1，自动控制技术与工业自动化

什么是自控？可以自动控制被控对象的工作状态

自控系统的构成？控制装置和控制对象

时间连续，如反馈控制、最优控制；时间离散，如顺序控制

2，计算机促进工业自动化发展

3，自动控制综合应用技术

2·嵌入式控制器应用技术

1，概述

嵌入式控制器是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各行业的具体应用相结合，以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可剪裁、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗的要求。

特点：面向特定应用、多技术结合、硬件和软件高效高性能、生命周期长、软件固化于存储器或控制器中。

分类：实时系统、分时系统；硬件可分EMPU、EMCU、EDSP、ESOC

趋势：标准问题

2，技术分析

微控制器技术基本概念：在一块芯片集成CPU、RAM、ROM、定时器、计数器和各种I/O接口，包含模—数、数—模转换器、直接存储器传输DMA通道、浮点预算等特殊功能部件。

工作原理和结构：哈佛结构——程序存储器和数据存储器分开设置。

以MCS-80C51结构为例：

8个组成部分：8位（Bit）CPU、4KB的ROM、128B的RAM（寻址范围00H~7FH）、21个特殊功能寄存器SFR、2个16位定时器/计数器（T0、T1）、1个全双工串行通信接口、4个8位输入/输出接口（P0~P3）、5个中断源【两个外部中断源、两个定时中断源、一个串行通信发送/接受中断源】

微控制器分类：

适用范围：通用型、专用型

ROM：MaskROM状态、内含EPROM、无ROM、OTP、FlashROM

典型产品：Intel MSC51、MSC91；PHILIPS 80C51、83C552；ATMEL CMOS型51系列；Microchip的PIC16C5x系列微控制器；Zilog的Z8系列；Motorala公司

3，PLV51RD2微控制器软硬件分析

PLV51RD2是一款80C51微控制器，包含KB闪存和1024KBRAM，典型特性是X2方式选项，可通过该特性选择应用程序，以传统80C51时钟频率（12）或X2（6）方式运行。Flash程序存储器支持并行和串行在系统编程（ISP）。PLV51RD2也可采用在应用中编程（（IAP），允许随时对Flash重新配置，即使应用程序在运行也不例外。

【特性】：

80C51核心处理单元；  

3V的工作电压，操作频率为0～33MHz； 

kB的片内Flash程序存储器，具有ISP（在系统编程）和IAP（在应用中编程）功能；

通过软件或ISP选择支持12时钟（默认）或6时钟模式；

SPI（串行外围接口）和增强型UART；

PCA（可编程计数器阵列），具有PWM和捕获/比较功能；

4个8位I/O口，含有3个高电流P1口（每个I/O口的电流为16mA）；

3个16位定时器/计数器；

可编程看门狗定时器（WDT）；

8个中断源，4个中断优先级；

2个DPTR寄存器；

低EMI方式（ALE禁能）；

兼容TTL和CMOS逻辑电平；

掉电检测；

低功耗模式 ；

掉电模式，外部中断唤醒； 

空闲模式；  

PDIP40，PLCC44和TQFP44的封装；

【引脚】：

（1）输入/输出接口：

P0口（39~32）

P0口是一个开漏双向I/O口。写入‘1’ 时P0口悬浮，可用作高阻态输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口复用为低位地址和数据总线。应用中P0口利用强内部上拉来发送‘1’电平。P0口可在外部主机模式编程过程中接收代码字节和在外部主机模式校验过程中发送代码字节。P0口用作程序校验或通用I/O口时均需连接一个外部上拉电阻。

P1口（1~8）

P1口是一个带内部上拉的8位双向口。 写入‘1’时P1口被内部上拉拉高，可用作输入。用作输入时，由于内部上拉的存在，P1口被外部器件拉低时将吸收电流（IIL）。此外，P1.5,P1.6,P1.7还有16mA的高电流驱动能力。在外部主机模式编程和校验中，P1口也可接收低位地址字节。

P2口（21~28）

P2口是一个带内部上拉的8位双向口。 写入‘1’时P2口被内部上拉拉高，可用作输入。用作输入时，由于内部上拉的存在，P2口被外部器件拉低时将吸收电流（IIL）。在取指外部程序存储器或访问16位地址（MOVX  @DPTR）的外部数据存储器时，P2口发送高位地址。应用中P2口利用强内部上拉来发送‘1’。在外部主机模式编程和校验中，P2口可接收一些控制信号和部分高地址位。

P3口（10~17）

P3口是一个带内部上拉的8位双向口。写入‘1’时P3口被内部上拉拉高，可用作输入。用作输入时，由于内部上拉的存在，P3口被外部器件拉低时将吸收电流（IIL）。在外部主机模式编程和校验中，P3口可接收一些控制信号和部分高地址位。

P3.0 10 5 11 I RxD：串口输入。

P3.1 11 7 13 O TxD：串口输出。

P3.2 12 8 14 I INT0：外部中断0输入 

P3.3 13 9 15 I INT1：外部中断1输入  

P3.4 14 10 16 I T0：定时器/计数器0的外部计数输入。

P3.5 15 11 17 I T1：定时器/计数器1的外部计数输入。 

P3.6 16 12 18 O WR：外部数据存储器写选通信号。 

P3.7 17 13 19 O RD：外部数据存储器读选通信号。

（2）（29）

程序选通使能：是外部程序存储器的 读选通信号。在执行内部程序存储器的程序时无效（高电平），执行外部程序存储器时每个机器周期内两次有效，但当访问外部数据存储器时两个有效脉冲将被跳过。当RST输入引脚的高电平时间大于10个机器周期时，向脚强制输入一个高电平到低电平的跳变将使器件进入外部主机模式编程。

（3）RST（9）

复位：振荡器工作时，该引脚上2个机器周 期的高电平逻辑状态将使器件复位。当RST输入引脚为高电平时，如果脚输入一个高电平到低电平的跳变，器件将进入外部主机模式。否则进入正常工作模式。

（4）（31）

外部访问使能：若器件要对外部程序存储器 取指，就必须与USS相连。器件执行内部程序存储器的程序时必须与UDD相连。然而，4个安全锁定电平可将EA禁能，使器件只能执行内部程序存储器的程序。脚可承受12V的高压。

（5）ALE/（30）

地址锁存使能：ALE是一个输出信号，在访 问外部存储器时将地址低字节锁存。该引脚也用作Flash的编程脉冲输入（）。通常，ALE在1/6的振荡频率时输出，可用作外部定时或外部时钟。每次访问外部数据存储器时都有一个ALE脉冲被跳过。但是，只要AO【辅助寄存器AUXR的最低位】被置1，ALE就被禁能。

（6）XTAL1（19）

晶振1端。反向振荡放大器的输入和内部时钟发生电路的输入。

（7）XTAL2（18）

晶振2端。反向振荡放大器的输出。

（8）UDD（40）

接电源

（9）USS（20）

接地

4、60个特殊功能寄存器

5、存储器结构

FLASH——2个模块（0、1）。0有KB，存放用户代码；1存放Philips公司提供的ISP/IAP

程序，可以通过使能模块1覆盖用户代码存储器的前8KB。

数据RAM——1024B的数据存储器，可对KB的外部存储器进行寻址。

扩展数据RAM寻址

4个组成部分：

低128B  RAM（00H~7FH），可直接和间接寻址；高128B  RAM（80H~FFH）间接寻址；

特殊功能寄存器（80H~FFH），可直接寻址；扩展的768B  RAM（00H~2FFH），通过移动外部指令MOVX和清除EXTRAM位间接寻址

间接寻址：MOV @R0，#data 将data写入R0【高地址范围内的90H单元】

直接选址：MOV 90H，#data 向P1口写入数据

扩展RAM访问：MOVX @DPTR，A DPTR指向0A0H单元

双数据指针：AUXR1寄存器的DPTR选择位DPS=0选择DPTR0；DPS=1选择DPTR1

6、Flash存储器在应用中编程

有三种方法实现Flash存储器的擦除：首先，利用通过一个公共入口来调用低级程序的方法在最终用户应用中进行Flash的编程或擦除（IAP）。第二，调用片内的ISP引导装载程序。反过来，ISP引导装载程序也可通过供给最终用户应用的相同公共入口来调用低级子程序。第三，利用支持该器件的商业EPROM编程器进行Flash的并行编程或擦除。

引导块操作：擦除用户代码、编程用户代码、编程保密位等

上电复位代码的执行：复位后进入SoftICE模式或自动执行ISP引导装载程序

在系统编程ISP

使用ISP：

NNAAAARRDD..DDCC

在Intel Hex格式中，‘NN’表示记录中数据字节的个数。PLV51RD2最多可接受32个数据字节。‘AAAA’字符串表示记录中首字节的地址。如果记录中的字节数为0，通常该区域设置为‘0000’。‘RR’表示记录的类型：‘00’表示数据类型，‘01’表示文件结束标识。在该应用中，增加额外的记录格式以指示ISP应用的命令或数据。

使用序列号

7、定时器/计数器0和1

用作‘定时器’功能时，每经过一个机器周期，寄存器加1。因此，可以将一个机器周期看作计数周期。由于一个机器周期由6个振荡周期组成，所以，定时器的计数率为1/6振荡频率。

用作‘计数器’功能时，每当外部计数管脚，T0或T1，发生一次1到0的跳变，寄存器加1。此功能中，外部输入脚每个机器周期被采样一次。

当在一个周期内采样为高而下一个周期内采样为低时，计数值加1。新的计数值在检测到跳变的周期的下一周期出现在寄存器中。由于识别1到0的跳变要占用2个机器周期（12个振荡周期），因此最大计数速率为1/12振荡频率。外部输入信号的占空比不受，但为了保证给定电平能在改变之前被检测到，外部输入信号的状态至少要保持一个完整的机器周期。除了‘定时器’或‘计数器’的选择外，定时器0和定时器1还有4种工作模式可供选择。

8、其他功能

UART

串行外部接口

看门狗定时器WDT

可编程计数器阵列PCA

保密位

复位

节电模式

4，微控制器应用系统的分析和设计

1、寻址

立即寻址：指令中跟在操作码后面的数据就是实际参与运算的操作数，称为立即数，用#表示

MOV A，#0C8H

200→A

寄存器寻址：把指定的某一可寻址的工作寄存器R0~R7的内容作为操作数。指令操作码低3位指示所用寄存器

MOV A，R6

（R6）→A

直接寻址：在指令中直接给出操作数地址

MOV A，70H

（70H）→A

寄存器间接寻址：把指定寄存器的内容作为操作数的地址，把该地址单元的内容作为操作数

MOV A，@ R1

（（R1））→A

变址寻址：以某寄存器内容为基地址，然后再这个基地址上加上地址偏移量形成真正的操作数地址。【基地址加地址偏移量形成操作数地址】

MOVC A，@A+DPTR

（A+DPTR）→A

相对寻址：将程序计数器PC当前值与指令第二字节偏移量相加，结果作为跳转指令的转移地址。如：JZ 30H

位寻址：对内RAM位寻址区和某些有位地址的特殊功能寄存器进行位操作时的寻址方法

如MOV C，07H

2、系统的功能指令

4、微控制器开发工具分析

分类：

应用对象：普及型开发系统、通用机型开发系统、专用机型开发系统

组成原理：模拟调试类、单板机方式类、在线方式类

工作界面：小键盘操作与LED7段数码显示、DEBUG命令调试、菜单操作、高级语言及多窗口调试

5、微控制器应用系统设计

设计目标→硬件设计→软件设计→程序设计分析

3·可编程序控制器应用技术

西门子S7-200和S7-300系列的PLC

1、S7-200 PLC

硬件：整体式加积木式，主机中包含一定数量的I/O点，同时还可以扩展I/O模块和各种模块。

系统：基本单元（CPU、存储器、基本I/O点、电源等）、扩展单元、特殊功能模块、相关设备（编程设备、人机操作界面、网络设备等）、工业软件（标准工具、工程工具、运行软件、人机接口软件等）

S7-200 PLC系统组成图和CPU模块外形图如下：

5种CPU配置：

CPU221，6in/4out，共计10点，无扩展能力，数据和存储容量小，适合少点数控制系统

CPU222：8in/6out，共计14点，可控制模拟量和2个模块扩展，全功能型控制器

CPU224：14in/10out，共计24点，存储扩一倍，有7扩展模块，内置时钟，广泛使用

CPU226：24in/16out，共计40点，增加通信接口，用于点数多、要求高的中小型控制系统

CPU226XM：与226相比用户程序存储容量和数据存储容量进行了扩展

I/O的扩展：

点数扩展模块：EM221【8点DC输入、8点AC输入】、EM222【8点继电器DC输入、8点AC输入、8点继电器输出】、EM223【混合拓展模块】

功能扩展模块：模拟量I/O扩展模块：EM231、232、235；特殊功能模块：EM253位置控制模块、EM277 PROFIBUS-DP模块、CP243-1以太网模块、CP243-2接口模块；I/O点数扩展和编址

S7-200PLC内部资源及寻址方式

逻辑指令针对PLC内部的某一元件状态而言，这些媛姐功能是相互的。

软件：

I——输入继电器、Q——输出继电器、T——定时器、C——计数器、AC——累加器等，并对这些元器件给予一定的编号，供编程调用、M——通用辅助继电器、SM——特殊标志继电器、V——变量存储器、L——局部变量存储器、S——顺序控制继电器、AI——模拟量输入影像寄存器、AQ——模拟量输出影像寄存器、HC——高速计数器

CPU存储区域直接寻址

数据类型：字符串、布尔型（01）、整型、实型（浮点数）、

直接寻址：I3·4；I是输入继电器，3为第4个字节，·是间隔符，4是位号

【区域标识+字节地址·字节的位或位号】

编程：

梯形图编程LAD

基本原则：PLC内部元件触点使用次数无；梯形图每一行都是从左母线开始，接各种触点，最后接线圈或指令盒。线圈或指令盒只能通过特殊继电器SM直接连在左母线。不允许双输出。不包含触点的分支线条应放在垂直方向上。串联多的电路块在上，并联多的电路块在左边。

STL语句编程——指令

PLC程序简单设计

PLC编程运行环境：STEP7-Micro/WIN

【连接PC】文件.mwp→communication通信→Set PG/PC Interface

【汉化】Tools/Options→General→语言环节Language—Chinese→重启程序

【快速帮助】Shift+F1

编程计算机与S7-200PLC的通信

最简单的编程通信配置：带串行通信端口的PG/PC，并正确安装STEP7-Micro/WIN

PC/PPI程序电缆、RS-232C/PPI电缆连接计算机的COM口和CPU通信口；USB/PPI电缆连接PC的USB口和CPU

1·设置通信：使用RS-232/PPI可将电缆小盒的5号DIP开关设为1，其他位保持0；如使用USB/PPI电缆则不必做任何设置。

用PC/PPI电缆连接PG/PC和CPU，将CPU前盖的模式选择开关设为STOP为CPU上电。

Commubication→PC/PPI→Properties属性→PPI选项卡设置（编程计算机网络地址、通信超时等待时间、通信速率、网络内节点最高地址号或Default使用默认值）→Local Connection选COM1（RS-232/PPI）或USB（PC/PPI）→OK→Refresh

2·PLC信息

双击设备图标显示CPU信息、在PG/PC和CPU在线状态下，也可以用菜单栏的“PLC/Information”命令，查看同一窗口、拓展模块单击EM Information、关闭通信窗口显示连接和通信成功

离线连接：在项目分支右击TYPE，打开PLC/TYPE对话框

3·程序编辑基本操作

VIEW视图下，单击Program Block或菜单栏的View/Component/Program Editor

支持LAD（默认）、FBD、STL编程

LAD输入程序指令：鼠标拖放【单击指令树类别分值，选择指令标记、按住拖拽】；特殊功能键【选好位置，按F4打开工具盒】；鼠标双击【双击工具盒内元件】

连线：工具栏连线按钮或Ctrl+上下左右

delete删除、用Vertical插入垂直或并联的线

点击View切换编程语言

点击Compile自动排列整齐

File/Save保存

PLC/Compile和PLC/CompileAll选项或单击工具栏按钮执行编译功能

双击错误信息修改

File/Download执行下载

运行和调试：将PLC的CPU状态开关调到RUN，黄色STOP灯灭绿色RUN灯亮

如果S7-200CPU状态开关处于TERM或RUN，还可以用菜单栏的PLC/RUN和PLC/STOP命令更改PLC/STOP运行状态

点击Debug/Program Status或工具栏中的程序监控按钮，进入监控程序状态

执行状态先显示的是程序段执行到此每个元件的实际状态；如不选中，将显示扫描结束状态，即程序中的元件在程序扫描结束时得状态

浏览状态表：View/Status/Chart或View/Component/Status Chart

表格横向：输入数据地址/数据显示格式/当前值/新值设置

若没有实际的I/O接线，也可以强制调试功能

P57~66，编程实例

2、PLCS7-300

模块化结构，标准模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等紧凑的安装在一个标准机壳内。

CPU：312IFM、313、314、315、315-2

信号模块：SM321数字量输入、SM322数字量输出、SM322，模拟量输出

CP通信处理器：网络连接和点对点连接，如RS-232C的接口CP340，现场总线连接CP342-5DP

功能模块FM：FM352电子凸轮控制、FM353步进电机定位模块、FM351伺服电机控制模块

PS：负载电源模块，将SIMATIC S7-300plc连接到120/230v交流电或24/48/60/110v直流电

IM：用于多机架配置时连接主机架CR和3个扩展架ER，可以操作多达32个模块

编程环境：

STEP7Lite、STEP7Basis、STEP7Professional

STEP7 V5.2版简介

功能：硬件配置、参数设置、通信组态、编程、测试、启动、维护、文件建档、运行、诊断功能

硬件接口：RS-232C和PLC的MPI

使用PC的CP5611（PCI卡）、CP5511、CP5512通信卡，可以将计算机连到MPI或PROFIBUS网络

Opinion/Setting the PG/PC Interface/Select/Install/Remove Interfaces/Properties

STEP7的编程功能

语言：LAD、FBD、STL；符号编辑器；增强的测试和服务功能：特殊点和断点；帮助功能：在线或菜单命令Help/Contents

【硬件组态与参数设计】

项目创建：STEP7→SIMATIC Manager弹出标题 STEP 7 Wizart：'new project'→next cpu选CPU315→ next 逻辑块OB1 →next 项目名称

硬件组态：在STEP7中生成一个和实际硬件系统完全相同的系统，例如生成网络、网络中的各个站的机架和模块，以及设置个硬件组成部分的参数

生成站Hardware→生成机架→双击模块、设置模块属性和DP主站与从站的参数→保存硬件设置station/save and compile→下载到PLC中

CPU参数：Hardware→HW Config硬件组态→双击CPU行，弹出Properties→Startup

启动特性参数：Startup if present configuration not equal to actual configuration

startup after power on可选热启动、暖启动和冷启动

Finished massage by modules [100]：选项设置时间，表明实际组态不等于预置的组态；

 Transfer of parameters to modules：参数传送到模块是CPU将参数传送给模块的最大时间。

时间存储器：在Properties 中选中 Cycle/Clock Memory卡，设置Scan cycle monitoring time

扫描监控时间默认150ms，Scan cycle load from communication通信处理占扫描周期的百分比，使用时钟脉冲：Clock memory，设置时钟存储器M字节地址，不同位对应不同周期和频率

系统诊断参数和实时时钟设置：Diagnostics/CLOCK 选择report cause of stop；时钟同步：in the PLC、On MPI、On MFI→ As master标准时钟、as slave被同步时钟、none不同步；Time interval时钟周期，1s~24h，correction factor 时钟补偿

保持存储区参数：断电或STOP模式下内容不变，Retentivity Memory

保护级别选择：Protection/Protection level——1没有口令、2只能访问、3不能读写

运行方式选择：Protection/Process Mode——Test所有测试/Operation不允许单步或断点

日期-时间中断参数设置：Time-of-Day Interrupt选项卡，执行OB11~OB17

循环中断参数的设置：Cyclic Interrupt选项卡，执行OB30~OB38

中断参数设置：Interrupt页面，Hardware Interrupt硬件中断；Time-Delay Interrupt延迟中断、DPVI中断和异步错误中断Asynchronous Error Interrupt

通信参数设置：Communication卡中需要设置PG通信、OP通信和S7 standard通信的个数，至少为PG和OP留一个连接

DP参数设置：Properties/General——在Interface的Properties中设置站地址或DP子网络属性；在Addresses中设置DP缓冲区或System Selection自动搜索；在Configuration中设置主从MS通信方式或直接数据交换DDX方式

集成I/O参数设置：CPU313-2DP集成的16DI、16DO，在硬件组态可以设置集成DI和DO参数，设置方法与普通的DI、DO基本想同。

【数字量输入模块的参数设置】：

SImatic→Hardware→HW Config→双击DI16×DC24V出现Propertoes→Addresses Inputs→check box设置是否允许硬件中断或诊断中断→Input Delay 设置延时

【数字量输出模块的参数设置】：

双击DO16（DC24V）出现Properties→Addresses Outputs设置诊断中断→Reaction to CPU进入Stop模式时模块各输出点处理方式：如选择Keep last valid value，CPU进入Stop模式后模块保持最后的输出；如选择Substitute a value，CPU进入Stop后可以使输出点分别输出01，窗口中间的Substiute1：所在行中某一输出点对应的检查框如被选中，进入Stop后该输出点输出1，反之输出0

【模拟量输入模块的参数设置】：

模块诊断和中断设置：Addresses Inputs选项卡，可选超限中断；模块测量范围选择、精度和转换时间设置、设置模拟量值的平滑等级

【模拟量输出模块的参数设置】

确定每一通道是否允许诊断中断；选择每一通道的输出类型为Deactivated、电压输出或电流输出。选定输出类型后再选择输出信号的量程；CPU进入STOP的响应：OCV、KLV、SV。

符号表和逻辑块：

【符号地址】：在程序后中可以用绝对地址访问变量，但是使用符号地址可以使程序更容易阅读和理解。共享符号（全局符号）在符号表中的定义可供程序中所有块使用。

STEP7可自动将绝对地址转为符号地址。

【生成与编辑符号表】：单机S7 Program出现Symbols，双击进入符号窗口，全局符号有“”，局部符号有#，打开某块后可在View/Display with/Symbolic Representation显示符号地址或绝对地址。

【共享符号】：可以被所有块使用，含义相同。可以为I、Q、PI、PQ、M、T、C、FB、FC、SFB、SFC、DB、UDT和VAT定义符号

【逻辑块】：包括组织块OB、功能块FB和功能元件FC，由变量声明表（设定变量参数）、程序指令（执行代码）和块属性（块信息）组成。选择输入方式：增量输入方式（按行检查）和源代码方式。三种编程语言：LAD、STL、FBD。

增量输入方式生成逻辑块：SIMATIC生成逻辑块；编辑变量声明表、程序指令和块属性；保存；菜单栏的Insert/S7 BLOCK生成逻辑块、view/toolbar中有工具条;view/Overview有指令目录

【仿真调试】

S7-PLCSIM

在STEP7中生成项目，编写用户程序；

单击SIMATIC的Simulation ON/OFF或Opinion/Simulate Modules打开S7-PLCSIM；

在S7-PLCSIM中用菜单的PLC/POWER ON接通仿真电源，在CPU视图对象中选STOP可令PLC处于STOP模式、执行菜单的Execute/Scan Mode/Continuous Scan令PLC连续扫描;

将块下载到PLC，点击PLC/download----Yes;

单机I按钮创建输入字节IB的视图对象；

模拟PLC的I/O信号

退出仿真软件、保存仿真文件.LAY

【程序上传和下载】

装载存储器与工作存储器

装载存储器可以用存储卡扩展。工作存储器是集成的RAM，可闪读。

上传：PLC/Download to EPROM Memory Card on CPU

在线连接：View/Online或Offline切换在线、离线窗口。

硬件接口：MPI、通过在线项目窗口或Accessible Nodes访问PLC

口令保护：PLC/Access Right中的Setup输入密码，Cancel取消密码

刷新窗口：F5

显示和改变CPU运行模式：PLC/'Diagnostics/Setting'/Operating Mode

显示日期时间：PLC/'Diagnostics/Setting' Time of Day

压缩空间：Compress

下载：CPU在STOP模式下，删除用户所有数据，硬件测试初始化、存储器复位

CPU搬到MRES快闪后搬回STOP下

离线下载：工作区选择块，按Ctrl+Shift选多块，用PLC/Download下载

在线下载：View/Online打开窗口查看PLC，将Widows离线窗口块拖放至在线窗口中

4·变频器

1、变频器概述：

变频器可以看成是一个频率可调的交流电源。对于交流电机，只需在电网电源和现有电动机之间接入变频器和相应设备，通过改变变频器的输出频率实现电动机的速度控制，而无需对电动机和系统本身进行大的设备改造。

特点：异步电机可高速运转；容易实现正反转换可同时控制多台电机；节能效果明显；电源的功率因数不收电机功率因数影响；接口丰富

基本结构：

整流电路：三项全波整流桥；作用是把交流点整流成直流电并给逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。

直流中间电路：对整流电路输出进行滤波。

逆变电路：难点。用6个电力电子开关组成三相桥式逆变电路；作用：将整流电路输出的直流电转化为频率和电压都任意可调的交流电。

控制电路：核心。采用微型计算机全数字控制，采用简单硬件电路，主要依靠软件实现功能。其主要功能是将检验电路得到的各种信号送至控制与运算电路，运算电路能够根据要求为变频器主电路提供必要的栅极（或门极、基极）驱动信号，完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制，同时通过A-D、D-A转换等外部接口电路接收/发送外部信号和给出系统内部工作状态。

分类：交—交变频器【开关器件多，一般用于低速大功率调速系统】和交—直—交变频器【主流产品】。

按主电路工作方式分类：电压型变频器、电流型变频器

按开关方式分类：PAM脉幅调制控制、PWM脉宽调制控制、高载频PWM控制。

按控制方式分类：

V/F控制（U/f）；转差频率控制fs=s·f；矢量控制（分别控制励磁电流和转矩电流）

按用途分类：通用变频器、专用变频器

2、基本接线：

VFD-M变频器基本接线图

在变频主电路中，交流电源输入端用R、S、T接线端子表示，变频器的输出端用U、V、W表示，并连接电机，一般不同品牌的变频器的主电路接线端子功能相差不大，而控制电路接线端子差异很大。

主电路：

低压短路器：隔离+保护；计算IQN≥（1.3~1.4)IN，IQN是低压断路器额定电流，IN是变频器额定电流 或 当低压断路器具有和工频切换控制的主电路

接触器：变频器发生故障时切断电源；

注，变频器自身具有电子热保护功能，不需要设立外部过载保护

主电路线径：电源与变频器：宜大不宜小；变频器与电动机：△U=——l是导线长度，IN是电机额定电流，R0单位长度导线电阻。

外接给定与输出控制

数字操作器：

台达VFD—M数字操作器，位于变频器，可分显示区、LED区、按键控制区和频率设定旋钮

显示区

LED指示：RUN运行执行、STOP停止运转、FWD正向运转、REV反向运转

1排左→右：MODE编程/功能显示键；上；RUN运行指令键

2排左→右：ENTER资料确认；下；STOP/RESET：停止或重置

旋钮：设定主频率输入

变频器的输入端：基本控制信号端子、模拟控制端

变频器的外部输出端：RA-RC、RB-RC、M01-MCM多功能、AFM-GND模拟量

变频器的外接控制电路：

继电器控制正反转电路

变频器工频切换控制电路

3、变频器的功能设置与应用

功能预置：根据生产机械要求预先对所需功能进行设定，这种工作称为功能预置

预置步骤：转入编程模式；找出需要预置的功能码；读出功能码中原有数据；修改数据码，写入新数据；转入运行模式

变频器基本功能：基本频率、多级转速、加速/减速、起动/制动、内部程序控制

（1）给定频率：

与给定信号对应的频率称为给定频率，给定信号的来源有：1，变频器的面板输入频率的数字量。2，控制接线端子上以外部给定信号进行调节。功能码P00为主频率输入来源设定，范围00~04。

（2）输出频率：

变频器的实际输出频率，也是整个电力拖动系统的运行频率，通常范围为0~400Hz。

（3）上下限频率

与生产机械所要求的最高转速对应的频率称为上限频率，功能码为P36，上限频率应小于或等于变频器输出的最高频率；与生产机械所要求的最低转速相对应的频率是下限频率，功能码P37。上下限频率是为了电机转速以保证电力拖动系统的安全和产品的质量，也为防止现场人员错误操作而使运转频率过低而发热。

（4）跳跃频率（回避频率）

避开共振频率，功能码P67~P70

（5）多级转速

使电动机在一定程序下完成预定多级转速要求，也称简易PLC控制，依靠变频器内部的定时器来自动控制的一种方式。其功能设定为：所需各段速频率分别有功能码P17~P23设定，选出每一段速的频率值；在由多功能输入端子功能码P39~P42中，选择一个多功能输入端子，并进行设定；P45、46是多功能输出端子设定功能码，实现运转中参数的指示，设定范围为00~24，选择不同设定值可实现不同参数指示；P78为程序运转模式的设定功能码；P79为运转方向的设定功能码；P81~P87为各段速运转时间的设定功能码

（6）起动/加速

变频起动的频率可以很低，加速时间可以自行给定，有效解决了起动电流引起较大的机械冲击。各种变频器都提供了在一定范围内任意给定加速时间的功能，功能码P10或P12，设定范围是0.1~600s/0.01~600s

（7）制动/减速

通过逐步降低给定频率来实现电机的减速或停转。减速时间设定的功能码为P11或P13，范围是0.1~600s/0.01~600s

（8）加速、减速方式

线性、S方式

5·工业控制计算机应用技术

工业计算机板卡应用，包括工业标准体系结构（ISA）总线板卡和外部设备互连（PCI）总线板卡应用、远程采集和以太网模块。软件设计VB和基于板卡的DOS和MATLAB/SIMULINK半实物仿真系统设计

1、工业个人计算机IPC

针对恶劣环境下使用，对产品的易维护性、散热、防尘、产品周期、尺寸方面都有严格要求。考虑更多的结构设计

工控机系统的发展方向：综合自动化系统、开放式系统结构、现场总线技术、实时控制与优化的产品化软件、高性能控制算法

分类：

PC总线工控机：ISA总线、VESA局部总线、PCI总线、PC/104总线

STD总线工控机：STD标准总线

VME总线工控机：visa模型欧洲卡VME总线

多总线工控机：Multibus总线

（1）总线技术

ISA/EISA总线

ISA总线：工业标准体系结构总线，具有16位数据宽度，最高工作频率为8MHz，数据传输速率16Mbit/s，地址线24条，可寻址16MB，分成62线和36线两段，共98线，又分5类：地址线、数据线、控制线、时钟线、电源线。

EISA总线：在ISA总线基础上，通过增加地址线、数据线和控制线来扩充的、支持32位地址，可寻址4GB地址空间，32位数据宽度，工作频率为8.3MHz，数据传输速率达33Mbit/s。

PCI SIG总线：

外部设备互联专业组，一种先进的局部总线的新标准，广泛应用于当前高档微机、工作站以及便携机。时钟频率33.3/66.6MHz，总线宽度32位/位，最大传输速率为133Mbit/s(266Mbit/s)，支持位寻址，适应5V和3.3V电源。

PC/104总线：

超小型PC所用总线标准。总线有P1、P2两个插头，其中P1有脚、P2有40脚，共104脚。

Compact PCI总线：

PCI电气规范+欧洲标准卡结构，支持热拔插。PICMG 2.0 Compact PCI系统是由一组或多组Compact PCI总线所组成的，每组总线最多可达8个Compact PCI板卡插槽，其中主要包含1个系统插槽与7个外部插槽。Compact PCI总线是该总线内板卡插槽之间的通信途径。

（2）通用性

主机性能：

结构：上架式、壁挂式

底板加插卡架构：维护时间减少、极佳的扩展性、优秀的散热性

抗EMI（电磁干扰）

ATM-4233工业自动化机箱

4U高19in架装机箱带6in薄膜晶体管（TFT）LCD显示；集成视频A-D转换板确保CPU卡与Intel Pentium 4 处理器兼容；14槽扩展无源底板。前端可抽取软盘驱动器托架；亮度调节屏显OSD控制；适合自动测量设备和生产线测试；高亮度TFT LCD面板；视频图形阵列VGA显示0×480；前段接线、2USB和电源开关复位按钮

AWS-8248V低成本一体化工作站

15in TFT LCD经济型模块化14槽工作站，1024×768像素，板卡安装模块化设计、背部2个3.5in硬盘托架和1个CD-ROM；前板OSD和操作键；铝制前板NEMA4/CP65标准；可选电阻触控屏。

TPC-1560T嵌入式平板工控机

功能强大的全集成LCD工控机，超薄紧凑设计，可悬挂。处理器是TransmetaTMCrusoeTM5400低功耗处理器，兼容x86，频率500MHz，自带一套持久耐用的可靠平台，无风扇，无运动部件存储方案，提供PC/104+拓展槽

CONTEC公司IPC-88D工控机

采用All-in-one全部集成主板，486~Pentium 3 可选、300V工业电源、47cm加固型工业机箱、双冷风扇、防尘防振动、14槽无源PCI/ISA总线板。LED显示电源、硬盘驱动器、键盘连接的工作状态。支持双软盘三硬盘位。可安装8/14槽ISA或PCI/ISA PICMG总线板和Baby-AT或ATX主机板。有4个不同规格的接口挡片设计，可任意添加或卸载。

过程通道：

工控机接口板卡一般由三部分组成：PC总线接口部分、板卡功能实现部分和信号处理部分。

部分I/O接口板卡用途表

工业控制计算机的构成：计算机和过程输入/输出（I/O）通道两大部分组成。

典型工控机：加固型工业机箱；工业电源；主机板；显示板；软盘；硬盘；各类输入和输出接口板卡；彩色显示器；键盘；打印机

工业控制计算机的特点：可靠性高、实时性好、环境适应性强、过程输入和输出配套较好、系统扩充性好、系统开放性、控制软件包功能强、通信功能强、后备措施完善、具有冗余性。

典型工控机系统：主机、输入接口板卡、输出接口板卡、通信接口板卡、信号调整单元、远程采集模块、工控软件包。

3、接口部件

研华I/O板卡

ISA类：

非隔离数字量量I/O板卡：PCL720、PCL722、PCL724、PCL731；

隔离数字量I/O板卡：PCL725、PCL730、PCL733、PCL734和PCL737；

模拟量输入板卡：PCL813；

模拟量输出板卡：PCL726、PCL727、PCL728；

多功能板卡：PCL711B/S、PCL812PG、PCL818L/LS/HD/HG.

计数器板卡：PCL833、PCL836.

研华PCI卡：

非隔离数字量I/O板卡：PCI-1751/1751U、PCI-1753/1753E、PCI-1755

隔离数字量I/O板卡：PCI-1730、PCI-1733、PCI-1743、PCI-1750；

模拟量输入板卡：PCI-1713、PCI-1714、PCI-1747U

模拟量输出板卡：PCI-1720/1720U、PCI-1721、PCI-1723、PCI-1727U

多功能板卡：PCI-1710/L/HG/HGL、PCI-1711/L、PCI-1716/L

计数器板卡：PCI-1780、PCI-1784

康奈可ISA板卡：

光隔离性数字量输入板卡：PI-32L（PC）V、PI-L（PC）、PI-32B（PC）H和PI-T(PC)

光隔离性数字量输出板卡：PO-32L（PC）V、PO-L(PC)、PO-32B（PC）H和PO-B（PC）

光隔离性数字量I/O板卡：PIO-16/16L(PC)V、PIO-32/32L(PC)、PIO-16/16RL(PC)

康奈可PCI板卡：

光隔离性数字量输入板卡：PI-32L（PCI）H、PI-L（PCI）、PI-32B（PCI）H和PI-128L(PCI)H

光隔离性数字量输出板卡：PO-32L（PCI）H、PO-L(PCI)H、和PO-128L(PCI)H

光隔离性数字量I/O板卡：PIO-16/16L(PCI)H、PIO-16/16B(PCI)H、PIO-16/16RY(PCI)

多功能模拟量输入板卡：AD12-16（PCI）、AD12-(PCI)

光隔离型多功能模拟量输入板卡：ADI12-16（PCI）、ADI16-4C（PCI）和ADI16-4L（PCI）

模拟量输出板卡：DA12-4（PCI）、DA12-8（PCI）和DA12-16（PCI）

4、软件设计

DOS

WINDOWS——DLL动态链接库

VB调用ActiveDAQ

VB调用OCX：VB→standard exe→open→Components→选择Advantech ActiveDAQ AI Control

在FROM1完成布局设计→模拟量控制属性设置→从View菜单选择属性窗口，再从属性中选DAQAI控件，数据类型为1-adReal→布局中双击Select Device，写入：

Private Sub cmdSelectDevice_Click （）

DAQAI1.SelectDevice

txtDeviceName.Text=DAQAI1.DeviceName

End Sub

→在布局中双击Read，写入：

Private Sub cmdRead_Click （）

DAQAI1.OpenDevice

txtAIValue=DAQAI1.RealInput（0）

DAQAI1.CloseDevice

End Sub

→view中选Object Browser，创建VB代码→验证程序，运行，单击SelectDevice按钮选相应设备→单击read按钮完成对模拟量输入数据采集，得到运行结果

模拟量输入OXC编程

双击VB→创建一个新工程如同模拟量输入，从控件列表中选择Advantech ActiveDAQ AO Control→在布局中定位AO控件、练个TEXTBox控件、两个按钮→布局中双击Select Device按钮写入：

Private Sub cmdSelectDevice_Click （）

DAQAI1.SelectDevice

txtDeviceName.Text=DAQAI1.DeviceName

End Sub

→布局中双击Write按钮写入：

Private Sub cmdWrite_Click （）

DAQAI1.OpenDevice

DAQAI1.ReadOutput Val （txtValue）

DAQAI1.CloseDevice

End Sub

→验证程序

基于MALTAB的XPC仿真

双击MATlAB，进入程序；

双击SIMULINK图标，进入SIMULINK窗口；

在SIMULINK窗口左键单击新建SIMULINK或者File/New/Model出现新建窗口，左键单击File/Save as，输入first后单击保存，出现first窗口；

在SIMULINK中寻找构建仿真系统基本元件

a·用鼠标左键单击SIMULINK/SOURCES/STEP，拖到SIMULINK窗口；

b·用鼠标左键单击SIMULINK/MATH OPERATION/SUM，拖到新SIMULINK窗口，双击鼠标左键，修改其+变为-，单击OK

c·用鼠标左键单击SIMULINK/DISCONTINUITIES/SATURATION，拖到新SIMULINK窗口，双击鼠标左键，修改其上限为5V、下限-5V

d·用鼠标左键单击SIMULINK EXTRA/ADDITIONAL LINEEAR/PID CONTROLLER，拖其到新SIMULINK窗口，双击左键，出现PID CONTROLLER参数界面，可以修改参数，单击OK

e·用鼠标左键单击SIMULINK/SINKS/SCOPE，拖其到新的SIMULINK界面，双击SCOPE，在PARAMETERS上双击左键，修改NUMBER OF AXES框中为2，单击OK；

在SIMULINL中找到xPC Target，双击进入；

A/D设备中，双击研华Advantech，选择PCL-711B，单击左键拖至SIMULINK新建窗口；

D/A设备中，双击研华Advantech，选择PCL-711B，单击左键拖至SIMULINK新建窗口；

按下鼠标左键连线，有分叉处采用Ctrl+按下鼠标左键，构成半实物仿真系统；

单击SIMULINK，实现仿真，观察采集数字量输入信号的动态响应，此信号反应异步电机的速度。修改PID控制器的参数，指导得到较好的动态响应，响应参数就是系统较佳的控制器参数。

6·触摸屏应用技术简介

人机界面HMI产品又被称为触摸屏，包含HMI硬件和相应的专用画面组态软件，连接的主要设备是PLC。触摸屏是操作员和PLC设备之间双向沟通的桥梁，是用户组态文字、按钮、图形、数字等以构建监管系统、反映各种变化信息的多功能显示屏。分为电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波式触摸屏。基本原理是，用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置以坐标形式被控制器检测，并通过接口如RS-232串口送到CPU，从而确定输入信息。

7·工业组态软件应用技术简介

工业组态软件简称为组态软件，是一个快速建立计算机监控系统界面的软件工具，通常运行在个人计算机平台，并与各类控制设备一起组成计算机监控系统。其中各类控制设备称为下位机，而运行组态软件的PC称为上位机。下位机如PLC，PC板卡，仪表，变频器，模块等设备。组态软件分为两种：HMI/SCADA，人机界面/监视控制和数据采集软件。

举例软件King View，组态王。

有工程控制器、工业浏览器和运行界面三部分组成。下载本文