一、 前言 進入近幾十年，機電類產品的設計有一個明顯的現象，大量的計算機控制被引入到機電控制之中來。有的是基于16位、32位的單片機控制，有的是基于ARM或者DSP控制，有的是基于工業控制計算機加載板卡的控制等等。本文介紹的控制系統是一個基于研華工業主板加載性價比較高的ISA板卡組成的控制系統。本控制系統的目的為控制一個油路的壓力以實現給外在系統一個準確的驅動力，要求此驅動力是一個連續變化的參數，并不是離散固定的幾個數值。同時，在相應的驅動力的作用下，電機的轉速要可以調節。在控制界面上，要求通過壓力、轉速、負載等參數，實時計算出相應參數的變化?；谝陨弦?，擬采用如下的控制方案（圖1）： 圖1 控制方案 對于電機的調速控制，擬采用變頻器來實現。這樣使用一個簡單的開環控制就可以達到一個相對準確的控制。在本系統中，目標物的最大運動速度為2m/s，因此需要加入減速器，而油路的壓力變化為了力求控制的精確，需要引入一個負反饋的信號。 二、 系統的構建 根據這個系統的要求，輸入信號為：壓力信號、限位信號、開關信號量、溫度信號。輸出信號為：壓力變化信號、油路換向信號、開關信號等。系統構成圖如圖2所示： 其中，油路壓力的變化采集使用匯邦公司的HB型壓力變送器，其為一個電流變化信號，量程為 0~6.3MPa，產生的電流變化范圍為4.02mA~20mA，使用研華pcl-711b采集。開關類的信號的采集和發出采用研華pcl-725。對于油路壓力的控制使用ATOS公司的KZGO先導式比例減壓閥，對先導式比例減壓閥的控制使用配套的EMIAC插頭式電子放大器，通過0-10v的直流電壓控制，具體的控制曲線將在下文介紹。0-10v的直流電壓的產生，使用研華PCL-728數據采集卡產生。對油路的溫度的控制通過溫控表實現加熱和降溫的控制。工控機的軟件使用三維力控組態軟件控制。 圖2 系統構成圖 三、 硬件部分設計使用 設定好了基本的系統相互控制關系，下面來詳細的說明系統的使用和各個元器件的使用方法注意事項。 1、 油路控制部分 油路控制部分的控制路線為：匯邦公司的HB型采用壓力變送器送到ISA板卡pcl-711b，工控機采集進行軟件控制，之后輸出到ISA板卡PCL-728，到插頭式電子放大器，到先導式比例減壓閥，油壓變化反應在油路中的匯邦公司的HB型采用壓力變送器，這樣構成一個閉環的油路壓力控制系統。這部分控制系統是整個系統控制的最關鍵的部分，直接影響了系統使用的精度。 ATOS公司的KZGO先導式比例減壓閥，是一個根據油路的最大壓力來進行壓力比例控制的減壓閥，其控制曲線如圖3。其特點是使用簡單方便，控制精度高，根據油路的壓力成比例的調節，控制方便，使用配套的EMIAC插頭式電子放大器直接輸入0-10v的電壓就可以進行控制。配套的EMIAC插頭式電子放大器的接線方法如圖4所示。EMIAC插頭式電子放大器需要外接直流24v電壓單獨供電。例如，系統油路的最大壓力為3MPa，那么對應的0-10v的壓力就是當輸入控制電壓為10v時，產生的系統壓力為3MPa。當輸入控制電壓為5v時，產生的系統壓力為1.5MPa。 圖3 先導式比例減壓閥曲線 圖4 插頭式電子放大器接線 通過ISA板卡PCL-728數據采集卡連接插頭式電子放大器就可以在工控機上直接控制先導式比例減壓閥了。PCL-728數據采集卡是一款具有2路雙緩沖12位模擬量輸出通道的半長卡。該卡的光隔離器能夠提供500V的隔離（通道與通道及輸入與輸出），以避免板卡及PC被輸出線上的危險電壓損壞。您可以將每個通道的輸出范圍配置為以下值：0到+5V、0到+10V、±5V、±10、0到20mA（sink）或4到20mA電流環（匯）。其提供了：2路獨立雙緩沖12位模擬量輸出、多種電壓范圍：±10，±5V，0~+5V、0~+10V和4~20mA電流環（匯），0~20mA（sink）、輸入與輸出之間超過500V（DC）隔離保護、2個便于接線的DB-9接口。 在使用板卡前要對板卡在工控機上的地址進行設定，避免出現各個板卡間出現地址重疊的現象，使板卡使用出現問題。PCL-728數據采集卡是通過計算機的I/O口來控制的，地址的選擇可通過面板上的8位DIP開關SW1的設置來設定。PCL-728數據采集卡的有效地址范圍是200到3F8（十六進制），初始默認地址為2CF。本系統中共使用了3個板卡的初始地址分別是初始地址為PCL-728數據采集卡為2CF、PCL-725數據采集卡為2A8、PCL-711b數據采集卡為220，可以看出其是不重疊的可以不用對地址修改。對于PCL-728數據采集卡本次使用的是0-10v的電壓，通過板卡上的撥線開關機型跳線設計。具體參照說明書。 在將板卡插入計算機之前要先安裝研華的驅動軟件，之后在插入板卡，打開軟件界面后會有相應的型號的選擇，按照提示進行安裝。如圖5： 圖5 a 相應驅動選擇 圖 5 b 型號選擇 PCL-728數據采集卡提供2路模擬量輸出通道，每個通道只有一跟連線，輸出電壓值是相對公共地而言。外接懸浮負載連接方法如圖6 ： 圖 6 外接懸浮負載連接方法 匯邦公司的HB型采用壓力變送器的使用是與PCL-711B搭配使用的，圖7為匯邦公司的HB型采用壓力變送器電流與壓力的對應變化。產生的電流變化輸入到pcl-711b，通過軟件進行進一步的控制。 圖7 壓力變送器 PCL-711B提供8路單端模擬量輸入通道，當測量一個電壓信號時，將信號源一端接入到一個輸入端子上，信號源另一端接到地端子上。例如：測量一個電池的電壓，只需將電池的正極接到一個單端輸入接線端子上，將電池的負極接到模擬地端子(CN1上的任何一個AGND)上即可。單端模擬輸入信號的連接示意圖，如圖8所示。圖示為一個電壓的連接方法，在外在的連接板上通過設置就可以對電流量進行采集。 圖8 pcl-711b連接示意圖 如上所述的設計方案，就形成了一個閉環的油路壓力控制系統，其控制簡單，精度高，通過工控機上的軟件系統進行進一步的設置，就可以達到更好的控制效果。可以通過各類的組態軟件實現調控，也可以通過VC編程，板卡自帶了對VC等編程系統的支持。 2、開關量的控制 開關量的控制通過PCL-725控制，PCL-725是一款帶隔離數字量輸入/輸出半長卡，該卡提供了8個機電式SPDT繼電器輸出和8個帶光電隔離的數字量輸入。該卡板載的SPDT繼電器特別適用于設備開/關控制和低電壓電源開關工作。PCL-725的8路數字量輸入通道帶有光電隔離，能在噪聲環境或有漂移電壓的情況下正常工作，也是防止對地回路問題的最好解決方法。每個繼電器都帶有一個紅色的LED指示燈，用來顯示繼電器的開/關狀態以便于監測。通過跳線可以為每個通道單獨設置輸入通道是否帶隔離。本系統中的開關量如限位開關、中斷信號、接近信號、換向開關量等均通過次板卡控制。在對大功率的開關控制的時候，使用此板卡的繼電器控制低壓直流24v量，再通過次直流24v電壓驅動大功率繼電器。這樣可以有效的保護板卡，而且可以是系統更加穩定，不會出現因為外的過載電流造成計算機內的元器件的燒毀，從而達到系統的安全與穩定。 根據前文的說明，安裝好板卡后可以對板卡進行測試，通過聲音和板卡上的紅色led燈的亮滅觀察板卡的工作。數字量輸入功能測試，在測試界面中點擊數字量輸入標簽，彈出如圖9： 圖9數字量輸入功能測試 測試界面如圖9 所示。用戶可以方便地通過數字量輸入通道指示燈的顏色，得到相應數字量輸入通道輸入的是低電平還是高電平（紅色為高，綠色為低）。例如，將隔離數字量輸入通道0對應管腳DI0與隔離輸入的地GND短接，則通道0對應的狀態指示燈(Bit0)變綠，在DI0與GND之間接入+5V~+24V電壓，則指示燈變紅。 數字量輸出功能測試，點擊數字量輸出標簽,彈出如下圖10： 圖10數字量輸出功能測試 8路繼電器的輸出測試，可以通過萬用表直接測試繼電器輸出端與COM端的電阻來確定繼電器是否工作正常。例如測試繼電器0的輸出，當繼電器0對應位（BIT0）設置為低（沒有按下方框），則NC0與COM0之間的電阻為0；NO0與COM0之間的電阻為無窮大。當對應位（BIT0）設置為高時，NC0與COM0之間的電阻為無窮大；NO0與COM0之間的電阻為0。 在測試板卡工作正常后就可以通過實際的連接電路來使用了。數字量輸入信號連接，PCL-725的8個帶隔離數字量輸入通道RA0~RA7默認的輸入電壓范圍是0~24V，如果要輸入更高的電壓，就需要更換限流電阻。 因為光偶合器允許通過的最大電流是60mA，輸入電流不能大于60mA。

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