【正文】 第四篇 機(jī)電一體化系統(tǒng)可分為機(jī)械和微電子系統(tǒng)兩大部分 ,各部分連接須具備一定條件 ,這個(gè)聯(lián)系條件通常稱為接口。各分系統(tǒng)又由各要素 (子系統(tǒng) )組成。本文以機(jī)電一體化控制系統(tǒng) (微電子系統(tǒng) )為例 ,將接口分為人機(jī)與機(jī)電接口兩大類。 一、機(jī)電接口 由于機(jī)械系統(tǒng) 與微電子系統(tǒng)在性質(zhì)上有很大差別 ,兩者間的聯(lián)系須通過機(jī)電接口進(jìn)行調(diào)整、匹配、緩沖 ,因此機(jī)電接口起著非常重要的作用 : (1)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。一般微機(jī)的 I/O 芯片都是 TT L 電平 ,而控制設(shè)備則不一定 ,因此必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換 。另外 ,在大負(fù)載時(shí)還需要進(jìn)行功率放大 。 (2)抗干擾隔離。為防止干擾信號(hào)的串入 ,可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器等把微機(jī)系統(tǒng)和控制設(shè)備在電器上加以隔離 。 (3)進(jìn)行 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換。當(dāng)被控對(duì)象的檢測(cè)和控制信號(hào)為模擬量時(shí) ,必須在微機(jī)系統(tǒng)和被控對(duì)象之間設(shè)置 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換電路 ,以保證微機(jī)所處理的數(shù)字量與被控的模擬量之間的匹配。 模擬信號(hào)輸入接口。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中 ,反映被控對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)是傳感器或變送器的輸出信號(hào) ,通常這些輸出信號(hào)是模擬電壓或電流信號(hào) (如位置檢測(cè)用的差動(dòng)變壓器、溫度檢測(cè)用的熱偶電阻、溫敏電阻、轉(zhuǎn)速檢測(cè)用的測(cè)速發(fā)電機(jī)等 )計(jì)算機(jī)要對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制 ,必須獲得反映系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)信號(hào) ,而計(jì)算機(jī)只能接受數(shù)字信號(hào) ,要達(dá)到獲取信息的目的 ,就應(yīng)將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的接口 —— 模擬信號(hào)輸入接口。 模擬信號(hào)輸出接口。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中 ,控制 生產(chǎn)過程執(zhí)行器的信號(hào)通常是模擬電壓或電流信號(hào) ,如交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器、滑差電動(dòng)機(jī)調(diào)速器等。而計(jì)算機(jī)只能輸出數(shù)字信號(hào) ,并通過運(yùn)算產(chǎn)生控制信號(hào) , 達(dá)到控制生產(chǎn)過程的目的 ,應(yīng)有將數(shù)字信 號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)的接口 —— 模擬信號(hào)輸出接口。任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流信號(hào) ,以便驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器 ,達(dá)到控制對(duì)象的目的。模擬信號(hào)輸出接口一般由控制接口、數(shù)字模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器、多路模擬開關(guān)和功率放大器幾部分構(gòu)成。 開關(guān)信號(hào)通道接口。機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中 ,需要經(jīng)常處理一類最基本的輸入 /輸出信號(hào) ,即數(shù)字量 (開關(guān)量 )信號(hào)包括 :開關(guān)的閉合與斷開 。指示燈的亮與滅 。繼電器或接觸器的吸合與釋放 。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止 。閥門的打開與關(guān)閉等。這些信號(hào)的共同特征是以二進(jìn)制的邏輯“ 1”和“ 0”出現(xiàn)的。在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中 ,對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)碼的每一位都可以代表生產(chǎn)過程中的一個(gè)狀態(tài) ,此狀態(tài)作為控制依據(jù)。 (1)輸入通道接口。開關(guān)信號(hào)輸入通道接口的任務(wù)是將來自控制過程的開關(guān)信號(hào)、邏輯電平信號(hào)以及一些系統(tǒng)設(shè)置開關(guān)信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)。這些信號(hào)實(shí)質(zhì)是一種電平各異的數(shù)字信號(hào) ,所以開關(guān)信號(hào)輸入通道 又稱 為 數(shù)字 輸 入通 道 (DI) 。 由 于開 關(guān) 信 號(hào) 只有 兩 種邏 輯狀 態(tài)“ ON”和“ OFF”或數(shù)字信號(hào)“ 1”和“ 0” ,但是其電平一般與計(jì)算機(jī)的數(shù)字電平不相同 ,與計(jì)算機(jī)連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過程噪聲隔離等設(shè)計(jì)問題 ,它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉(zhuǎn)換電路和地址譯碼電路等組成。 (2)輸出通道接口。開關(guān)信號(hào)輸出通道的作用是將計(jì)算機(jī)通過邏輯運(yùn)算處理后的開關(guān)信號(hào)傳遞給開關(guān)執(zhí)行器 (如繼電器或報(bào)警指示器 )。它實(shí)質(zhì)是邏輯數(shù)字的輸出通道 ,又稱為數(shù)字輸出通道 ( DO)。 DO通道接口設(shè)計(jì)主要考慮的是內(nèi)部與外部公共地隔離和驅(qū)動(dòng)開關(guān)執(zhí)行器的功率。開關(guān)量輸出通道接口 主要由輸出鎖存器、驅(qū)動(dòng)器和輸出口地址譯碼電路等組成。 二、人機(jī)接口 人機(jī)接口是操作者與機(jī)電系統(tǒng) (主要是控制微機(jī) ) 之間進(jìn)行信息交換的接口。按照信息的傳遞方向 ,可以分為輸入與輸出接口兩大類。機(jī)電系統(tǒng)通過輸出接口向操作者顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及結(jié)果等信息 。另一方面 , 操作者通過輸入接口向機(jī)電系統(tǒng)輸入各種控制命令 ,干預(yù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài) ,以實(shí)現(xiàn)所要求的功能。 輸入接口。 (1)撥盤輸入接口。撥盤是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常見的一種輸入設(shè)備 ,若系統(tǒng)需要輸入少量的參數(shù) ,如修正系數(shù)、控制目標(biāo)等 ,采用撥盤較為方便 ,這種方式具有保持性。撥盤的種類很多 ,作為人機(jī)接口使用最方便的是十進(jìn)制輸入、 BC D 碼輸出的 BC D 碼撥盤。 BCD 碼撥盤可直接與控制微機(jī)的并行口或擴(kuò)展口相連 ,以 BCD 碼形式輸入信息。 (2)鍵盤輸入接口。鍵盤是一組按鍵集合 ,向計(jì)算機(jī)提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤有 : 1)編碼鍵盤 ,自動(dòng)提供被按鍵的編碼 (如 ASCII 碼或二進(jìn)制碼 )。 2)非編碼鍵盤 ,僅僅簡單地提供按鍵的通或斷 (“ 0”或“ 1”電位 ),而按鍵的掃描和識(shí)別 ,則由設(shè)計(jì)的鍵盤程序來實(shí)現(xiàn)。前者使用方便 ,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,成 本高 。后者電路簡單 ,便于設(shè)計(jì)。 輸出接口。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中 ,發(fā)光二極管顯示器 ( LE D)是典型的輸出設(shè)備 ,由于 LED 顯示器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性高、壽命長、價(jià)格便宜 ,因此使用廣泛。常用的 LE D 顯示器有 7 段發(fā)光二極管和點(diǎn)陣式 LE D 顯示器。 7 段 LE D 顯示器原理很簡單 ,是同名管腳上所加電平高低來控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同字形的。點(diǎn)陣式LED 顯示器一般用來顯示復(fù)雜符號(hào)、字母及表格等 ,在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應(yīng)用。 第五篇 機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力 功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)投入工業(yè)應(yīng)用環(huán)境運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)總會(huì)受到電網(wǎng)、空間與周圍環(huán)境干擾。若系統(tǒng)抵御不住干擾的沖擊，各電氣功能模塊將不能進(jìn)行正常的工作，微機(jī)系統(tǒng)往往會(huì)因干擾產(chǎn)生程序“跑飛”，傳感器模塊將會(huì)輸出偽信號(hào)，功率驅(qū)動(dòng)模塊將會(huì)輸出畸變的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作失常，最終導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生故障，甚至癱瘓。 1 干擾源 從干擾竄入系統(tǒng)的渠道來看，系統(tǒng)所受到的干擾源分為供電干擾、過程通道干擾、場(chǎng)干擾等。 （ 1）供電干擾 大功 率設(shè)備會(huì)造成電網(wǎng)的嚴(yán)重污染，使得電網(wǎng)電壓大幅度地漲落、浪涌，大功率開關(guān)的通斷，電動(dòng)機(jī)