案 西門子公司的 PLC 產(chǎn)品有 SIMATIC S M7 和 C7 等幾大系列，其中的 S7 系列是傳統(tǒng)意義的 PLC 產(chǎn) 品。 S7 系列 PLC 包括 S7200、 S7300 以及 S7400。 S7200 系列屬于整體式小型 PLC，這種 PLC 將 CPU 模塊、 I/O 模塊和電源裝在一個(gè)箱形機(jī)殼內(nèi)，用于代替繼電器的簡單控制場(chǎng)合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)。S7200 系列 PLC 提供多種不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的 CPU 模塊和數(shù)字量、模擬量 I/O 擴(kuò)展模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，使 PLC 的功能得到擴(kuò)展。 CPU 模塊和擴(kuò)展模塊用扁平電纜連接。 PLC 的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件（又稱系統(tǒng)程序）和用戶軟件（又稱應(yīng)用程序）組成。系統(tǒng)軟件包括監(jiān)控程序、編譯程序、診 斷程序等，主要用于管理全機(jī)，將程序語言翻譯成機(jī)器語言，診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)軟件由 PLC 生產(chǎn)廠家提供，并固化在EPROM 中，不能由用戶直接存取，不需要用戶干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制的需要，用 PLC 的程序語言編制的應(yīng)用程序，用來實(shí)現(xiàn)各種控制要求。因此，PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的工作將主要是用戶軟件設(shè)計(jì)。 PLC 用戶軟件的設(shè)計(jì)要基于產(chǎn)品提供的某一編程語言。 PLC 常采用的編程語言有以下幾種：梯形圖語言、助記符語言、邏輯功能圖語言和高級(jí)語言。 本文設(shè)計(jì)采用了模塊化的方式，將主程序根據(jù)功能分成了各個(gè)子程序，使條理更清 晰，也便于程序的書寫與調(diào)試。符合當(dāng)前編程的技術(shù)和工程理念。 前面已經(jīng)討論了轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速反饋、電流反饋電壓與 PLC 的輸入聯(lián)接問題。PLC 要從外部輸入電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)，其余工作均在PLC 內(nèi)部完成，數(shù)字給定也是用軟件方法在 PLC 內(nèi)部設(shè)定。經(jīng)分析，系統(tǒng)程序由主程序、電流環(huán)子程序及轉(zhuǎn)速環(huán)子程序等組成。 主程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主程序采用順序查詢結(jié)構(gòu)，程序流程如圖 41 所示，初 始化模塊主要是在執(zhí)行功能程序前，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)寄存器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器送數(shù)或清零，電流環(huán)及轉(zhuǎn)速環(huán)采樣時(shí)間判斷是利用 PLC 中的 1ms 定時(shí)器完成的。電流環(huán)的輸出 Uk 送至數(shù)字蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 觸發(fā)器獲得移相控制角 α去觸發(fā)晶閘管。 運(yùn)行過程中系統(tǒng)自行進(jìn)行故障