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第1篇

關(guān)鍵詞：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)

現(xiàn)代化的建筑規(guī)模大、標(biāo)準(zhǔn)高、人員密集、設(shè)備眾多，對(duì)防火要求極為嚴(yán)格。為此，除對(duì)建筑物平面布置、建筑和裝修材料的選用、機(jī)電設(shè)備的選型與配置有許多限制條件外，還需要設(shè)置現(xiàn)代化的消防設(shè)施。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，各種高層建筑、大中型商業(yè)建筑、廠房不斷涌現(xiàn)，對(duì)自動(dòng)消防報(bào)警系統(tǒng)提出了更高更嚴(yán)的要求。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全，保衛(wèi)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，在現(xiàn)代化的工業(yè)民用建筑、賓館、圖書館、科研和商業(yè)部門，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)已成為必不可少的設(shè)施。電氣工程設(shè)計(jì)、安裝和使用是否正確不僅直接影響到建筑的消防安全而且也直接關(guān)系到各種消防設(shè)施能否真正發(fā)揮作用。因此，自動(dòng)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)的設(shè)計(jì)及設(shè)備選型顯得尤為重要。

一、系統(tǒng)的組成

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)是建筑物防火綜合監(jiān)控系統(tǒng)，由火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)組成。在實(shí)際工程應(yīng)用中，系統(tǒng)的組成是多種多樣的，設(shè)備量的多少、設(shè)備種類都會(huì)有很大的不同。但是，決定系統(tǒng)特征的是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警和消防聯(lián)動(dòng)控制這兩個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式。

（一）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的組成

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)一般由探測器、信號(hào)線路和自動(dòng)報(bào)警裝置三部分組成。

1、火災(zāi)探測器和手動(dòng)報(bào)警按鈕

火災(zāi)探測器是整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的檢測元件。它的工作穩(wěn)定性、可靠性和靈敏度等技術(shù)指標(biāo)直接影響著整個(gè)消防系統(tǒng)的運(yùn)行。

1）探測器的種類

火災(zāi)探測器的種類很多，大致有如下幾種：

（1）離子感煙探測器。

（2）光電感煙探測器。

（3）感溫探測器（包括定溫式和差溫式）。

（4）氣體式探測器。

（5）紅外線式探測器。

（6）紫外線式探測器。

2）常用的火災(zāi)探測器基本原理

（1）感煙火災(zāi)探測器

火災(zāi)發(fā)展過程大致可以分為初期階段、發(fā)展階段和衰減熄滅階段。感煙火災(zāi)探測器的功能在于：在初燃生煙階段，能自動(dòng)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，以期將火撲滅在未成災(zāi)害之前。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，感煙探測器可分為離子感煙探測器和光電感煙探測器。

①離子感煙探測器

離子式感煙探測器是由兩個(gè)內(nèi)含Am241放射源的串聯(lián)室、場效應(yīng)管及開關(guān)電路組成的。內(nèi)電離室即補(bǔ)償室，是密封的，煙不易進(jìn)入；外電離室即檢測室，是開孔的，煙能夠順利進(jìn)入。在串聯(lián)兩個(gè)電離室的兩端直接接入24V直流電源。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙霧進(jìn)入檢測電離室，Am241產(chǎn)生的α射線被阻擋，使其電離能力降低，因而電離電流減少，檢測電離室空氣的等效阻抗增加，而補(bǔ)償電離室因無煙進(jìn)入，電離室的阻抗保持不變，因此，引起施加在兩個(gè)電離室兩端分壓比的變化，在檢測電離室兩端的電壓增加量達(dá)到一定值時(shí)，開關(guān)電路動(dòng)作、發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

②光電感煙探測器

光電式感煙探測器由光源、光電元件和電子開關(guān)組成。利用光散射原理對(duì)火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行探測，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式等4種。

a、一般光電式感煙探測器根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為遮光型和散射型兩種。

遮光型光電感煙探測器由一個(gè)光源（燈泡或發(fā)光二極管）和一個(gè)光電元件對(duì)應(yīng)裝在小暗室內(nèi)構(gòu)成。在無煙情況下，光源發(fā)出的光通過透鏡聚成光束，照射到光電元件上，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，使整個(gè)電路維持在正常狀態(tài)，不發(fā)出報(bào)警。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生有煙霧進(jìn)入探測器，使光的傳播特性改變，光強(qiáng)明顯減弱，電路正常狀態(tài)被破壞，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

散射光電式感煙探測器的發(fā)光二極管和光電元件設(shè)置的位置不是對(duì)應(yīng)的。光電元件設(shè)置在多孔的小暗室里。無煙霧時(shí)，光不能射到光電元件上，電路維持正常狀態(tài)。而發(fā)生火災(zāi)時(shí)，有煙霧進(jìn)入探測器，光通過煙霧粒子的反射或散射到達(dá)光電元件上，則光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路放大后，驅(qū)動(dòng)自動(dòng)報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

b、激光式感煙探測器。由激光發(fā)射機(jī)（包括脈沖電源和激光發(fā)生器）和激光接收器（包括光電接收器、脈沖放大及報(bào)警）組成。它利用激光方向性強(qiáng)、亮度高及單色性和相干性好的特點(diǎn)。在無煙情況下，脈沖激光束射到光電接收器上，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，報(bào)警器不發(fā)出報(bào)警。一旦激光束在發(fā)射過程中有煙霧遮擋而減弱到一定程度，使光電接收器信號(hào)顯著減弱，探測器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在種類繁多的激光光源中，半導(dǎo)體激光器由于具有所需激發(fā)電壓低、效率高、脈沖功率大、器件體積小、耐震、壽命長和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而受到重視。

c、紫外光和紅外光感煙探測器。它們具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、可靠、探測方位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，因而得到普遍重視，并成為目前火災(zāi)探測器的重要設(shè)備和發(fā)展方向。

光電式感煙探測器發(fā)展很快，種類不斷增多，就其功能而言，它能實(shí)現(xiàn)早期火災(zāi)報(bào)警，除應(yīng)用于大型建筑物內(nèi)部外，還特別適用于電氣火災(zāi)危險(xiǎn)性較大的場所，如計(jì)算機(jī)房、儀器儀表室和電纜溝、隧道等處。

（2）感溫火災(zāi)探測器

感溫探測器按結(jié)構(gòu)原理不同有雙金屬片型、膜盒型、熱敏電子元件型等三種。

①雙金屬片型是應(yīng)用兩種不同膨脹系數(shù)的金屬片作為敏感元件的，一般制成差溫和定溫兩種形式，定溫式是當(dāng)環(huán)境溫度上升達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，定溫部件立即動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；差溫式是當(dāng)環(huán)境溫度急劇上升，其溫升速率（℃/min）達(dá)到或超過探測器規(guī)定的動(dòng)作溫升速率時(shí)，差溫部件立即動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

②膜盒型探測器由波紋板組成一個(gè)氣室，室內(nèi)空氣只能通過氣塞螺釘?shù)男】着c大氣相通。一般情況下（指環(huán)境溫升速率不大于1℃/min），氣室受熱，室內(nèi)膨脹的氣體可以通過氣塞螺釘小孔泄漏到大氣中去。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，溫升速率急劇增加，氣室內(nèi)的氣壓增大，波紋板向上鼓起，推動(dòng)彈性接觸片，接通電接點(diǎn)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

③電子感溫探測器由兩個(gè)阻值和溫度特性相同的熱敏電阻和電子開關(guān)線路組成，兩個(gè)熱敏電阻中一個(gè)可直接感受環(huán)境溫度的變化，而另一個(gè)則封閉在一定熱容量的小球內(nèi)。當(dāng)外界溫度變化緩慢時(shí)，兩個(gè)熱敏電阻的阻值隨溫度變化基本相接近，開關(guān)電路不動(dòng)作。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，環(huán)境溫度劇烈上升，兩個(gè)熱敏電阻阻值變化不一樣，原來的穩(wěn)定狀態(tài)破壞，開關(guān)電路打開，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3）火災(zāi)探測器的選擇

（1）根據(jù)火災(zāi)的特點(diǎn)選擇探測器

①火災(zāi)初期有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量熱，很小或沒有火焰輻射，應(yīng)選用感煙探測器。

②火災(zāi)發(fā)展迅速，產(chǎn)生大量的熱、煙和火焰輻射，可選用感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器或其組合。

③火災(zāi)發(fā)展迅速、有強(qiáng)烈的火焰輻射和少量煙和熱、應(yīng)選用火焰探測器。

④火災(zāi)形成特點(diǎn)不可預(yù)料，可進(jìn)行模擬試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇探測器。

（2）根據(jù)安裝場所環(huán)境特征選擇探測器

①相對(duì)濕度長期大于95%，氣流速度大于5m/s，有大量粉塵、水霧滯留，可能產(chǎn)生腐蝕性氣體，在正常情況下有煙滯留，產(chǎn)生醇類、醚類、酮類等有機(jī)物質(zhì)的場所，不宜選用離子感煙探測器。

②可能產(chǎn)生陰燃或者發(fā)生火災(zāi)不及早報(bào)警將造成重大損失的場所，不宜選用感溫探測器；溫度在0℃以下的場所，不宜選用定溫探測器；正常情況下溫度變化大的場所，不宜選用差溫探測器。

③有下列情形的場所，不宜選用火焰探測器：

a、可能發(fā)生無焰火災(zāi)；

b、在火焰出現(xiàn)前有濃煙擴(kuò)散；

c、探測器的鏡頭易被污染；

d、探測器的‘視線’易被遮擋；

e、探測器易被陽光或其他光源直接或間接照射；

f、在正常情況下，有明火作業(yè)以及X射線、弧光等影響。

高層民用建筑及探測器的靈敏度選擇，應(yīng)據(jù)探測器的性能及使用場所，正常情況下（無火警時(shí)）系統(tǒng)沒有誤報(bào)警為準(zhǔn)進(jìn)行選擇。目前，國內(nèi)高層建筑中，大部分使用光電感煙測器，只有在個(gè)別場所、廚房、發(fā)電機(jī)房、車庫及有氣體滅火裝置的場所才用感溫探測器。只用一種探測器，在聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)里易產(chǎn)生誤動(dòng)作，這將造成不必要的損失，無聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)里易誤報(bào)。故應(yīng)選用兩種或兩種以上種類探測器。他們是“與”的邏輯關(guān)系，當(dāng)兩種或兩種以上探測器同時(shí)報(bào)警，聯(lián)動(dòng)裝置才動(dòng)作，這樣才能確保不必要的損失

總之，探測器選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際環(huán)境情況選擇合適的探測器，以達(dá)到及時(shí)、準(zhǔn)確報(bào)警的目的。

4）手動(dòng)報(bào)警按鈕

報(bào)警區(qū)域內(nèi)每個(gè)防火分區(qū)應(yīng)至少設(shè)置一個(gè)手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕，且從一個(gè)防火分區(qū)里的任何位置至最近一個(gè)手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕的距離不應(yīng)大于30m，并應(yīng)設(shè)置在明顯和便于操作的位置。手動(dòng)報(bào)警按鈕距地面1.5m。

2、自動(dòng)報(bào)警裝置

我國火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用雖然起步較晚，但發(fā)展非常快，特別是最近幾年，隨著我國四化建設(shè)的迅速發(fā)展和消防工作的不斷加強(qiáng)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置的生產(chǎn)和應(yīng)用都有了較大的發(fā)展，生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品種類和產(chǎn)量及應(yīng)用單位都不斷地增加。我國目前生產(chǎn)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置是包括報(bào)警顯示、故障顯示和發(fā)出控制指令的自動(dòng)化成套裝置。當(dāng)接收到火災(zāi)探測器、手動(dòng)報(bào)警按鈕或其他觸發(fā)器件發(fā)送來的火災(zāi)信號(hào)時(shí)，能發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，記錄時(shí)間、自動(dòng)打印火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、并輸出控制其他消防設(shè)備的指令信號(hào)，組成自動(dòng)滅火系統(tǒng)。目前，生產(chǎn)、使用的自動(dòng)報(bào)警裝置，多采用多線制，分為區(qū)域報(bào)警控制器、集中報(bào)警控制器和智能型火災(zāi)報(bào)警控制器。

（1）區(qū)域報(bào)警控制器

區(qū)域報(bào)警器是一種由電子電路組成的自動(dòng)報(bào)警和監(jiān)視裝置。它聯(lián)結(jié)一個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有火災(zāi)探測器，準(zhǔn)確、及時(shí)的進(jìn)行火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警。因此，每臺(tái)區(qū)域報(bào)警器和所管轄區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)探測器經(jīng)正確連接后，就能構(gòu)成完整、獨(dú)立的自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警裝置。

區(qū)域報(bào)警器的基本原理如下：

①接收探測器或手動(dòng)報(bào)警按鈕發(fā)出的火災(zāi)信號(hào)，以聲光的形式進(jìn)行報(bào)警；

②電子鐘可以記憶首次發(fā)生火災(zāi)的時(shí)間；

③可以帶動(dòng)若干對(duì)繼電器觸點(diǎn)給出適當(dāng)外接功能；可

④以配置備用直流電源，當(dāng)市電斷電時(shí)，直流備用電便自動(dòng)投入；

⑤具有自檢功能，當(dāng)區(qū)域報(bào)警器與探測器之間有接觸不良或斷線時(shí)，報(bào)警器發(fā)出開路或短路的故障聲、光報(bào)警信號(hào)并自動(dòng)顯示故障部位；

⑥具有“火警優(yōu)先”功能，各類報(bào)警信號(hào)至區(qū)域報(bào)警器，經(jīng)信號(hào)選擇電路處理后，進(jìn)行火災(zāi)、短路、開路判斷，報(bào)警器首先發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，指示具體著火部位，發(fā)出火警音響，記憶火警信號(hào)、開路、短路故障信號(hào)；

⑦通過通訊接口電路將三類信號(hào)送至集中報(bào)警控制器。區(qū)域報(bào)警控制器將接收到的探測器火警信號(hào)進(jìn)行“與”“或”邏輯組合，控制繼電器動(dòng)用聯(lián)動(dòng)外部設(shè)備，如排煙閥、送風(fēng)閥、防火門等。

目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的區(qū)域報(bào)警器的容量即監(jiān)控部位多少不同。不同型號(hào)的區(qū)域報(bào)警器需與不同型號(hào)的探測器相連接。以西安262廠生產(chǎn)的JB-QB-2700/088A系列區(qū)域報(bào)警器為例，它有壁掛式、柜式兩種，最大容量為256路，一路是一個(gè)部位號(hào)，一個(gè)探測器占一個(gè)部位號(hào)。

在工程設(shè)計(jì)中，選擇區(qū)域報(bào)警控制器的容量應(yīng)大于該區(qū)域的探測器數(shù)。如一建筑物以一層為一個(gè)區(qū)，共24個(gè)房間，每個(gè)房間一個(gè)探測器，共24個(gè)，則應(yīng)選擇30路區(qū)域報(bào)警控制器。若48個(gè)房間，則應(yīng)選擇50回路區(qū)域報(bào)警控制器。

（2）集中報(bào)警控制器

集中報(bào)警控制器的基本原理如下：

①把若干個(gè)區(qū)域報(bào)警器連接起來，組成一個(gè)系統(tǒng)，集中管理；

②可以巡回檢測相連接的各區(qū)域報(bào)警器有無火災(zāi)信號(hào)或故障信號(hào)，并能及時(shí)指示火災(zāi)區(qū)部位和故障區(qū)域，同時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)；

③其他功能、原理同區(qū)域報(bào)警控制器。

在系統(tǒng)中如只有探測器和集中報(bào)警器是不能工作的。因?yàn)榧袌?bào)警器的巡檢功能、火災(zāi)報(bào)警功能、自檢功能等都是與區(qū)域報(bào)警器構(gòu)成系統(tǒng)后才具備的。所以，只有區(qū)域報(bào)警器與集中報(bào)警器配合使用，才能構(gòu)成自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。

集中報(bào)警系統(tǒng)適用于大型、復(fù)雜工程。集中報(bào)警器最大容量可接40臺(tái)區(qū)域報(bào)警器。

（3）智能型火災(zāi)報(bào)警控制器

智能型火災(zāi)報(bào)警控制器的基本原理如下：

①采用模擬量探測器，能對(duì)外界非火災(zāi)因素，諸如溫度、濕度和灰塵等影響實(shí)施自動(dòng)補(bǔ)償，從而在各種不同使用條件下為解決無災(zāi)誤報(bào)和準(zhǔn)確報(bào)警奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；

②報(bào)警控制器采用全總線計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)總線報(bào)警和總線聯(lián)動(dòng)控制，減少了控制輸出與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的長距離管線；

③采用大容量的控制矩陣和交叉查尋程序軟件包，以軟件編程代替硬件組合，提高了消防聯(lián)動(dòng)的靈活性和可修改性。

262廠生產(chǎn)的NA1000系列火災(zāi)報(bào)警控制器就屬此類形式。

（4）自動(dòng)報(bào)警裝置的選擇

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，所選用的火災(zāi)報(bào)警裝置應(yīng)具有以下基本功能：

①能為火災(zāi)探測器供電；

②能接收來自火災(zāi)探測器或手動(dòng)報(bào)警按鈕的報(bào)警信號(hào)；

③能檢測并發(fā)出系統(tǒng)本身的故障信號(hào)；

④能檢查火災(zāi)報(bào)警器的報(bào)警功能；

⑤具有電源轉(zhuǎn)換功能。

火災(zāi)報(bào)警控制器的選擇，一般考慮下列因素：

①火災(zāi)探測器、火災(zāi)報(bào)警器宜選用同一廠家的配套產(chǎn)品；

②報(bào)警系統(tǒng)所需回路數(shù)量；

③是否需要自動(dòng)消防聯(lián)動(dòng)控制功能；

④安裝位置和安裝方式等。

（二）消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

消防聯(lián)動(dòng)控制范圍很廣，據(jù)實(shí)際工程的大小、等級(jí)高低的不同各異。聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備有消火栓、水滅火、氣體滅火、防火門、防火卷簾、排風(fēng)機(jī)、空調(diào)設(shè)施、防火閥、排煙閥、電梯、誘導(dǎo)燈、事故燈、警鈴、切斷工作電源等。

二、系統(tǒng)選擇

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的保護(hù)對(duì)象是建筑物或建筑物的一部分。不同的建筑物，其使用性質(zhì)、重要程度、火災(zāi)危險(xiǎn)性、建筑結(jié)構(gòu)形式、耐火等級(jí)、分布狀況、環(huán)境條件以及管理形式等各不相同。在設(shè)計(jì)中應(yīng)仔細(xì)研究這些情況，根據(jù)不同的情況選擇不同的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

（一）系統(tǒng)確定

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是觸發(fā)器件、火災(zāi)報(bào)警裝置、火災(zāi)警報(bào)裝置以及具有其他輔助功能的裝置組成的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，是人們?yōu)榱嗽缙诎l(fā)現(xiàn)通報(bào)火災(zāi)、并及時(shí)采取有效措施，控制和撲滅火災(zāi)而設(shè)置在建筑中或其他場所的一種自動(dòng)消防設(shè)施，是人們同火災(zāi)作斗爭的有力工具。

報(bào)警系統(tǒng)的確定一般是整個(gè)系統(tǒng)中報(bào)警部位總點(diǎn)數(shù)，包括探測器數(shù)量、手動(dòng)報(bào)警按鈕數(shù)量及消火栓、自動(dòng)門、自動(dòng)閥、行程開關(guān)等總數(shù)量來確定。也就是說與建筑物大小、等級(jí)、使用功能有關(guān)。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的組成形式多種多樣，特別是近年來，科研、設(shè)計(jì)單位與制造廠家聯(lián)合開發(fā)了一些新型的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，如智能型、全總線型等，但在工程應(yīng)用中，采用最廣泛的是如下三種基本形式：區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)、集中報(bào)警系統(tǒng)、控制中心報(bào)警系統(tǒng)。

1、區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)

該系統(tǒng)一個(gè)報(bào)警區(qū)域宜設(shè)置一臺(tái)區(qū)域報(bào)警控制器，系統(tǒng)中區(qū)域報(bào)警控制器不應(yīng)超過3臺(tái)，區(qū)域報(bào)警控制器宜設(shè)于有人值班的房間、場所。

系統(tǒng)的組成見下圖。

2、集中報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警區(qū)域較多、區(qū)域報(bào)警控制器超過3臺(tái)時(shí)，采用集中報(bào)警系統(tǒng)。集中報(bào)警系統(tǒng)至少有一臺(tái)集中報(bào)警控制器和兩臺(tái)以上區(qū)域報(bào)警控制器集中報(bào)警控制器應(yīng)設(shè)置有人值班的專用房間或消防班室內(nèi)。

系統(tǒng)的組成見下圖。

3、控制中心報(bào)警系統(tǒng)

工程建筑規(guī)模大、保護(hù)對(duì)象重要、設(shè)有消防控制設(shè)備和專用消防控制室時(shí)，采用控制中心報(bào)警系統(tǒng)。

系統(tǒng)的組成見下圖。

以上各系統(tǒng)布線方式與探測器、報(bào)警器種類有關(guān)。采用二線制（即區(qū)域報(bào)警器到每一個(gè)探頭為二線）。區(qū)域報(bào)警器單獨(dú)使用為N+1式，到集中報(bào)警器為N+N/8+1+3+1式，設(shè)計(jì)、施工比較方便，而且降低造價(jià)。

除以上系統(tǒng)外，國內(nèi)各廠家又相繼推出總線制報(bào)警器。不同廠家總線制系統(tǒng)各異，但共同點(diǎn)都是總線制、地址編碼形式。

（1）二總線制集中報(bào)警系統(tǒng)。區(qū)域報(bào)警器到探測器的線路傳輸只需二條總線，每一部位的控制器都有自己的編號(hào)，即一個(gè)部位一個(gè)編址單元。如JB-QB-50-2700/076型為例，它采用了先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)，CPU主機(jī)將不斷地向各編址單元發(fā)碼。當(dāng)編址單元接收到主機(jī)發(fā)來的信號(hào)后，加以判斷：如果編址單元的碼與主機(jī)的發(fā)碼相同，該編址單元響應(yīng)。主機(jī)接收到編址單元返回的地址及狀態(tài)、信號(hào)，進(jìn)行判斷處理：如果編址單元正常，主機(jī)將繼續(xù)向下巡檢；經(jīng)判斷如果是故障信號(hào)，將發(fā)出故障區(qū)域聲、光報(bào)警信號(hào)。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，經(jīng)主機(jī)確認(rèn)后，火警信號(hào)被記憶，同時(shí)發(fā)出火災(zāi)區(qū)域聲、光報(bào)警信號(hào)。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，如果用一臺(tái)區(qū)域報(bào)警器控制一層樓，在二總線上可接50個(gè)編址單元；控制二層，每層二總線上可接35個(gè)編址單元；控制三層，每層二總線上可接25個(gè)編址單元。076型區(qū)域報(bào)警器的擴(kuò)展型最多可設(shè)置200個(gè)編址單元。

（2）三總線制集中報(bào)警系統(tǒng)。該報(bào)警器是由單片機(jī)8031為中央控制單元，計(jì)算機(jī)管理的三線制報(bào)警器。三總線制系統(tǒng)通過三總線與被控的各區(qū)域報(bào)警器相聯(lián)。三總線制在工程應(yīng)用中有兩種形式：樓層復(fù)示器——集中報(bào)警器系統(tǒng)、區(qū)域報(bào)警器——集中報(bào)警器系統(tǒng)。

①樓層復(fù)示器——集中報(bào)警器系統(tǒng)

樓層復(fù)示器可以對(duì)編址探測器發(fā)碼、收碼，顯示本層的報(bào)警部位，具有斷線故障自動(dòng)報(bào)警功能。該系統(tǒng)適用于每層不超過32個(gè)報(bào)警部位，樓層無值班點(diǎn)，首層設(shè)有消防總值班室的建筑。

②區(qū)域報(bào)警器——集中報(bào)警器系統(tǒng)

由區(qū)域報(bào)警器和標(biāo)準(zhǔn)集中報(bào)警器組成的兩級(jí)管理總線制火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，適用于每層報(bào)警部位多少不一，并設(shè)有樓層服務(wù)臺(tái)的中型賓館等建筑物。

采用總線制報(bào)警系統(tǒng)布線簡單，設(shè)計(jì)、施工方便，與其他報(bào)警系統(tǒng)相比多一些接口元件。

（二）消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)

消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)有無聯(lián)動(dòng)、現(xiàn)場聯(lián)動(dòng)、集中聯(lián)動(dòng)等幾種形式。

在實(shí)際工程中，報(bào)警系統(tǒng)與消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的配合有以下幾種形式：

1、區(qū)域——集中報(bào)警、橫向聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。

此系統(tǒng)每層有一個(gè)復(fù)合區(qū)域報(bào)警控制器，他具有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警功能，能接收一些設(shè)備的報(bào)警信號(hào)，如手動(dòng)報(bào)警按鈕、水流指示器、防火閥等，聯(lián)動(dòng)控制一些消防設(shè)備，如防火門、卷簾門、排煙閥等，并向集中報(bào)警器發(fā)送報(bào)警信號(hào)及聯(lián)動(dòng)設(shè)備動(dòng)作的回授信號(hào)。此系統(tǒng)主要適用于高級(jí)賓館建筑，每層或每區(qū)有服務(wù)人員值班，全樓有一個(gè)消防控制中心，有專門消防人員值班。

2、區(qū)域——集中報(bào)警、縱向聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。

此系統(tǒng)主要適用于高層“火柴盒”式賓館建筑。這類建筑物標(biāo)準(zhǔn)層多，報(bào)警區(qū)域劃分比較規(guī)則，每層有服務(wù)人員值班，整個(gè)建筑物設(shè)置一個(gè)消防控制中心。

3、大區(qū)域報(bào)警、縱向聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。

此系統(tǒng)主要適用于沒有標(biāo)準(zhǔn)層的辦公大樓，如情報(bào)中心、圖書館、檔案館等。這類建筑物的每層沒有服務(wù)人員值班，不宜設(shè)區(qū)域報(bào)警器，而在消防中心設(shè)置大區(qū)域報(bào)警器，有專門消防人員值班。

4、區(qū)域——集中報(bào)警、分散控制系統(tǒng)。

此系統(tǒng)在聯(lián)動(dòng)設(shè)備的現(xiàn)場安裝有“控制盒”，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地控制，而設(shè)備動(dòng)作的回授信號(hào)送到消防中心。消防中心的值班人員也可以手動(dòng)操作聯(lián)動(dòng)設(shè)備。此系統(tǒng)主要適用于中、小型高層建筑及房間面積大的場所。

此外，還有自動(dòng)報(bào)警和消防控制于一體的滅火裝置系統(tǒng)，如FJ-2714自動(dòng)滅火裝置。此系統(tǒng)主要適用于計(jì)算機(jī)房、發(fā)電機(jī)房、貴重物品倉庫、檔案庫、書庫等場所的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及自動(dòng)滅火。氣體滅火、藥劑滅火具有能力強(qiáng)、效率高、對(duì)金屬腐蝕性小、不導(dǎo)電、長期存儲(chǔ)不變質(zhì)、不污損滅火對(duì)象等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)高。

第2篇

1．1控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

為了滿足廢墟災(zāi)難環(huán)境中的控制需求，設(shè)計(jì)了蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)上層是監(jiān)控系統(tǒng)，通過ZigBee無線模塊給主控系統(tǒng)發(fā)送控制蛇步態(tài)的指令，如蜿蜒、蠕動(dòng)、翻滾、分體等。主控系統(tǒng)的音視頻信息和慣導(dǎo)、溫度、濕度、壓力、有害氣體等傳感器信息分別通過1．2G無線收發(fā)模塊和ZigBee模塊傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)顯示。主控模塊通過ZigBee無線模塊與從控系統(tǒng)進(jìn)行通信，以控制其實(shí)現(xiàn)相關(guān)的步態(tài)。

1．1．1主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)主要由ARM核微處理器STM32、無線通信模塊以及傳感器組成。主控系統(tǒng)通過無線模塊接收監(jiān)控系統(tǒng)的控制指令，并根據(jù)指令決定搜救機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)步態(tài)、運(yùn)動(dòng)方向以及到達(dá)目標(biāo)的位置;傳感器收集災(zāi)難環(huán)境中音視頻、溫度、濕度、有毒氣體以及紅外測距信息，微處理器根據(jù)測距信息選擇合適的運(yùn)動(dòng)步態(tài)，并將控制指令通過無線模塊發(fā)送給從控系統(tǒng)去執(zhí)行。

1．1．2從控系統(tǒng)

從控系統(tǒng)使用了和主控制器一樣的高速ARM處理器，可同時(shí)控制18路PWM舵機(jī)。從控系統(tǒng)通過ZigBee無線模塊從主控制系統(tǒng)獲得控制指令，通過PWM信號(hào)控制關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。

1．2步態(tài)控制

Serpenoid曲線用來規(guī)劃蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，并確定搜救機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。

2實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

2．1蛇形機(jī)器人簡介

該機(jī)器人具有如下幾個(gè)特點(diǎn):1)采用3D打印而成，既縮短了加工周期又節(jié)約了成本;2)通過ADAMS軟件仿真，進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，直線長度為2m，具有6個(gè)正交關(guān)節(jié)和1個(gè)分體機(jī)構(gòu)，腿部具有變形機(jī)構(gòu)，可以進(jìn)行站立、臥倒、蜿蜒、蠕動(dòng)、分體、翻滾等步態(tài);3)機(jī)器人采用6V，4500mAh的電池供電，確保機(jī)器人能夠連續(xù)運(yùn)動(dòng)0．5h以上。

2．2平臺(tái)搭建

按照前文所述，搭建了柔性變形蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)的整套硬件電路。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3．1通信實(shí)驗(yàn)

蛇形機(jī)器人上位機(jī)監(jiān)控界面，上位機(jī)通過遠(yuǎn)程監(jiān)控搜救機(jī)器人自主移動(dòng)、翻越障礙物、爬坡等實(shí)驗(yàn)，通過無線模塊實(shí)時(shí)傳輸機(jī)器人所處環(huán)境的各種傳感器信息，并能綜合各種環(huán)境信息通過無線模塊控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多信息的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確無線通信，能夠滿足復(fù)雜搜救環(huán)境的通信需求。

3．2移動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，不斷地調(diào)試分別實(shí)現(xiàn)了自主柔性變形蛇形機(jī)器人蜿蜒、蠕動(dòng)、分體、翻滾等平面和立體運(yùn)動(dòng)步態(tài)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，曲線平滑，蜿蜒運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)0．5m/s。通過穿越狹小空間、翻越障礙物、爬坡等試驗(yàn)，驗(yàn)證了蛇形機(jī)器人在不同的環(huán)境中，具有良好的多步態(tài)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和自主移動(dòng)性能。蛇形機(jī)器人在模擬災(zāi)難場景中的各種運(yùn)動(dòng)步態(tài)。

4結(jié)束語

第3篇

1.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(見圖3)主要由細(xì)分電路、驅(qū)動(dòng)控制芯片和光耦隔離電路組成。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移和輸入的脈沖數(shù)目要求嚴(yán)格成正比。如果按照整步的工作方式，會(huì)受到步進(jìn)電機(jī)振動(dòng)大、噪聲大等影響;運(yùn)用細(xì)分，不僅可使振動(dòng)和噪聲減小，且可以減小步進(jìn)電機(jī)誤動(dòng)作產(chǎn)生的平臺(tái)傾斜度偏移，從而減小激光定位的誤差;并且，細(xì)分?jǐn)?shù)取得越高，在遠(yuǎn)端產(chǎn)生的偏移量越小。為了使步進(jìn)電機(jī)工作的誤差盡可能的小，本設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)電路采用高細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片THB6128。圖3中，M1、M2、M3端為細(xì)分的設(shè)定端，根據(jù)這3端所提供的高低電平的不同，有1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128多種細(xì)分可選，當(dāng)三端全為高電平時(shí)，細(xì)分為128。CW/CCW端為電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制端，CW/CCW為低電平時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn);反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)。ST/VCC端為低電平時(shí)，THB6128進(jìn)入待機(jī)，功耗極低。另外，為了防止對(duì)電源或?qū)Φ囟搪罚撔酒瑑?nèi)置溫度保護(hù)及過流電路。驅(qū)動(dòng)芯片與單片機(jī)相連的端口均采用光耦隔離，U8、U10、U11為光耦隔離，防止電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)控制電路產(chǎn)生干擾;LED可以直觀顯示隔離控制的通斷。

1.2激光旋轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計(jì)

激光發(fā)射電路主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、激光發(fā)射控制電路、光耦隔離電路及細(xì)分電路構(gòu)成，如圖4所示。激光發(fā)射器控制電路主要完成控制激光發(fā)射器發(fā)射和轉(zhuǎn)動(dòng)，保證其發(fā)射的激光能實(shí)時(shí)完成激光接收靶跟蹤，使農(nóng)田平地機(jī)被實(shí)時(shí)控制。由單片機(jī)輸出的激光發(fā)射器發(fā)射信號(hào)通過光耦隔離電路后輸入激光發(fā)射器控制電路。其中，JG為單片機(jī)P46端口的控制輸出端，U17為電路的光耦隔離器。激光發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制，由單片機(jī)輸出信號(hào)控制THB6128的使能、脈沖及方向端從而控制激光發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)。

1.3電源電路設(shè)計(jì)

電路選擇采用簡單高效電源芯片LM2576，該穩(wěn)壓器是單片集成電路，能實(shí)現(xiàn)熱關(guān)斷和電流限制保護(hù)，能驅(qū)動(dòng)3A負(fù)載。控制核心的電源設(shè)計(jì)如圖5所示。在直流電源輸入端加入TVS瞬變電壓抑制二極管PK6E22A，該二極管能在收到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，迅速將兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗瑫r(shí)吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，有效地保護(hù)電子電路中的電子元器件免受浪涌脈沖的破壞［4］。為了防止功率地跟信號(hào)地之間的互相干擾，在電源電路設(shè)計(jì)中，功率地和信號(hào)地之間加入了電感L2進(jìn)行隔離。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

由于農(nóng)田平地機(jī)激光發(fā)射平臺(tái)調(diào)平控制系統(tǒng)的工作環(huán)境的惡劣性，易對(duì)數(shù)據(jù)的采集造成干擾，再加上傾角傳感器自身存在的溫度漂移等，會(huì)加大傾角數(shù)據(jù)采集的誤差。因此，對(duì)傾角傳感器采集的數(shù)據(jù)時(shí)，先采用基于限幅濾波法和遞推算術(shù)平均值濾波算法相結(jié)合的復(fù)合濾波法算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理［5］，接著采用角度偏移與溫度變化的三次曲線對(duì)傾角傳感器溫度漂移進(jìn)行補(bǔ)償，提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性［6］。另外，由于步進(jìn)電機(jī)的非線性特征，對(duì)其非線性參數(shù)進(jìn)行整定較困難，而常規(guī)的PID算法由于參數(shù)整定過程繁瑣，實(shí)施起來較復(fù)雜，并且在越接近預(yù)設(shè)的目標(biāo)值時(shí)，越容易產(chǎn)生超調(diào)而抖動(dòng)，影響其控制效果的進(jìn)一步提高。因此，采用基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID算法控制器對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，能保證步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的響應(yīng)性能提升，響應(yīng)時(shí)間縮短，動(dòng)態(tài)性能、自適應(yīng)性和魯棒性更佳。系統(tǒng)總體流程圖，如圖6所示。系統(tǒng)初始化后，首先進(jìn)行傾角數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)采集當(dāng)前的平臺(tái)的傾角數(shù)據(jù)后，經(jīng)過濾波和補(bǔ)償處理，直接交給單片機(jī)進(jìn)行判斷:如果到達(dá)調(diào)平的預(yù)設(shè)值，則結(jié)束。沒到達(dá)預(yù)設(shè)值的話，如果是大于預(yù)設(shè)值，則電機(jī)正轉(zhuǎn)，控制平臺(tái)支腿進(jìn)行相應(yīng)的伸縮調(diào)整平臺(tái)的傾斜度，再重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;如果小于預(yù)設(shè)值，則電機(jī)反轉(zhuǎn)，控制平臺(tái)支腿進(jìn)行相應(yīng)的伸縮調(diào)整平臺(tái)的傾斜度，再重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。如此反復(fù)進(jìn)行平臺(tái)調(diào)整，直至達(dá)到預(yù)定的平臺(tái)傾斜度為止。

3試驗(yàn)分析

本文設(shè)計(jì)的農(nóng)田平地機(jī)激光發(fā)射平臺(tái)調(diào)平控制系統(tǒng)主要是為提高農(nóng)田平地機(jī)的雙激光源定位系統(tǒng)的精度做準(zhǔn)備，在雙激光源定位系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。而整個(gè)調(diào)平過程中，由于傾角傳感器和調(diào)平電機(jī)的特性，此控制系統(tǒng)主要受溫度影響。所以，本試驗(yàn)在激光發(fā)射器校準(zhǔn)完成后，設(shè)計(jì)了在加入基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方法對(duì)電機(jī)控制，并在不同溫度環(huán)境下的試驗(yàn)。將調(diào)整平臺(tái)置于不同的溫度環(huán)境中，同時(shí)讓激光器支座處于允許的任意傾斜角度狀態(tài)，分別測試支座在大傾角(20°～30°)和小傾角(10°左右)狀態(tài)下系統(tǒng)調(diào)整的可靠性。

1)13℃時(shí)，大角度調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示。

2)13℃時(shí)，小角度調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖8所示。由圖7、圖8可知，采用基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制調(diào)平時(shí)，在農(nóng)平地過程中調(diào)平過程的前期，調(diào)平速度快，當(dāng)角度越接近目標(biāo)角度時(shí)，速度明顯減慢;若達(dá)到調(diào)平要求的預(yù)設(shè)精度值0．03°時(shí)，調(diào)平停止;而且在調(diào)平過程中很少出現(xiàn)超調(diào)和振蕩，當(dāng)傾斜角度較小時(shí)，調(diào)平完成的時(shí)間相對(duì)較短。

3)25℃，大角度調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖9所示。

4)25℃，小角度調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖10所示。由圖9和10可知，當(dāng)溫度變化時(shí)，平臺(tái)大傾斜角度和小傾斜角度的調(diào)平規(guī)律與圖7和8相似。這說明經(jīng)過加入基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方法后此系統(tǒng)受溫度影響不大。

4結(jié)論

第4篇

在溫度控制過程中，單一的定值開關(guān)控制方式會(huì)產(chǎn)生較大的溫度遲滯現(xiàn)象，對(duì)于加熱箱等干燥設(shè)備的干燥效果差、干燥品質(zhì)低;但是在普通的干燥設(shè)備中，單純采用PID控制方式會(huì)使控制系統(tǒng)變得復(fù)雜，對(duì)于硬件的要求程度高，在持續(xù)高溫環(huán)境下精度也隨之降低，故障率高。為了解決這一問題，本文設(shè)計(jì)一種單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用兩種功率大小不同的加熱方式。加熱元件使用紅外加熱管，功率大的加熱管起主要的加熱作用，正常工作時(shí)處于啟動(dòng)狀態(tài)。功率較小的加熱管起輔助加熱作用，在測量溫度高于目標(biāo)溫度時(shí)立即停止加熱，當(dāng)溫度低于目標(biāo)溫度時(shí)開啟加熱;但當(dāng)溫度高于目標(biāo)溫度上限一定值時(shí)，主加熱管也停止工作，同時(shí)引風(fēng)機(jī)開啟，輔助降溫。對(duì)于一般的電加熱干燥設(shè)備而言，此方案能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，并且溫度延遲效果低，節(jié)能效果顯著。

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2．1系統(tǒng)主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該溫度控制系統(tǒng)由主控制系統(tǒng)、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、溫度動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)、報(bào)警模塊和按鍵控制系統(tǒng)組成。

2．2單片機(jī)主控系統(tǒng)

作為溫度控制系統(tǒng)的核心部分，單片機(jī)承載著對(duì)溫度信息的處理、按鍵的掃描識(shí)別、溫度動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、輸出顯示溫度和報(bào)警的任務(wù)。本文采用的AT89C52單片機(jī)是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)。其內(nèi)部有8k字節(jié)可重擦寫Flash閃存，成本低廉，兼容MCS－51系列的所有指令，程序語言豐富;與AT89C51相比，存儲(chǔ)空間更大，中斷源更多，方便后期其他模塊的添加;技術(shù)成熟，因此在自動(dòng)控制等領(lǐng)域被廣泛采用。AT89C52單片機(jī)主控制系統(tǒng)與其他模塊連接原理圖如圖2所示。P1．0～P1．4口為鍵盤輸入端口，通過對(duì)應(yīng)按鍵對(duì)目標(biāo)溫度的上下限進(jìn)行設(shè)定。數(shù)字溫度傳感器總線與單片機(jī)的P1．7口相接，經(jīng)過單片機(jī)處理之后，測得的溫度輸出至P0口，通過LCD1602顯示出來。溫度動(dòng)態(tài)控制信號(hào)通過單片機(jī)P2．4～P2．6口傳輸。加熱管和散熱風(fēng)扇采用的是220V的交流電，溫度控制口接相應(yīng)控制電路的繼電器，通過繼電器控制加熱、散熱部分的工作。

2．3溫度采集模塊

DS18B20是由美國DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，它通過單總線協(xié)議依靠一個(gè)單線端口進(jìn)行通訊。其僅占用一個(gè)單片機(jī)的I/O口，無需其他任何外部件，把環(huán)境溫度直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，以數(shù)字碼方式串行輸出，從而簡化了傳感器和微處理器之間的接口。該傳感器可以單個(gè)于單片機(jī)連接實(shí)現(xiàn)溫度采集功能，在需要采集多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)時(shí)，只需將多片DS18B20同時(shí)掛在一條總線上，由軟件對(duì)每個(gè)溫度傳感器的ROM編碼進(jìn)行識(shí)別即可，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、供電方式多樣、方便擴(kuò)展和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

2．4溫度動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)

溫度動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)主要由加熱管、引風(fēng)機(jī)、繼電器等構(gòu)成。單片機(jī)的P2．4口接主加熱管的控制繼電器，通過輸出高低電平來實(shí)現(xiàn)主加熱管的啟動(dòng)和停止;單片機(jī)的P2．5口與控制調(diào)溫加熱管的繼電器相連;降溫風(fēng)機(jī)控制繼電器控制端和高溫報(bào)警電路，與單片機(jī)的P2．6口相連。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3．1主程序流程圖

系統(tǒng)開機(jī)啟動(dòng)后，通過溫度控制按鍵設(shè)定干燥溫度范圍;由傳感器DS18B20采集實(shí)時(shí)溫度，通過控制系統(tǒng)的對(duì)比給出控制信號(hào)，同時(shí)定時(shí)對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，以隨時(shí)調(diào)整目標(biāo)溫度范圍。

3．2溫度數(shù)據(jù)讀寫子程序設(shè)計(jì)

由于DS18B20單總線通訊方式的特殊性，傳感器讀寫溫度數(shù)據(jù)具有嚴(yán)格的時(shí)序要求。工作時(shí)序包括初始化、讀時(shí)序和寫時(shí)序。單片機(jī)的命令和溫度數(shù)據(jù)的傳輸都從執(zhí)行單片機(jī)寫時(shí)序的指令時(shí)開始，對(duì)于單片機(jī)需要DS18B20送回?cái)?shù)據(jù)，要在寫時(shí)序命令執(zhí)行之后再啟動(dòng)寫時(shí)序指令才能完成對(duì)數(shù)據(jù)的接收。總線通訊方式使得硬件電路的連接變得簡單，但也使得程序部分變得復(fù)雜。本文采用的是一個(gè)傳感器，因此在串口通訊時(shí)不需要識(shí)別傳感器的序列號(hào)，程序中寫入跳過讀ROM序列號(hào)步驟。

3．3按鍵掃描子程序

由于不同的加熱干燥對(duì)象對(duì)溫度的要求不同，加熱的溫度控制部分要能夠方便、快捷地設(shè)置溫度上、下限。在干燥物的不同階段，干燥的溫度有所不同，在干燥過程中溫度的范圍需要做出調(diào)整。這就要求溫度的上、下限設(shè)置在干燥的過程中也能夠執(zhí)行。因此，單片機(jī)在執(zhí)行溫度采集、顯示和控制的同時(shí)，也要時(shí)刻監(jiān)視按鍵是否被按下，對(duì)溫度設(shè)定進(jìn)行調(diào)整。針對(duì)這一問題，在程序中加入一個(gè)按鍵掃描子程序，定期執(zhí)行按鍵的掃描功能，同時(shí)也要有中斷子程序保持設(shè)定完溫度之后單片機(jī)可以繼續(xù)剛才未完成的工作。因此，按鍵掃描程序設(shè)計(jì)的思路是:在開機(jī)啟動(dòng)階段，通過按鍵對(duì)控制溫度范圍進(jìn)行初設(shè)定;在工作過程中，單片機(jī)定期對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，判斷是否有按鍵被按下，如果有按鍵被按下，則加入一個(gè)外部中斷，單片機(jī)轉(zhuǎn)而執(zhí)行干燥溫度范圍調(diào)整指令;待任務(wù)完成之后，繼續(xù)返回執(zhí)行溫度控制命令。

4proteus仿真結(jié)果

溫度控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)部分在proteus軟件上完成，當(dāng)C語言程序在keil軟件上編譯調(diào)試成功之后，導(dǎo)入單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)總調(diào)試。溫度采集模塊:DS18B20的溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能夠有效地顯示出來;鍵盤控制模塊，相應(yīng)按鍵按下之后，程序立即響應(yīng)指定的動(dòng)作指令;溫度控制模塊:采集的溫度低于設(shè)定低溫下限時(shí)加熱管工作，高于溫度上限時(shí)停止加熱并且風(fēng)扇開啟降溫;報(bào)警模塊同樣工作正常。調(diào)試后的溫度顯示結(jié)果如圖4所示。LT、HT分別表示設(shè)定的溫度下限與上限，1602的第2行顯示實(shí)時(shí)溫度。

5結(jié)論

1)功率不同的加熱管承擔(dān)不同的功能，大功率紅外加熱管起主要加熱功能，小功率加熱管控溫，使得溫度滯后幅度變小，減少能源浪費(fèi)，節(jié)電效果顯著。

第5篇

BY－150型種子包衣機(jī)是一種智能化的種子精細(xì)加工包衣處理設(shè)備，主要由種子定量供給組件、定量加液組件、定量加粉組件及電氣控制系統(tǒng)等部分組成。精確控制供種量、進(jìn)液量和進(jìn)粉量三者的比例是包衣流程的關(guān)鍵。設(shè)備開啟時(shí)對(duì)種子進(jìn)行質(zhì)量設(shè)定，然后打開進(jìn)料門，將種子加入稱重桶內(nèi);在稱重操作完成后，打開下料門，種子進(jìn)入混合桶中;加液管依次打開液閥、氣閥，將藥液定量注入到混合桶內(nèi)，同時(shí)包衣藥粉在推進(jìn)螺桿機(jī)構(gòu)的控制下進(jìn)行定量加粉;經(jīng)過一定時(shí)間的攪拌混合后，打開出料門，將處理后的種子送出，完成整個(gè)包衣流程。在整個(gè)包衣流程中，通過稱重桶內(nèi)的高精度稱重傳感器對(duì)供種量進(jìn)行檢測;通過加液管內(nèi)的液位傳感器對(duì)進(jìn)液量進(jìn)行檢測。各傳感器在測點(diǎn)處輸出的信號(hào)量可作為包衣流程中各動(dòng)作開啟和完成的標(biāo)志，保證包衣流程的有序進(jìn)行。通過定時(shí)器控制勻速旋轉(zhuǎn)的加粉電機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)藥粉投放的定量控制。

2檢測控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2．1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

綜合包衣機(jī)的工作流程，整個(gè)檢測控制系統(tǒng)主要由包衣機(jī)控制主板、多傳感器信號(hào)檢測板、執(zhí)行器控制板和液晶觸摸屏構(gòu)成

。多傳感器信號(hào)檢測板實(shí)現(xiàn)對(duì)稱重傳感器和液位傳感器信號(hào)的采集;執(zhí)行器控制板可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)設(shè)備啟停的開關(guān)量控制;用戶通過液晶觸摸屏進(jìn)行包衣參數(shù)設(shè)置、包衣過程啟停、包衣狀態(tài)顯示等操作。包衣機(jī)控制主板采用RS－485方式與多傳感器信號(hào)檢測板和執(zhí)行器控制板進(jìn)行通訊，采用RS－232方式與液晶觸摸屏進(jìn)行通訊。

2．2包衣機(jī)控制主板

包衣機(jī)控制主板選用RealARM6410開發(fā)板。該開發(fā)板以ARM11內(nèi)核的S3C6410芯片作為控制核心，包含電源模塊、晶振模塊、復(fù)位電路、485通信模塊和232通信模塊等外部設(shè)備，可以裝載和運(yùn)行LINUX操作系統(tǒng)，具有處理運(yùn)算能力強(qiáng)、耗電低、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。將RealARM6410開發(fā)板作為包衣機(jī)的控制主板，可以很好地保證系統(tǒng)在包衣過程中的可靠性和穩(wěn)定性。

2．3多傳感器信號(hào)檢測板

多傳感器信號(hào)檢測板選用意法半導(dǎo)體公司出產(chǎn)的32位高性能STM32F103C6T6作為微控制器。該微控制器的核心是ARMCortex－M3處理器，最高CPU時(shí)鐘為72MHz，具有良好的精密性、可靠性和運(yùn)算速度。本設(shè)計(jì)中針對(duì)供種量和進(jìn)液量兩種參數(shù)信息，分為兩個(gè)檢測模塊進(jìn)行硬件開發(fā)。

2．3．1供種量檢測模塊

供種量檢測模塊包含2路稱重傳感器信號(hào)放大電路用以檢測稱重桶中種子的質(zhì)量，原理如圖3所示。本設(shè)計(jì)中采用上海大和衡器有限公司出產(chǎn)的UH－53型稱重傳感器，該傳感器具有準(zhǔn)確度高、抗偏載能力強(qiáng)和長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。為了增加檢測模塊的抗干擾性，保證種子質(zhì)量的檢測精度，采用AnalogDe-vices公司具有低噪聲、低失調(diào)電壓和高共模抑制比特點(diǎn)的AD8608型CMOS精密運(yùn)算放大器構(gòu)成兩級(jí)差分放大電路。放大電路第一級(jí)由兩個(gè)同相輸入運(yùn)算放大器電路并聯(lián)，第二級(jí)串聯(lián)一個(gè)差分輸入的運(yùn)算放大器。這樣的連接方式可以很好地抑制輸入電壓中的共模成分。參照稱重傳感器的額定輸出，可以取放大倍數(shù)為500倍。為了減少第二級(jí)運(yùn)放共模誤差造成的影響，第一級(jí)運(yùn)放的增益要盡可能高。因此，將第一級(jí)放大倍數(shù)設(shè)定為500。經(jīng)過取值和計(jì)算。放大電路的輸出端經(jīng)過一個(gè)分壓電路后，接入STM32芯片上帶有A/D轉(zhuǎn)換通道的I/O接口。

2．3．2進(jìn)液量檢測模塊

進(jìn)液量檢測模塊包含上液位和下液位傳感器檢測電路。Uup為上液位傳感器信號(hào)，Udown為下液位傳感器信號(hào)。Control1為控制主板發(fā)送的補(bǔ)液信號(hào)，Control2為控制主板發(fā)送的加液信號(hào)。動(dòng)作執(zhí)行之前Control1、Control2都為低電平，以加液動(dòng)作為例，當(dāng)液面高于上液位傳感器時(shí)，Uup、Udown都為低電平。Uup通過光耦開關(guān)電路，在PA3處輸出高電平到STM32芯片的I/O接口上;Udown通過光耦開關(guān)電路，在PA4處輸出低電平到到STM32芯片的I/O接口上。此時(shí)Control2發(fā)送一個(gè)高電平信號(hào)，使RS鎖存器2輸出高電平，經(jīng)過繼電器驅(qū)動(dòng)電路后使加液電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn);然后使Control2變回低電平，在液面介于上下液位傳感器之間時(shí)，Uup為高電平、Udown為低電平，PA4處仍為低電平，使RS鎖存器2的輸出保持之前的高電平狀，加液電機(jī)保持運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)液面低于下液位傳感器時(shí)，Uup、Udown都為高電平，PA4變?yōu)楦唠娖剑筊S鎖存器2輸出低電平，加液電機(jī)停止;在此過程中補(bǔ)液電機(jī)一直保持停止?fàn)顟B(tài)，直到單片機(jī)通過Control1發(fā)送補(bǔ)液信號(hào)時(shí)再進(jìn)入補(bǔ)液動(dòng)作。通過采用主板信號(hào)控制動(dòng)作啟動(dòng)、傳感器檢測電路直接控制動(dòng)作結(jié)束的方式，可以有效避免藥液的過量添加，保證了進(jìn)液控制的穩(wěn)定性。

2．4液晶觸摸屏

液晶觸摸屏采用廣州微嵌計(jì)算機(jī)科技有限公司的WQT系列產(chǎn)品，它由400MHz的ARM9高速CPU、數(shù)字LED背光顯示和高精度電阻式觸摸屏等部分構(gòu)成，有良好的兼容性和友好的人機(jī)操作界面。該液晶屏具備數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)控和觸摸控制等基本功能，并且采用雙口獨(dú)立通訊，可通過自定義的通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)與主板之間的信息傳輸。

2．5執(zhí)行器控制板

執(zhí)行器控制板采用與傳感器信號(hào)采集板相同的STM32F103C6T6微控制器，通過設(shè)計(jì)繼電器驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)加粉、門控等電機(jī)啟停的開關(guān)量控制。開關(guān)量控制信號(hào)經(jīng)由一階RC低通濾波器和線性光電耦合器組成的電路后，可有效地濾除信號(hào)中的干擾成分。控制信號(hào)通過三極管進(jìn)行放大，可驅(qū)動(dòng)繼電器的開合。

3檢測控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

包衣機(jī)在開啟電源并初始化完成后，通過液晶觸摸屏設(shè)置包衣流程的總批次、種子質(zhì)量以及種藥混合時(shí)間等包衣參數(shù)。在包衣機(jī)控制主板系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行軟件開發(fā)，每隔一定時(shí)間在485總線上采用輪詢的方式與多傳感器信號(hào)檢測板和執(zhí)行器控制板進(jìn)行通信;系統(tǒng)參照用戶設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)以及稱重和液位傳感器實(shí)際檢測到的參數(shù)信息，發(fā)送電機(jī)控制命令，進(jìn)行各批次的種子包衣處理動(dòng)作;每個(gè)動(dòng)作之間通過適當(dāng)?shù)难訒r(shí)銜接，可實(shí)現(xiàn)包衣機(jī)各工作部件的有機(jī)組合和包衣流程的有序進(jìn)行。

4結(jié)論

第6篇

OPC作為微軟公司的對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域，為工業(yè)自動(dòng)化軟件面向?qū)ο蟮拈_發(fā)提供一項(xiàng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，解決了應(yīng)用軟件與各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間的通信問題。它把硬件廠商和應(yīng)用軟件開發(fā)商分離開來，為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用建立了橋梁，大大提高了雙方的工作效率。應(yīng)用程序與OPC服務(wù)器之間必須有OPC接口，OPC規(guī)范提供了兩套標(biāo)準(zhǔn)接口:Custom標(biāo)準(zhǔn)接口和OLE自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)接口，通常在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用OLE自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)接口。OLE自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)接口定義了以下3層接口，依次呈包含關(guān)系。OPCServer(服務(wù)器):OPC啟動(dòng)服務(wù)器，獲得其他對(duì)象和服務(wù)的起始類，并用于返回OPCGroup類對(duì)象。OPCGroup(組):存儲(chǔ)由若干OPCItem組成的Group信息，并返回OPCItem類對(duì)象。OPCItem(數(shù)據(jù)項(xiàng)):存儲(chǔ)具體Item的定義、數(shù)據(jù)值、狀態(tài)值等信息。3層接口的層次關(guān)系如圖2所示。

2菇棚溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2．1菇棚的溫度控制原理

寧夏南部山區(qū)杏鮑菇生產(chǎn)基地采用大棚式培養(yǎng)方式，作為對(duì)杏鮑菇生長起最重要影響的因素，溫度顯得尤為重要［8］。菇棚溫度采用自動(dòng)記錄儀對(duì)溫度進(jìn)行檢測，利用空調(diào)對(duì)菇棚溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于溫度控制系統(tǒng)具有大時(shí)變、非線性、滯后性等特點(diǎn)，采用模糊控制非常合適［9－10］。本文對(duì)菇棚的溫度進(jìn)行了控制設(shè)計(jì)，最終采用模糊PID控制方案，達(dá)到對(duì)溫度的實(shí)時(shí)控制，從而將出菇階段的溫度控制在14～17℃的范圍之內(nèi)。菇棚溫度控制系統(tǒng)的原理如圖3所示。圖3中，虛線框內(nèi)的部分在工業(yè)控制環(huán)境中大多由PLC等控制設(shè)備完成，而這些設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)模糊PID的控制功能。因此，將虛線框部分在Simulink中實(shí)現(xiàn)，把在Simulink中創(chuàng)建的模糊PID控制器直接應(yīng)用到現(xiàn)場設(shè)備中。菇棚實(shí)時(shí)溫度控制系統(tǒng)原理圖如圖4所示。圖4中，該系統(tǒng)以PCACCESS軟件作為OPC服務(wù)器，用MATLAB/OPC工具箱中的OPCWrite模塊和OPCRead模塊與Simulink進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。傳感變送裝置檢測溫度后將電信號(hào)傳送給S7－200PLC的模擬量輸入模塊EM231，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后得出溫度值;PCACCESS軟件從PLC中讀取溫度值，通過OPCRead模塊傳送給Simulink;在Simulink中與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較后，進(jìn)行模糊PID計(jì)算，將結(jié)果通過OPCWrite模塊傳送給PCACCESS軟件，經(jīng)PCACCESS軟件寫入到PLC中，計(jì)算分析得出數(shù)字量，輸出到模擬量輸出模塊EM232，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送給溫控裝置(空調(diào))，實(shí)現(xiàn)對(duì)菇棚溫度的模糊PID控制。

2．2模糊PID控制系統(tǒng)

2．2．1模糊PID控制器的設(shè)計(jì)菇棚的溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，而常規(guī)的PID控制則需建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，對(duì)被控過程的適應(yīng)性差，算法得不到滿意的控制效果。單純使用模糊控制時(shí)，控制精度不高、自適應(yīng)能力有限，可能存在穩(wěn)態(tài)誤差，引起振蕩［11－12］。因此，本文針對(duì)PID控制和模糊控制的各自特點(diǎn)，將兩者結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了模糊PID控制器，可以利用模糊控制規(guī)則對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行在線修改，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)菇棚溫度的實(shí)時(shí)控制，將出菇階段的溫度控制在14～17℃的范圍之內(nèi)。基于上述分析，將菇棚溫度作為研究對(duì)象，E、EC作為模糊控制器的輸入，其中E為設(shè)定溫度值與實(shí)際溫度值的差值。PID控制器的3個(gè)參數(shù)KP、KI、KD作為輸出。設(shè)輸入變量E、EC和輸出變量的KP、KI、KD語言值的模糊子集均為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}={負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，誤差E和誤差變化率EC的論域?yàn)閧－30，－20，－10，0，10，20，30}，KP的論域?yàn)閧－0．3，－0．2，－0．1，0，0．1，0．2，0．3}，KI的論域?yàn)閧－0．06，－0．04，－0．02，0，0．02，0．04，0．06}，KD的論域?yàn)閧－3，－2，－1，0，1，2，3}。為了論域的覆蓋率和調(diào)整方便，均采用三角形隸屬函數(shù)。根據(jù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的分析和工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，得出KP、KI、KD的模糊控制規(guī)則表，如表1所示。利用Simulink工具箱，建立系統(tǒng)的模糊PID控制器的模型，如圖5所示。2．2．2系統(tǒng)的仿真菇棚溫度的傳遞函數(shù)采用G(s)=e－τsαs+k。其中，α為慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)，α=10．3s/℃;k=0．023;τ=10s，為純滯后時(shí)間。設(shè)定菇棚溫度值為15℃，常規(guī)PID控制器的仿真結(jié)果如圖6所示，模糊PID控制器的仿真結(jié)果如圖7所示。結(jié)果表明，菇棚溫度控制系統(tǒng)采用模糊PID控制器具有超調(diào)小、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能較好地滿足系統(tǒng)的要求。

3Simulink與S7－200PLC數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)

PCACCESS軟件是專用于S7－200PLC的OPC服務(wù)器軟件，它向作為客戶機(jī)的MATLAB/OPC客戶端提供數(shù)據(jù)信息。在菇棚溫度控制系統(tǒng)中，模糊PID控制器的輸出值和反饋值就是Simulink與S7－200PLC進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的具體步驟如下:1)打開軟件PCACCESSV1．0SP4，在“MicroWin(USB)”下，單擊右鍵設(shè)置“PC/PG”接口，本文選用“PC/PPI(cable)”。然后，右鍵單擊“MicroWin(USB)”進(jìn)入“新PLC”，添加監(jiān)控S7－200PLC，本文默認(rèn)名稱為“NewPLC”。右鍵單擊所添加的新PLC的名稱，進(jìn)入“NewItem”添加變量，本文為輸出值“wendu1”和反饋值“wendu2”，設(shè)置完成，如圖8所示。PCACCESS軟件自帶OPC客戶測試端，客戶可以將創(chuàng)建的條目拖入測設(shè)中心進(jìn)行測試，觀察通信質(zhì)量，如圖9所示。測試后的通信質(zhì)量為“好”。2)打開MATLAB，在工作空間輸入命令“opctool”后，將彈出OPCTool工具箱的窗口，在該窗口的MAT-LABOPCClients對(duì)話框下單擊右鍵，進(jìn)入“AddClient”添加客戶端，用戶名默認(rèn)“l(fā)ocalhost”，ServerID選擇“S7200．OPCServer”;與PCACCESS軟件連接成功后，在“S7200．OPCServer”中添加組和項(xiàng)，把在PCACCESS軟件中創(chuàng)建的兩個(gè)變量“wendu1”和“wendu2”添加到項(xiàng)中，操作完成后結(jié)果如圖10所示。3)新建Simulink文件，導(dǎo)入模糊PID控制器模型，調(diào)用OPCWrite模塊、OPCRead模塊和OPCConfigura-tion模塊，設(shè)置OPCWrite模塊和OPCRead模塊的屬性，把OPC工作組中的變量“wendu1”添加到OPCWrite模塊中，把變量“wendu2”添加到OPCRead模塊中，設(shè)置完成后兩個(gè)模塊與控制器相連，如圖11所示。這樣，基于Simulink和S7－200PLC的模糊PID實(shí)時(shí)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就完成了。

4結(jié)論

第7篇

關(guān)鍵詞：傳感器；AD轉(zhuǎn)換；控制器；硬件電路

引言

隨著微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，單片機(jī)控制的智能型控制器廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，為了使學(xué)生對(duì)單片機(jī)控制的智能型控制器有較深的了解。經(jīng)過綜合分析選擇了由單片機(jī)控制的智能型液位控制器作為研究項(xiàng)目，通過訓(xùn)練充分激發(fā)學(xué)生分析問題、解決問題和綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的潛能。另外，液位控制在高層小區(qū)水塔水位控制，污水處理設(shè)備和有毒，腐蝕性液體液位控制中也被廣泛應(yīng)用。通過對(duì)模型的設(shè)計(jì)可很好的延伸到具體應(yīng)用案例中。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比較說明

對(duì)于液位進(jìn)行控制的方式有很多，而應(yīng)用較多的主要有2種，一種是簡單的機(jī)械式控制裝置控制，一種是復(fù)雜的控制器控制方式。兩種方式的實(shí)現(xiàn)如下：

(1)簡單的機(jī)械式控制方式。其常用形式有浮標(biāo)式、電極式等，這種控制形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。存在問題是精度不高，不能進(jìn)行數(shù)值顯示，另外很容易引起誤動(dòng)作，且只能單獨(dú)控制，與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信較難實(shí)現(xiàn)。

(2)復(fù)雜控制器控制方式。這種控制方式是通過安裝在水泵出口管道上的壓力傳感器，把出口壓力變成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電信號(hào)的模擬信號(hào)，經(jīng)過前置放大、多路切換、AD變換成數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算和給定參量的比較，進(jìn)行PID運(yùn)算，得出調(diào)節(jié)參量；經(jīng)由DA變換給調(diào)壓變頻調(diào)速裝置輸入給定端，控制其輸出電壓變化，來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到控制水箱液位的目的。

針對(duì)上述2種控制方式，以及設(shè)計(jì)需達(dá)到的性能要求，這里選擇第二種控制方式，同時(shí)考慮到成本需要把PID控制去掉。最終形成的方案是，利用單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)供水箱水位進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控對(duì)象的特征，要求實(shí)時(shí)檢測水箱的液位高度，并與開始預(yù)設(shè)定值做比較，由單片機(jī)控制固態(tài)繼電器的開斷進(jìn)行液位的調(diào)整，最終達(dá)到液位的預(yù)設(shè)定值。檢測值若高于上限設(shè)定值時(shí)，要求報(bào)警，斷開繼電器，控制水泵停止上水；檢測值若低于下限設(shè)定值，要求報(bào)警，開啟繼電器，控制水泵開始上水。現(xiàn)場實(shí)時(shí)顯示測量值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位的監(jiān)控。

二、工作原理

基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的液位控制器是以AT89C51芯片為核心，由鍵盤、數(shù)碼顯示、AD轉(zhuǎn)換、傳感器，電源和控制部分等組成。

工作過程如下：水箱(水塔)液位發(fā)生變化時(shí)，引起連接在水箱(水塔)底部的軟管管內(nèi)的空氣氣壓變化，氣壓傳感器在接收到軟管內(nèi)的空氣氣壓信號(hào)后，即把變化量轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)；該信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大電路放大后變成幅度為0～5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送入AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)量，由單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行處理，根據(jù)設(shè)定要求控制輸出，同時(shí)數(shù)碼管顯示液位高度。通過鍵盤設(shè)置液位高、低和限定值以及強(qiáng)制報(bào)警值。該系統(tǒng)控制器特點(diǎn)是直觀地顯示水位高度，可任意控制水位高度。

三、硬件設(shè)計(jì)

液位控制器的硬件主要包括由單片機(jī)、傳感器(帶變送器)、鍵盤電路、數(shù)碼顯示電路、AD轉(zhuǎn)換器和輸出控制電路等。

3.1單片機(jī)

單片機(jī)采用由Atmel公司生產(chǎn)的雙列40腳AT89C51芯片。

3.2傳感器

傳感器使用SY一9411L—D型變送器，它內(nèi)部含有1個(gè)壓力傳感器和相應(yīng)的放大電路。壓力傳感器是美國SM公司生產(chǎn)的555—2型OEM壓阻式壓力傳感器，其有全溫度補(bǔ)償及標(biāo)定(O～70℃)，傳感器經(jīng)過特殊加工處理，用堅(jiān)固的耐高溫塑料外殼封裝。在水箱底部安裝1根直徑為5mm的軟管，一端安裝在水箱底部；另一端與傳感器連接。水箱水位高度發(fā)生變化時(shí)，引起軟管內(nèi)氣壓變化，然后傳感器把氣壓轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸送到AD轉(zhuǎn)換器。

3.3鍵盤電路

P1口作為鍵盤接口，連接一個(gè)4×4鍵盤。

3.4液位顯示電路

液位顯示采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，范圍從0～999(單位可自定)，選擇的數(shù)碼管是7段共陰極連接，型號(hào)是LDSl8820。在這里使用到了74LS373，它是一個(gè)8位的D觸發(fā)器，在單片機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用，可以作地址數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展的鎖存器，也可以作為普通的LED的驅(qū)動(dòng)器件，由于單獨(dú)使用HEF4511B七段譯碼驅(qū)動(dòng)顯示器來完成數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)顯示，因此74LS373在這里只用作擴(kuò)展的緩沖。

3.5AD轉(zhuǎn)換電路及控制輸出

AD轉(zhuǎn)換電路在控制器中起主導(dǎo)作用，用它將傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能處理的數(shù)字量。該控制器采用CMOS工藝制造的逐步逼近式8位AD轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809。在使用時(shí)可選擇中斷、查詢和延時(shí)等待3種方式編制AD轉(zhuǎn)換程序。控制輸出主要有上下限狀態(tài)顯示、超限報(bào)警。另外在設(shè)計(jì)過程中預(yù)留了串行口，供進(jìn)一步開發(fā)使用。

四、軟件設(shè)計(jì)

4.1鍵盤程序

由于鍵盤采用的是4×4結(jié)構(gòu)，因此可使用的鍵有16個(gè)，根據(jù)需要分別定義各鍵，0～9號(hào)為數(shù)字鍵，10～15號(hào)分別是確定鍵、修改鍵、移位鍵、加減鍵、取消鍵和復(fù)位鍵。

值得注意的是，在用匯編語言編寫控制器程序時(shí)，相對(duì)會(huì)比較麻煩，如果用C語言編寫程序會(huì)簡單很多，這里就不再做具體說明。

五、結(jié)束語

基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)液位控制器模型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于硬件電路的正確構(gòu)建，只有在電路準(zhǔn)確的前提下再進(jìn)行軟件編程才能取得成功。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃智偉.傳感器技術(shù).2002，21（9）：31～33

第8篇

1．1傳感器信號(hào)采集

本系統(tǒng)的傳感器采用電位器(見圖2)，它通過連桿機(jī)構(gòu)和軸承與提升臂相連接，與提升臂旋轉(zhuǎn)軸線同軸［4］。當(dāng)耕深改變時(shí)，拖拉機(jī)的下拉桿隨之上下運(yùn)動(dòng)，與下拉桿連接的提升臂也會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角變化;同時(shí)，電位器的轉(zhuǎn)軸也在連桿機(jī)構(gòu)的作用下隨提升臂同步轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)電位器阻值的變化檢測出提升臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而根據(jù)對(duì)應(yīng)的幾何關(guān)系所建立起的數(shù)型間接檢測出此時(shí)的耕深［5］;微機(jī)接收到反饋信號(hào)后，把該信號(hào)和預(yù)設(shè)耕深信號(hào)進(jìn)行分析對(duì)比，然后控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)耕深。

1．2微機(jī)控制

本系統(tǒng)控制模塊采用微芯公司的PIC18F23K20系列單片機(jī)作為微機(jī)控制單元。該單片機(jī)運(yùn)行速度快、功耗較低，并且其內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換器模塊、增強(qiáng)型CCP模塊以及單片機(jī)通信需要的USART模塊等，從而大大減少了外接的專業(yè)電路模塊，簡化了整個(gè)控制電路，能夠?qū)崟r(shí)、高效地實(shí)現(xiàn)該裝置所需的各種功能的控制［6］。本系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片是東芝公司生產(chǎn)的TA8435H，其電路簡單、工作可靠。該芯片是單片正選細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片，具有以下特點(diǎn):1)工作電壓范圍在10～40V;2)輸出電流平均可達(dá)1．5A，峰值可達(dá)2．5A;3)運(yùn)行方式有整步、半步、1/4細(xì)分和1/8細(xì)分多種選擇;4)采用的是脈寬調(diào)試式斬波驅(qū)動(dòng)方式;5)具有正反轉(zhuǎn)控制功能，帶有復(fù)位和時(shí)能引腳;6)可選擇使用單時(shí)鐘輸入或雙時(shí)鐘輸入［7］。微機(jī)和步進(jìn)電機(jī)聯(lián)合控制的程序流程如圖3所示。系統(tǒng)對(duì)PIC18F23K20單片機(jī)的各個(gè)模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，然后通過電位器進(jìn)行耕深檢測。當(dāng)提升臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電位器轉(zhuǎn)軸隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，引起電位器內(nèi)部阻值變化，進(jìn)而引起電壓值的變化，通過線路傳給微機(jī)處理。微機(jī)把反饋信號(hào)和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較、分析，如果實(shí)測值在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)，則繼續(xù)檢測;如果實(shí)測值不在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)，且比標(biāo)準(zhǔn)值小，則微機(jī)發(fā)送控制信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)整實(shí)測值大小，直到實(shí)測值在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi);同理，若實(shí)測值比預(yù)設(shè)值大，則控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。

1．3執(zhí)行機(jī)構(gòu)

本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(見圖4)是在原液壓懸掛系統(tǒng)的基礎(chǔ)上經(jīng)過加裝步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)聯(lián)合控制。步進(jìn)電機(jī)通過鉸鏈安裝在拖拉機(jī)上，可以隨著分配器操縱桿轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)桿上安裝1根絲桿，當(dāng)微機(jī)控制信號(hào)控制電機(jī)動(dòng)作時(shí)，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可以推動(dòng)操作手桿移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分配器油液的流量和流向的改變，進(jìn)而調(diào)節(jié)農(nóng)具耕深。聯(lián)合控制如圖5所示。當(dāng)需要手動(dòng)控制耕深時(shí)，斷開步進(jìn)電機(jī)與操縱桿鏈接即可。

2試驗(yàn)與分析

為了檢測該系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，在西南大學(xué)農(nóng)機(jī)試驗(yàn)田里進(jìn)行了田間試驗(yàn)。試驗(yàn)工具采用西南大學(xué)農(nóng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室的福田雷沃M1200－D型拖拉機(jī)，配套的農(nóng)具為西南大學(xué)農(nóng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室的東方紅1LH－535鏵式犁。根據(jù)農(nóng)藝要求，試驗(yàn)前預(yù)設(shè)耕深范圍為0～20cm，安裝好本裝置的拖拉機(jī)在實(shí)驗(yàn)田進(jìn)行直線行駛作業(yè)后，通過多點(diǎn)實(shí)測耕深，得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)在使用中基本可以反映田間實(shí)測耕深，且在預(yù)設(shè)耕深允許的范圍內(nèi)。

3結(jié)論

第9篇

該系統(tǒng)每條生產(chǎn)線由立式上料機(jī)、高速除磷機(jī)、多道被動(dòng)軋機(jī)、主動(dòng)軋機(jī)、輥縫調(diào)整、在線質(zhì)量檢測、中頻退火、廢鋼剪切裝置、夾送裝置、吐絲機(jī)、輸送輥道、集卷站組成。三條生產(chǎn)線配合地輥運(yùn)輸機(jī)、上料機(jī)液壓站、軋機(jī)稀油站、集卷站液壓站、卸卷站液壓站以及打包機(jī)組成系統(tǒng)。熱軋光圓盤條通過立式上料機(jī)進(jìn)入高速除磷機(jī)去除表面氧化皮，然后進(jìn)入被動(dòng)軋機(jī)，由主動(dòng)軋機(jī)帶動(dòng)將鋼筋壓扁，主動(dòng)軋機(jī)將鋼筋軋出花紋，通過輥縫調(diào)整調(diào)節(jié)壓軋量。軋出花紋的鋼筋進(jìn)中頻退火裝置對(duì)鋼筋加熱退火，通過廢鋼剪切裝置將不合格的廢鋼碎斷處理，成品鋼筋經(jīng)夾送裝置送入吐絲機(jī)。吐出的盤圓鋼筋經(jīng)輸送輥道冷卻后送入集卷站收集，成卷后的鋼筋經(jīng)地輥運(yùn)輸機(jī)送至打包機(jī)打包，最后經(jīng)卸卷站送出系統(tǒng)運(yùn)至倉庫。

2控制系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)組網(wǎng)

考慮到生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及中頻退火干擾等因素，我們選擇了市場上技術(shù)比較成熟應(yīng)用較廣的西門子系統(tǒng)。生產(chǎn)線CPU采用S7-317-2PN，地輥運(yùn)輸機(jī)和各個(gè)液壓站采用S7-315-2PN，稀油站采用S7-312C+以太網(wǎng)模塊，這樣所有的設(shè)備均能通過以太網(wǎng)連接至中控室交換機(jī)，通過中控室工程師站調(diào)試設(shè)備更改程序，通過操作員站遠(yuǎn)程操作設(shè)備，查詢各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)、故障內(nèi)容等信息。在線測徑儀采用天津兆瑞公司的最新產(chǎn)品，通過以太網(wǎng)通信，能夠?qū)崟r(shí)顯示鋼筋的基圓尺寸、縱肋高度等信息，為在線質(zhì)量檢測提供了可靠保證，也為在線質(zhì)量自動(dòng)調(diào)整提供了前提。所有設(shè)備通過工業(yè)以太網(wǎng)連接至主操作室交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)交換。

2.2生產(chǎn)線主站與遠(yuǎn)程IO組態(tài)

生產(chǎn)線CPU采用S7-317-2PN，按照距離遠(yuǎn)近將設(shè)備分成7個(gè)從站，采用ET200S和ET200M的遠(yuǎn)程IO，所有站通過工業(yè)以太網(wǎng)與主站CPU連接，7個(gè)從站分別是上料機(jī)站、軋機(jī)站、飛剪吐絲輥道站、集卷站、中頻1站、中頻2站和中頻3站。在需要操作和監(jiān)控的地方設(shè)置了觸摸屏，采用西門子的MP277觸摸屏，通過以太網(wǎng)與主站PLC通信。

2.3主站PLC與變頻器DP通信

現(xiàn)場變頻器均采用偉肯NXP系列，通過調(diào)取偉肯提供的GSD文件，對(duì)各個(gè)變頻器組態(tài)。根據(jù)工藝及機(jī)械要求，包括上料機(jī)的送料小車、旋轉(zhuǎn)小車和升降臺(tái)共3臺(tái)變頻器；軋機(jī)部分1臺(tái)變頻器；廢鋼剪切裝置1臺(tái)變頻器；夾送裝置1臺(tái)變頻器；吐絲機(jī)1臺(tái)變頻器；輸送輥道8臺(tái)變頻器；集卷站的升降臺(tái)、托盤、小車3臺(tái)變頻器。共計(jì)18臺(tái)變頻器，通過DP總線實(shí)時(shí)傳遞啟停信號(hào)和速度指令。

2.4控制要點(diǎn)

2.4.1生產(chǎn)線自動(dòng)化控制

生產(chǎn)線的自動(dòng)化主要體現(xiàn)在全自動(dòng)上料機(jī)、全自動(dòng)集卷站、全自動(dòng)地輥運(yùn)輸線上。全自動(dòng)上料機(jī)從上料到送料再到換料，基本實(shí)現(xiàn)一鍵式操作，每次只需在原料接頭后按按鈕確認(rèn)即可，整機(jī)包括二十余個(gè)接近開關(guān)和五個(gè)光電開關(guān)，為自動(dòng)化提供條件。全自動(dòng)集卷站與全自動(dòng)地輥運(yùn)輸線互相配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)落料，自動(dòng)剪切，自動(dòng)換料架，整機(jī)也有十余個(gè)接近開關(guān)和數(shù)個(gè)光電開關(guān)。全自動(dòng)地輥運(yùn)輸線由百余節(jié)軌道組成，料架在運(yùn)輸線上自動(dòng)運(yùn)行，完成卸料。

2.4.2生產(chǎn)線速度匹配

由于整條生產(chǎn)線從上料到集卷為一整條長絲，因此對(duì)生產(chǎn)線的速度匹配提出了較高要求，特別是軋機(jī)與夾送電機(jī)之間，夾送電機(jī)太快容易將鋼筋拉細(xì)，太慢又容易堆鋼，在電機(jī)的控制模式上選擇了速度控制與轉(zhuǎn)矩控制相結(jié)合的方式，滿足了控制要求。吐絲機(jī)的速度決定了產(chǎn)品的圈形大小，而且速度的快慢與圈形的大小并不是線性的關(guān)系。最終，通過生產(chǎn)實(shí)踐，吐絲機(jī)的速度采用自動(dòng)調(diào)整加手動(dòng)微調(diào)的方式進(jìn)行控制，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量要求。

2.4.3軋機(jī)閉環(huán)控制與中頻退火

無論是生產(chǎn)線速度匹配還是中頻退火都要求軋機(jī)速度穩(wěn)定，對(duì)軋機(jī)變頻器采取帶編碼器的閉環(huán)矢量控制方式，基本滿足要求。中頻退火作為整條生產(chǎn)線的工藝核心，基本滿足了輸出穩(wěn)定、響應(yīng)迅速、高效節(jié)能的要求，為生產(chǎn)高性能產(chǎn)品提供了依據(jù)。而軋機(jī)與中頻的工藝配方也為全線的自動(dòng)化與高速生產(chǎn)提供了保證。該工藝配方是合力公司幾年來生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)晶，具有很高的實(shí)用性和適應(yīng)性，能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量。

2.4.4飛剪碎斷

生產(chǎn)線啟動(dòng)時(shí)中頻退火的啟動(dòng)過程中產(chǎn)生質(zhì)量不能達(dá)標(biāo)的廢鋼，為滿足生產(chǎn)質(zhì)量要求，需要將之從成品中去除，于是便有了飛剪碎斷裝置。該裝置是在原來的定尺剪切的基礎(chǔ)上改裝得來，用變頻器替換了伺服控制器，這就對(duì)變頻器的啟動(dòng)加速和制動(dòng)減速性能提出了很高要求。如果加速時(shí)間過長，在切到半圈內(nèi)不能達(dá)到生產(chǎn)線速度，就會(huì)產(chǎn)生堆鋼。如果中頻退火達(dá)到規(guī)定溫度，在停切時(shí)不能及時(shí)停車，就會(huì)造成飛車，影響生產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)行。最終采用凸輪控制模式，滿足了生產(chǎn)工藝要求，既不會(huì)使變頻器加速報(bào)警，又保證了及時(shí)制動(dòng)。

3結(jié)語