時(shí)間：2023-05-30 09:59:06
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電路改造，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：機(jī)床 PLC 解決方法
一、引 言
在我國現(xiàn)有的機(jī)床中，大部分仍采用的是傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制方式，由于控制線路觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜。使用多年后，故障多、維修量大、維護(hù)不便及可靠性差，影響了正常的生產(chǎn)。還有部分機(jī)床雖然還能正常工作，但其精度、效率以及自動(dòng)化程度已不能滿足當(dāng)前生產(chǎn)工藝要求。對這些機(jī)床進(jìn)行改造勢在必行，改造既是企業(yè)資源的再利用，走持續(xù)化發(fā)展的需要，也是滿足企業(yè)新生產(chǎn)工藝，提高經(jīng)濟(jì)效益的需要。
二、解 決 方 法
用PLC改造機(jī)床控制系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)樵械臋C(jī)床控制系統(tǒng)是經(jīng)過長期使用和考驗(yàn)，已經(jīng)被證明能完成系統(tǒng)要求的控制功能，而機(jī)床電路圖與PLC梯形圖在表示方法上和分析方法上有很多相似之處，因此可以將機(jī)床電路圖“轉(zhuǎn)換”為具有相同功能的PLC的外部硬件接線圖和梯形圖。但它們也有很大的本質(zhì)區(qū)別，機(jī)床電路是由硬件元件組成的，各繼電器可同時(shí)動(dòng)作。梯形圖是PLC的程序，是一種軟件，其CPU是串行工作的，即CPU同時(shí)只能處理1條指令，所以用PLC改造機(jī)床控制系統(tǒng)時(shí)有很多需要注意的地方。一般不需要改動(dòng)控制面板，保持了系統(tǒng)原有的外部特性，操作人員不用改變長期形成的操作習(xí)慣，分析PLC控制系統(tǒng)的功能時(shí)，將它想象成機(jī)床控制系統(tǒng)的控制箱，外部接線圖描述了這個(gè)控制箱的外接線，梯形圖是這個(gè)控制箱的內(nèi)部“線路圖”，梯形圖的輸入、輸出繼電器是這個(gè)控制箱與外部世界聯(lián)系的“接口繼電器”，分析PLC控制系統(tǒng)時(shí)，可以將梯形圖中輸入繼電器的觸點(diǎn)想象成對應(yīng)的外部輸入器件的觸點(diǎn)或電路，將梯形圖中輸出繼電器的線圈想象成對應(yīng)的外部負(fù)載的線圈。外部負(fù)載的線圈除了受梯形圖的控制外，還可能受外部觸點(diǎn)的控制。
三、改造機(jī)床控制系統(tǒng)的一般步驟及實(shí)例說明
以搖臂鉆床的電氣控制原理圖（圖1）為例，將機(jī)床電路圖轉(zhuǎn)換成功能相同的外部接線圖和梯形圖，選擇西門子S7-226的PLC硬件。具體步驟如下：
（1） 深入了解原有機(jī)床的工作過程，分析整理其控制的基本方式、完成的動(dòng)作時(shí)序和條件關(guān)系，以及相關(guān)的保護(hù)和聯(lián)鎖控制。盡可能地與實(shí)際操作人員充分交流，了解是否需要對現(xiàn)有機(jī)床的控制操作加以改進(jìn)，提高精度、可操作性和安全性等。如有需要，在后續(xù)的設(shè)計(jì)中予以實(shí)現(xiàn)。這樣才能在設(shè)計(jì)和調(diào)試控制系統(tǒng)時(shí)做到心中有數(shù)。鉆床的主軸電機(jī)由接觸器KM1控制，搖臂的升降電機(jī)由KM2和KM3控制，立柱的松開和夾緊電機(jī)用KM4和KM5控制。
（2）根據(jù)分析整理的結(jié)果，確定PLC的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載，在保證完成工藝要求的前提下，最大限度的使用原有機(jī)床的輸入/輸出設(shè)備，機(jī)床電路圖中的接觸器和電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)用PLC中輸出繼電器來控制。它們的線圈接在PLC的輸出端。按鈕、控制開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)等用來給PLC提供控制命令和反饋信號(hào)，它們的觸點(diǎn)接在PLC的輸入端，機(jī)床電路圖中的中間繼電器和時(shí)間繼電器的功能用PLC內(nèi)部的輔助繼電器和定時(shí)器來完成，它們與PLC的輸入繼電器和輸出繼電器無關(guān)。輸入輸出元件號(hào)分配如表1所示。
根據(jù)PLC的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載，以及它們對應(yīng)的梯形圖中的輸入繼電器和輸出繼電器的元件，畫出PLC的外部接線圖（圖2所示）。
（3）確定與機(jī)床電路圖中的中間繼電器、時(shí)間繼電器對應(yīng)的梯形圖中的輔助繼電器和定時(shí)器的元件號(hào)，建立機(jī)床電路圖和梯形圖中的元件一一對應(yīng)的關(guān)系。
（4） 根據(jù)上述對應(yīng)關(guān)系按梯形圖語言中的語法規(guī)則畫出梯形圖（圖3）
四、改造時(shí)的特別注意事項(xiàng)
（1） 常閉觸點(diǎn)輸入信號(hào)的處理
盡量使用常開觸點(diǎn)，如果只能使用常閉觸點(diǎn)，梯形圖中對應(yīng)的觸點(diǎn)的常開/常閉類型應(yīng)與機(jī)床電路中相反（外閉內(nèi)開）。如SQ1在機(jī)床電路中是常閉觸點(diǎn)，將它接到PLC輸入端I0.4，則在梯形圖中對應(yīng)的觸點(diǎn)I0.4應(yīng)是常開的。
（2 ）分離交織在一起的電路。
可將各線圈的控制電路分離開來設(shè)計(jì)， 以線圈為單位分別考慮繼電器的每個(gè)線圈受到哪些觸點(diǎn)和電路的控制，畫出相應(yīng)的等效梯形圖電路。
（3）梯形圖電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)
在串聯(lián)電路中，單個(gè)觸點(diǎn)應(yīng)放在電路塊的右邊，在并聯(lián)電路中，單個(gè)觸點(diǎn)應(yīng)放在電路塊的下面。
（4） 斷電延時(shí)的時(shí)間繼電器的處理
圖1機(jī)床電路圖中的KT屬于線圈斷電后開始延時(shí)的時(shí)間繼電器。為了方便理解，可用線圈通電后延時(shí)的定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)斷電延時(shí)功能（見圖3）。
（5）盡量減少PLC的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)
PLC的價(jià)格與I/O電數(shù)有關(guān)，控制主控電機(jī)的交流接觸器KM1的電路簡單，應(yīng)仍然用繼電器控制。一般同一器件只須一組常閉或常開提供PLC輸入信號(hào)，在梯圖中可以多次使用同一輸入繼電器的常開和常閉觸點(diǎn)。
五、結(jié)束語
采用PLC改造的機(jī)床電路時(shí)，需要注意的問題比較多，應(yīng)特別細(xì)致，周到、反復(fù)進(jìn)行調(diào)試，得到的梯形圖常常需要進(jìn)一步簡化和優(yōu)化。實(shí)踐證明，利用PLC對舊機(jī)床進(jìn)行改造是一種行之有效的手段.不僅利用了原有的設(shè)備，節(jié)約資源，而且還滿足新生產(chǎn)工藝的需求，提高效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此應(yīng)用越來越廣泛。
參考文獻(xiàn)
[1]丁煒.可編程序控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004版
關(guān)鍵詞 ：PLC；改造；工作原理；掃描；周期；問題分析
中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-5727（2014）03-0118-03
PLC（Programmable Logic Controller）是可編程控制器的英文縮寫，是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與繼電器邏輯控制概念而開發(fā)的一代新型工業(yè)控制器。PLC將計(jì)算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與繼電接觸器控制系統(tǒng)控制簡單、使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，其本身又具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)方便、改造容易等優(yōu)點(diǎn)，而傳統(tǒng)的繼電接觸器控制電路存在可靠性差、維修困難、改造復(fù)雜、工期長、費(fèi)用高等缺點(diǎn)。因此，在工礦企業(yè)的各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中PLC得到廣泛應(yīng)用，PLC控制系統(tǒng)已成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要控制裝置。
PLC改造繼電接觸器控制電路的準(zhǔn)備
主電路的確定 PLC改造繼電接觸器控制電路中，主電路是提供電動(dòng)機(jī)電源的，仍由接觸器主觸頭控制，因此主電路基本保持不變。
輸入輸出（I/O）的確定 PLC輸入是用來接受生產(chǎn)過程的各種參數(shù)信號(hào)，一般用主令電器、速度繼電器等觸點(diǎn)作為輸入信號(hào)，電路如圖1a所示。當(dāng)SB閉合時(shí)，X1有信號(hào)輸入，內(nèi)部繼電器動(dòng)作。如果輸入觸點(diǎn)改為常閉觸點(diǎn)，如圖1b所示，則PLC通入電源時(shí)，X1就有信號(hào)輸入，PLC內(nèi)部繼電器就工作了。因此盡可能用常開觸點(diǎn)與PLC輸入端相連，否則PLC只要接入電源輸入部分就處于工作狀態(tài)。PLC的輸出是用來送出可編程控制器運(yùn)算后得出的控制信息，從控制電路的對象來說主要是接觸器等，如圖1c所示。繪制輸入輸出（I/O）分配表，明確元件代號(hào)、作用、輸入輸出繼電器的編號(hào)等，如表1所示。
外部接線圖的確定 外部接線圖是把PLC的輸入、輸出、供電及控制元器件的接線關(guān)系畫清楚，是根據(jù)I/O分配表中的元件代號(hào)、作用、輸入輸出的編號(hào)來繪制的。
PLC改造繼電接觸器控制電路的程序設(shè)計(jì)
分析工作原理 詳細(xì)分析繼電接觸器控制的工作原理是用PLC程序設(shè)計(jì)的前提。如果對繼電接觸器控制電路的工作原理分析不全，功能不能完全地表達(dá)出來，用PLC改造成的控制程序就可能運(yùn)行不正常，甚至不能運(yùn)行。因此，首先要對控制線路的工作原理進(jìn)行詳細(xì)分析。
確定控制要求 設(shè)計(jì)任何一個(gè)PLC控制系統(tǒng)，如同設(shè)計(jì)任何一種電氣控制系統(tǒng)一樣，其目的都是通過控制被控對象來實(shí)現(xiàn)工藝要求，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，最大限度地滿足工藝要求；在滿足工藝要求的前提下，力求使PLC控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用及維修方便；保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。
梯形圖設(shè)計(jì) 根據(jù)I/O分配表將繼電接觸器控制電路轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的梯形圖并進(jìn)行優(yōu)化。繪制梯形圖時(shí)應(yīng)做到：（1）梯形圖的各種符號(hào)要以左母線為終點(diǎn)從左向右分行繪出。（2）觸點(diǎn)應(yīng)畫在水平線上，不能畫在垂直分支線上。（3）不包含觸點(diǎn)的分支應(yīng)放在垂直方向，不可水平方向設(shè)置，以便于識(shí)別和對輸出線圈的路徑控制。（4）如果有幾個(gè)電路塊并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將觸點(diǎn)的支路塊放在最上面。（5）遇到不可編程的梯形圖時(shí)，可根據(jù)信號(hào)流向?qū)υ菪螆D重新編排，以便于正確進(jìn)行編程。
PLC改造繼電接觸器控制電路的實(shí)例
具體以PLC改造正反轉(zhuǎn)串電阻降壓啟動(dòng)控制電路為例來說明。電氣原理圖如圖2所示。
分析工作原理 （1）能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)串電阻降壓啟動(dòng)，并具有雙重聯(lián)鎖保護(hù)。按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM1得電動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)串電阻R降壓正轉(zhuǎn)啟動(dòng)，同時(shí)KT線圈得電開始定時(shí)；當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，接觸器KM3得電動(dòng)作，電阻R被短接，電動(dòng)機(jī)M進(jìn)入正常正轉(zhuǎn)運(yùn)行。當(dāng)按下反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2時(shí)，SB2常閉觸頭先斷開，接觸器KM1先失電，接觸器KM3也失電；SB2常開觸頭后閉合，接觸器KM2得電動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)串電阻R降壓反轉(zhuǎn)啟動(dòng)，同時(shí)KT線圈得電開始定時(shí)；當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，接觸器KM3得電動(dòng)作，電阻R被短接，電動(dòng)機(jī)M進(jìn)入正常反轉(zhuǎn)運(yùn)行。（2）按下停止按鈕SB3，接觸器線圈均失電，主電路電動(dòng)機(jī)M停止。（3）若電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，KH常閉觸點(diǎn)分?jǐn)啵佑|器線圈、時(shí)間繼電器線圈均失電，電動(dòng)機(jī)M停止，起到保護(hù)作用。
輸入輸出（I/O）分配表 根據(jù)控制要求確定輸入輸出（I/O），輸入信號(hào)有4個(gè)，輸出信號(hào)有3個(gè)，如表2所示。
外部接線圖 在繼電接觸器控制電路中，停止按鈕SB3是常閉觸點(diǎn)、熱繼電器用常閉觸點(diǎn)，與PLC輸入端相連時(shí)停止按鈕應(yīng)用常開觸點(diǎn)、熱繼電器KH觸點(diǎn)應(yīng)用常開觸點(diǎn)，這樣當(dāng)PLC主機(jī)通電后輸入端就不會(huì)直接有輸入信號(hào)，如圖3所示。
梯形圖設(shè)計(jì) 根據(jù)繼電接觸器控制電路圖2轉(zhuǎn)換對應(yīng)的梯形圖如下頁圖4所示。
問題分析 （1）外部接線圖中停止按鈕SB3、熱繼電器過載保護(hù)觸點(diǎn)KH用常開觸點(diǎn)，相對應(yīng)的X3、X4在梯形圖中應(yīng)用常閉觸點(diǎn)，保證程序正常運(yùn)行。（2）由于繼電接觸器系統(tǒng)是并行工作方式，即繼電器的所有觸點(diǎn)的動(dòng)作是和其線圈通電或斷電同時(shí)發(fā)生的，而PLC是串行工作方式，即指令的分時(shí)掃描執(zhí)行，同一個(gè)器件的線圈工作和它的各個(gè)觸點(diǎn)的動(dòng)作并不同時(shí)發(fā)生，存在輸入輸出滯后，即工作過程分輸入處理階段、程序執(zhí)行階段、輸出處理階段三個(gè)階段進(jìn)行循環(huán)掃描。如圖5所示，輸入信號(hào)在第一個(gè)掃描周期的輸入處理階段之后出現(xiàn)，所以在第一個(gè)掃描周期內(nèi)各數(shù)據(jù)鎖存器均為“0”狀態(tài)；在第二個(gè)掃描周期的輸入處理階段，輸入繼電器X0的輸入鎖存器變?yōu)椤?”狀態(tài)，在程序執(zhí)行階段Y1、Y2依次接通，輸出鎖存器都變?yōu)椤?”狀態(tài)；在第三個(gè)掃描周期的程序執(zhí)行階段，由于Y1的接通使Y0接通，Y0的輸出鎖存器驅(qū)動(dòng)負(fù)載接通，響應(yīng)延時(shí)最長可達(dá)兩個(gè)多掃描周期。實(shí)驗(yàn)證明，圖4中當(dāng)X1接收輸入信號(hào)時(shí)Y1接通同時(shí)T0得電計(jì)時(shí)，5s后Y3接通；當(dāng)X2接收輸入信號(hào)時(shí)Y1失電Y2得電而Y3不能失電T0始終得電，不能實(shí)現(xiàn)串電阻啟動(dòng)控制。整理優(yōu)化后的梯形圖如圖6所示。
用PLC改造繼電接觸器控制電路可以解決控制電路接線復(fù)雜、觸點(diǎn)多、故障率高的問題，還可以實(shí)現(xiàn)集中控制，減少二次接線和投資費(fèi)用，改造簡單。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞:信號(hào)系統(tǒng);信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路;雙熔絲自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置
Abstract: This paper describes the Nanjing Metro Line main line signal lighting circuit dual fuse transformation process, increase the lighting circuit dual fuse automatically installed for the device by way of redundancy to improve the signal device reliability. Mainly from the equipment principle, a description of the problem and affected by the failure, cause analysis, corrective measure, the working principle, costing six aspects are described.Keywords: Signal system; the signal lighting circuit; dual fuse automatic conversion device
中圖分類號(hào)：U231+.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2013）
1設(shè)備原理介紹
南京地鐵一號(hào)線的信號(hào)機(jī)系統(tǒng)是由德國西門子信號(hào)控制系統(tǒng)（室內(nèi)）與國產(chǎn)信號(hào)機(jī)（室外）共同組成。采用行車值班員在LOW上操作排列進(jìn)路命令或相應(yīng)信號(hào)機(jī)打開了自排（或追蹤）功能，經(jīng)過聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)判斷該信號(hào)機(jī)是否可以開放信號(hào)，把開放信號(hào)命令通過光纖發(fā)給現(xiàn)場接口柜（DSTT）內(nèi)對應(yīng)的STEKOP板，在STEKOP板內(nèi)通過光模轉(zhuǎn)換，把SICAS的光信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)傳給信號(hào)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（DESIMO），進(jìn)行相應(yīng)的燈位轉(zhuǎn)換，室內(nèi)的220V電源通過信號(hào)機(jī)熔絲（250毫安）送到DESIMO后，傳到信號(hào)機(jī)內(nèi)的點(diǎn)燈單元驅(qū)動(dòng)燈位轉(zhuǎn)換，并點(diǎn)亮室外信號(hào)機(jī)燈泡。如下圖所示
2故障描述及故障影響
一號(hào)線全線有信號(hào)機(jī)65架，共有165個(gè)點(diǎn)燈燈位，目前在線使用了330個(gè)信號(hào)機(jī)的點(diǎn)燈熔絲。由于該類型的電燈電路的熔絲只是在送電回路的正負(fù)極中串入保險(xiǎn)，當(dāng)電路中出現(xiàn)電流瞬間變化，超出熔絲容量時(shí)，電路中某一個(gè)熔絲就會(huì)正常熔斷，停止給室外電燈單元的電源輸出，造成室外信號(hào)機(jī)燈泡滅燈，促使后續(xù)列車在該架信號(hào)機(jī)前方的列車立即停車，列車只能以低速、目測駕駛方式闖信號(hào)通過，擾亂了正常的運(yùn)營秩序，降低了地鐵運(yùn)營安全。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，南京地鐵一號(hào)線自2005年開通運(yùn)營以來，到2011年截止，因?yàn)樾盘?hào)機(jī)點(diǎn)燈熔絲斷絲造成信號(hào)機(jī)滅燈故障每年不少于十次，尤其是隨著設(shè)備使用年限的增加，該故障呈逐年上升之勢。
3原因分析
通過示波器比較測試波形，我們發(fā)現(xiàn)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路中使用的多功能點(diǎn)燈單元裝置，在上電瞬間向電網(wǎng)產(chǎn)生的浪涌現(xiàn)象和正常工作期間對交流電源產(chǎn)生的諧波信號(hào)比較，對波形產(chǎn)生的畸變進(jìn)行研究與測試，產(chǎn)生的畸形波形的最大峰值是正常值得11倍左右，這是造成熔絲斷絲的根本原因。
4改造措施
優(yōu)化信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路中的熔絲電路結(jié)構(gòu)，在目前電路使用的熔絲兩端并聯(lián)一個(gè)付熔絲，并且串入一個(gè)雙熔絲自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置。在電路工作時(shí)，當(dāng)主熔絲斷絲時(shí)，通過雙熔絲裝換裝置快速將副熔絲接入到電路中去，保證信號(hào)點(diǎn)燈電路的不間斷工作，同時(shí)雙熔絲轉(zhuǎn)換裝置會(huì)給出點(diǎn)燈報(bào)警，提醒信號(hào)維修人員進(jìn)行熔絲更換。該雙熔絲裝換裝置由通號(hào)中心和南鐵院信號(hào)技術(shù)研究所共同研究開發(fā)。
該裝置目前已經(jīng)在小行站X0407信號(hào)機(jī)上的進(jìn)行了一個(gè)多月的實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果滿足解決問題的需要。
5工作原理
5.1雙熔絲自動(dòng)裝換裝置的工作原理圖
5.2雙熔絲自動(dòng)裝換裝置使用元器件：
電阻100K0.5W250V2個(gè)
發(fā)光氖泡（LED）2個(gè)
繼電器（磁保持）1個(gè)
5.3雙熔絲自動(dòng)裝換裝置工作原理說明：
主熔絲正常工作時(shí)，利用主熔絲短路副熔絲與繼電器線圈組成的串聯(lián)電路，使繼電器線圈無電，繼電器落下狀態(tài)；
主熔絲斷絲時(shí)，繼電器線圈得電，勵(lì)磁吸起，同時(shí)副熔絲短路了電阻R1和副熔絲氖泡，該氖泡滅燈，繼電器勵(lì)磁后，接點(diǎn)11與12接通，該組接點(diǎn)短路了繼電器線圈，副熔絲仍然通電。繼電器吸起后，利用其21與22接點(diǎn)接通主熔絲氖泡電源，使其點(diǎn)亮，顯示主熔絲斷絲報(bào)警；由于繼電器是磁保持繼電器，在繼電器得電勵(lì)磁吸起后，通過副熔絲和其11\12接點(diǎn)短路了繼電器線圈，使繼電器不會(huì)在信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路中產(chǎn)生分壓，但其依然會(huì)保持在勵(lì)磁吸起狀態(tài)。
6改造成本核算
具體成本如下：
電阻100K0.5W250V2個(gè) 0.3*2= 0.6元
發(fā)光氖泡（LED）2個(gè)0.4*2=0.8
繼電器（磁保持）1個(gè)85.5元
電路板裸板（軍工級(jí)）3塊3元
設(shè)備外殼1個(gè)15元
關(guān)鍵詞 單片機(jī)；方位控制；電路模塊
中圖分類號(hào)TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2012）71-0185-02
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和自動(dòng)化程度的日益提高，單片機(jī)憑借其成本相對較低，可開發(fā)性強(qiáng)，功能多樣化，在電力電子和實(shí)時(shí)對象控制中得到了廣泛的應(yīng)用。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，錄像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具等等，這些都離不開單片機(jī)。我館的展品正是利用單片機(jī)這一特點(diǎn)開發(fā)出來的。
1 展品概述
1.1 展品展示效果描述
展項(xiàng)由操作臺(tái)、潛水艇模型和盛水容器構(gòu)成，觀眾可以通過操作臺(tái)上的上浮、下潛和前進(jìn)、后退以及左右轉(zhuǎn)向操作桿來控制潛水艇模型在水中以三維方向航行。潛水艇模型的動(dòng)力由模型內(nèi)部的鋰電電池組供給，控制采用聲納遙控技術(shù)和無線電技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。展品主要展示密度變化引起沉浮的現(xiàn)象。潛水艇通過先進(jìn)的聲納遙控裝置來控制潛水艇在水中下沉、上浮、前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，使展品對潛水艇的展示更完整，更具有科技性和參與性。
1.2 展品控制系統(tǒng)介紹
潛水艇展項(xiàng)由充電系統(tǒng)、聲納遙控裝置、控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。
充電系統(tǒng)用于給展項(xiàng)的鋰電組充電，保證潛水艇的能源供給。
聲納遙控裝置用于控制潛水艇的水中航行，或上浮或下沉，聲納遙控裝置發(fā)出調(diào)制后的控制數(shù)據(jù)，而位于潛水艇中的數(shù)據(jù)接收器解調(diào)出所含的控制信息，再通過控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作其中包括提供模型動(dòng)力的直流電機(jī)，給排水泵以及氣囊等。
控制系統(tǒng)由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，此展項(xiàng)分兩部分，操作臺(tái)控制系統(tǒng)和潛水艇控制系統(tǒng)兩部分。分別處理各自的運(yùn)行指令。潛水艇具有防滲透，防銹能力。
2 現(xiàn)狀
我館的展品 “潛水艇”是深受游客歡迎的互動(dòng)展品之一，經(jīng)過三年多的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)原有的控制系統(tǒng)對電池的保護(hù)和信號(hào)控制等方面存在很多不足，且缺乏模塊化的設(shè)計(jì)，在出現(xiàn)故障時(shí)，排查線路和檢測元件的工作量相當(dāng)大，不易復(fù)原。再加上“潛水艇”外表已經(jīng)老化，漏水嚴(yán)重，造成艇內(nèi)大部分元器件損壞，無法控制。
3 故障分析與改造方案
在供應(yīng)商無法對其做出改造或提供改造方案的前提下，我們通過仔細(xì)研究分析該展品的故障原因，為更好地與游客互動(dòng)，經(jīng)過可行性分析，決定有針對性地對其進(jìn)行改造，即在除了原模型的外型和結(jié)構(gòu)不變下，重新設(shè)計(jì)電子電路，對“潛水艇”的核心系統(tǒng)做出全面的改造，讓“潛水艇”能再次“服役”。
全新的“潛水艇”還是采用單片機(jī)電路作為主要控制電路，從實(shí)際情況出發(fā)，應(yīng)用模塊化電路的設(shè)計(jì)理念，加入了遙控發(fā)射接收電路，充放電保護(hù)電路，二級(jí)保護(hù)電路和電源不足指示電路等模塊，各模塊既獨(dú)立又統(tǒng)一，使系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠、穩(wěn)定，且便于以后對故障部分的排查與維修。
主要故障原因及其解決方法如下：
1）操作臺(tái)控制系統(tǒng)CPU損壞
全新控制系統(tǒng)的主要電路應(yīng)用了AT89C52作為主要處理芯片，利用其I/O口與其他設(shè)計(jì)的電路模塊進(jìn)行拼接，使得電路清晰，且便于排查故障和維修。部分代碼如圖1：
圖1
2）無線收發(fā)模塊故障
全新的遙控發(fā)射電路安裝在展品的控制臺(tái)，應(yīng)用較為常見而且相對穩(wěn)定的PT2262作為發(fā)射電路的主要組成，由于“潛水艇”的前進(jìn)和后退是同一電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，為消除人為誤操作和電路故障引致的短路現(xiàn)象，電路用繼電器實(shí)現(xiàn)互鎖。如圖2所示：
圖2 控制臺(tái)遙控發(fā)射電路
圖3 電池充放電保護(hù)電路
3）電池?fù)p壞無法充電
為了避免鋰電池的過充電和過放電的不安全問題，并防止鋰電池特性劣化，應(yīng)對鋰電池的充放電作適當(dāng)?shù)奶幚恚试谥麟娐芳尤腚姵爻浞烹姳Ｗo(hù)電路，如圖3所示。
4）電池電壓過低
為方便展教員在電源不足時(shí)及時(shí)充電，以及避免反復(fù)對鋰電池充電，延長鋰電池的使用壽命，故加入電壓不足指示電路，如圖4：
圖4 電壓不足指示電路
根據(jù)公式：Uout=R1*UI/(R1+R2) 對電池電壓進(jìn)行檢測，當(dāng)電池電壓小于Uout時(shí)（本設(shè)計(jì)Uout取12.8V，即R1和R2的比例滿足25:38即可），IC的2腳輸出低電平，接在潛水艇的頭部的紅色指示燈亮，提示充電。
4 改造后運(yùn)行情況
自2010年下半年對“潛水艇”展品的控制部分重新設(shè)計(jì)改造后，展品存在的故障和不可靠因素得到排除，展品的可靠性和可操控性都得到了很大的提高，運(yùn)行至今未出現(xiàn)電氣故障，運(yùn)行狀態(tài)良好，提升了展品的展示效果。
關(guān)鍵詞 電纜控制；軌道電路；信號(hào)燈；點(diǎn)燈方案
中圖分類號(hào)U21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）101-0194-02
0 引言
包蘭線鐵路是我國鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾\(yùn)輸段，為了使其更好的完成國內(nèi)交通運(yùn)輸任務(wù)，鐵路部門對包蘭鐵路蘭州局管段內(nèi)，線路總長度為99.3㎞，跨越8個(gè)站的惠農(nóng)至銀川路段進(jìn)行了信號(hào)自動(dòng)閉塞改造施工工程。值得一提的是該路段正是寧夏回族自治區(qū)內(nèi)包蘭鐵路干線提速工作的關(guān)鍵路段，因此對該路段進(jìn)行信號(hào)自動(dòng)閉塞改造工作勢在必行。該工程改造的主要內(nèi)容是對該路段區(qū)間內(nèi)的64D半自動(dòng)閉塞改造為自動(dòng)閉塞系統(tǒng)，改造主要方法為ZPW-2000A無絕緣軌道電路以及車站電碼化。由于該路段站點(diǎn)間距過長，所以該路段的施工任務(wù)具有一定的施工難度。
1項(xiàng)目路段問題提出
包蘭線是我國鐵路交通主要線路之一，其對于我國西北運(yùn)輸起到了至關(guān)重要的作用。站點(diǎn)間距距離長是包蘭線的特點(diǎn)之一，其站點(diǎn)平均距離超過14.3㎞，其中個(gè)別站點(diǎn)間的距離甚至長達(dá)20㎞“惠農(nóng)～銀川”。當(dāng)站點(diǎn)間距過長時(shí)就會(huì)出現(xiàn)軌道電路與信號(hào)機(jī)之間距離過大的情況，這種情況的出現(xiàn)使得控制電纜必須要加長，控制電纜一旦加長不僅會(huì)給項(xiàng)目工程施工帶來問題，還容易出現(xiàn)使用安全問題。筆者在本文中僅針對兩個(gè)問題進(jìn)行探討：問題之一缺少ZPW-2000A型號(hào)的無絕緣軌道電路調(diào)整表來對超過15㎞以上的軌道電纜進(jìn)行控制；問題之二站點(diǎn)距離過長必然會(huì)導(dǎo)致電纜線路壓降增大，進(jìn)而使電纜內(nèi)電壓無法滿足線路遠(yuǎn)端信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈基本電壓的需求，為信號(hào)機(jī)的正常點(diǎn)燈工作帶來困難。包蘭線在我國鐵路運(yùn)輸?shù)牡匚环浅Ｖ匾瑸榱吮Ｕ显摼€路的正常通行和使用，解決“惠農(nóng)～銀川”路段長區(qū)間電纜控制軌道電路及信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈問題的工作刻不容緩。
2路段現(xiàn)場調(diào)查分析
想要對該路段“惠農(nóng)～銀川”的電纜控制軌道電路及信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈進(jìn)行改建施工，就必須要先對該路段的現(xiàn)場施工情況有一個(gè)詳盡的了解，為此對該路段的情況進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)該路段道渣情況較好，橋梁也都為鋼筋混凝土材質(zhì)，為軌道電路的傳輸提供了客觀條件。與此同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了該路段共存在的問題，問題之一：該路段部分有軌線路的控制電路的長度長達(dá)18㎞，（注：ZPW-2000A型號(hào)軌道電路控制電纜規(guī)定長度分為10㎞、12.5㎞、15㎞三個(gè)線路規(guī)格），18km的電路長度超出了ZPW-2000A型號(hào)控制電纜規(guī)定長度的最大規(guī)格。問題之二：電纜線路過長的情況下，會(huì)使電纜線路電壓達(dá)不到信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈要求，從而為線路行駛帶來問題。
3項(xiàng)目路段解決方案
3.1 電纜控制軌道電路過長的解決方案
想要不采用增加中繼站的辦法來解決“惠農(nóng)～銀川”路段電纜控制線路過長的問題，為了保證軌道電路和信號(hào)機(jī)能夠正常工作，可以對ZPW-2000A型號(hào)軌道電路采用電氣絕緣法。ZPW-2000A型號(hào)無絕緣軌道電路由主軌道電路以及調(diào)諧區(qū)小軌道電路兩部分組成，其中調(diào)諧區(qū)小軌道電路部分的主要工作任務(wù)是為主軌道電路進(jìn)行延續(xù)，該電路部分不僅有抗干擾性能高的優(yōu)點(diǎn)，還具有傳輸性能好的優(yōu)點(diǎn)。電氣絕緣法對該路段的使用有效的將該軌道電路與其他軌道的電路區(qū)分開來，從而消除了機(jī)械絕緣而導(dǎo)致的火車車輪對軌道的沖擊影響。為了實(shí)現(xiàn)對“惠農(nóng)～銀川”路段控制電纜過長情況的控制與處理（最長長度為18㎞），根據(jù)對ZPW-2000A型號(hào)軌道電路系統(tǒng)技術(shù)性的分析，設(shè)計(jì)出了對長度為15㎞～18㎞電纜控制的軌道電路調(diào)整表。其規(guī)格要求為當(dāng)控制電纜長度為18㎞時(shí)，軌道電路的長度必須要低于700m。
3.2信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈問題的解決方案
根據(jù)對該路段實(shí)際情況的調(diào)查與分析，得出可以采用提高室內(nèi)點(diǎn)燈電源電壓的方法，來解決信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電壓不足的問題。雖然電流的增大會(huì)導(dǎo)致控制電纜壓降增大，但在其壓降增大的同時(shí)室外點(diǎn)燈的電壓會(huì)隨著壓降增大的幅度出現(xiàn)電壓增高的情況，進(jìn)而滿足信號(hào)機(jī)燈端點(diǎn)燈的電壓需求，因此采用提高室內(nèi)點(diǎn)燈電源電壓的方法來解決信號(hào)機(jī)控制電纜過長而導(dǎo)致點(diǎn)燈電壓不足的問題是具有可行性的。
想要使用提高室內(nèi)點(diǎn)燈電源電壓的方法來解決信號(hào)機(jī)控制電纜過長而導(dǎo)致點(diǎn)燈電壓不足的問題，需要經(jīng)過非常繁瑣、復(fù)雜的計(jì)算。首先要對室內(nèi)電源電壓提高的參數(shù)進(jìn)行精密的計(jì)算，并選擇出與室外點(diǎn)燈設(shè)備匹配效果最好的室內(nèi)點(diǎn)燈變壓器，經(jīng)過計(jì)算得出可以采用BGT型號(hào)隔離變壓器作為室內(nèi)點(diǎn)燈電源電壓的提升設(shè)備工具，通過將其與室內(nèi)點(diǎn)燈設(shè)備的并聯(lián)，來增加電纜欣羨從而達(dá)到提高信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電壓的目標(biāo)。由于該路段最長站間距為18㎞，所以該問題必須要考慮這一距離，所以設(shè)計(jì)人員又將18㎞設(shè)置為電纜線路長度來進(jìn)行電路電壓的計(jì)算，經(jīng)過計(jì)算得出信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電壓為176V；電纜芯線的壓降為129.6V；遠(yuǎn)端信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電壓為305.6V。由計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)18㎞電纜線路的信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電壓的實(shí)際要求為305.6V，那么將室內(nèi)點(diǎn)燈變壓器的輸出電壓調(diào)整為320V，即可滿足遠(yuǎn)端信號(hào)機(jī)的點(diǎn)燈電壓要求。
4 結(jié)論
經(jīng)過對包蘭線蘭州局管內(nèi)惠農(nóng)至銀川線路工程施工段的改造，有效的將包蘭線該路段長區(qū)間的軌道電路進(jìn)行了恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并對該路段信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈的問題成功解決。另外，該路段施工還克服了該路段站點(diǎn)間距過長的困難，可以不需要在過長的站點(diǎn)間距當(dāng)中設(shè)置設(shè)備中繼站，在保證該路段正常工作的同時(shí)，大大降低了工程造價(jià)。目前該路段已經(jīng)完成施工投入使用，該項(xiàng)目施工的成功經(jīng)驗(yàn)不僅為鐵路工程設(shè)計(jì)研究提供了新的思路，還為我國其他線路的自動(dòng)閉塞改造工程設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】DRM改造分析；具體改造方法；實(shí)驗(yàn)與結(jié)論
現(xiàn)有中波廣播發(fā)射機(jī)能否滿足DRM改造要求，決定于承擔(dān)單獨(dú)DRM載波的能力，及在固定分配的帶寬內(nèi)承載數(shù)字碼流的能力。實(shí)現(xiàn)DRM廣播，被改造的發(fā)射機(jī)要滿足條件包括噪聲、群時(shí)延和帶寬，和能適應(yīng)帶寬要求的匹配網(wǎng)絡(luò)。
為實(shí)現(xiàn)DRM數(shù)字化調(diào)幅廣播的技術(shù)改造，傳統(tǒng)模擬AM廣播發(fā)射系統(tǒng)需要對音頻前端進(jìn)行數(shù)字化改造即增加DRM編碼/調(diào)制器，和對發(fā)射機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)改造。DRM編碼調(diào)制器產(chǎn)生的DRM基帶信號(hào)為I/Q分量信號(hào)，以及通過I/Q分量信號(hào)計(jì)算得到的包絡(luò)信號(hào)。其幅度變化分量送到現(xiàn)有模擬AM發(fā)射機(jī)的調(diào)制通道；I/Q分量信號(hào)通過RF頻率合成器并變換為RF相位分量（Φ），送到現(xiàn)有AM發(fā)射機(jī)激勵(lì)通道。I/Q信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，在頻率合成器中進(jìn)行相位計(jì)算，并對直接數(shù)字頻率合成器（DDS）產(chǎn)生的射頻載波信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，相位調(diào)制的射頻載波饋入發(fā)射機(jī)、代替發(fā)射機(jī)激勵(lì)器產(chǎn)生的等幅載波，包絡(luò)信號(hào)饋入發(fā)射機(jī)音頻輸入端口，利用發(fā)射機(jī)的調(diào)幅功能實(shí)現(xiàn)對調(diào)相載波的幅度調(diào)制。然后將放大后的包絡(luò)信號(hào)和相位信號(hào)送到混頻電路中進(jìn)行棍頻，實(shí)現(xiàn)DRM信號(hào)的功率放大與調(diào)制。這種方式充分利用了AM發(fā)射機(jī)的現(xiàn)有電路和設(shè)備。
一、DRM改造分析
模擬調(diào)幅AM廣播發(fā)射機(jī)處理音頻信號(hào)采用模擬技術(shù)或部分實(shí)現(xiàn)了數(shù)字技術(shù)。實(shí)現(xiàn)DRM數(shù)字化廣播技術(shù)要求傳輸數(shù)字信號(hào)需要對設(shè)備進(jìn)行針對性的改造。傳統(tǒng)AM調(diào)幅廣播在功率放大部分之前音頻通道和RF通道相互獨(dú)立，功率放大合成后輸出調(diào)幅波。DRM廣播需要通過DRM編碼器對模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)對設(shè)備進(jìn)行硬件改造，加裝軟件。圖1為數(shù)字調(diào)幅廣播（DRM）發(fā)射系統(tǒng)改造流程圖。
DRM編碼調(diào)制器包括音頻編碼電路、復(fù)用器、接口電路、信道編碼電路和OFDM模塊等部分電路。發(fā)射機(jī)硬件改造模塊包括數(shù)字RF激勵(lì)器、音頻通道數(shù)字處理電路和調(diào)整音頻與相位的延時(shí)系統(tǒng)電路。
要實(shí)現(xiàn)在模擬AM發(fā)射機(jī)上傳輸DRM信號(hào)，就要將由信道編碼器產(chǎn)生的數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制到發(fā)射機(jī)工作頻率上，實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能需要使用數(shù)字RF激勵(lì)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的載波發(fā)生器。模擬AM發(fā)射系統(tǒng)音頻信號(hào)的處理為模擬方法，處理的音頻信號(hào)不能滿足DRM廣播系統(tǒng)的技術(shù)要求，需要對音頻處理系統(tǒng)進(jìn)行專門數(shù)字化改造。由于音頻通道和相位通道處理的信號(hào)路徑與過程不同（包絡(luò)信息和數(shù)字信息），最后由混頻器進(jìn)行信號(hào)合成時(shí)將產(chǎn)生時(shí)延，這將導(dǎo)致DRM數(shù)字廣播信號(hào)不能正常發(fā)射，解決音頻通道信號(hào)和相位通道信號(hào)的延時(shí)控制問題需要將由信道編碼器輸出的數(shù)字基帶信號(hào)分別送至音頻通道和相位通道，即滿足相位信息和包絡(luò)信息輸入不同的通道。
通過分析可知，要實(shí)現(xiàn)模擬AM發(fā)射機(jī)的數(shù)字化改造，需要克服的技術(shù)難點(diǎn)可以通過增加數(shù)字RF激勵(lì)器、在音頻通道上加裝數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，增加音頻通道和相位通道的延時(shí)調(diào)整系統(tǒng)來解決。
二、具體改造方法
我們采用DX10KW中波發(fā)射機(jī)作為改造對象。DX系列發(fā)射機(jī)有固有的寬帶設(shè)計(jì)、群延時(shí)小、出色的信噪比和出色的寬帶輸出等幾個(gè)方面的優(yōu)勢。采用DX發(fā)射機(jī)可以快速、方便，使用小的投入來實(shí)現(xiàn)中波高質(zhì)量DRM的過渡。
由前面的分析可知，模擬AM廣播發(fā)射系統(tǒng)的DRM數(shù)字化的改造需要對發(fā)射機(jī)音頻系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化處理和支路延時(shí)系統(tǒng)改造、增加數(shù)字RF激勵(lì)器、編碼調(diào)制器。結(jié)合對DX10KW發(fā)射機(jī)的工作原理分析，數(shù)字化改造需要對硬件改造部分包括激勵(lì)器電路和模擬輸入電路，及模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，和更換RF數(shù)字激勵(lì)器。對控制部分的軟件進(jìn)行改造升級(jí)，設(shè)置調(diào)制參數(shù)等。現(xiàn)在確定調(diào)幅模擬發(fā)射機(jī)的數(shù)字化改造方案見圖2。通過對DX發(fā)射機(jī)的原理分析，我們確定的改造方法按如下步驟進(jìn)行。
1）對需要改造的DX發(fā)射機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試并對技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測試，將改造前發(fā)射機(jī)的失真度、頻率響應(yīng)度和信噪比三大指標(biāo)優(yōu)化，使發(fā)射機(jī)處于最佳的穩(wěn)定工作狀態(tài)。
2）改造原發(fā)射機(jī)的模擬輸入電路，將貝塞爾濾波器電路旁路。DRM數(shù)字化廣播要求的頻帶較寬，貝塞爾濾波器限制了帶寬展寬，因此該通路必須被旁路以提供直流通道。模擬輸入板上用于直流電平控制和平滑濾波的輸入濾波器需要改成直流耦合輸入。調(diào)整直流電平滿足DRM調(diào)制器要求，控制載波功率輸出的直流輸入由數(shù)字激勵(lì)器提供，來自模擬輸入電路的直流輸出電平需要減小，可以通過調(diào)整模擬輸入板上的分壓電位器和電阻實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓降低。為了滿足頻譜要求，需要去除72K三角波振蕩器，在模擬廣播下，少量的72K三角波信號(hào)可以起到平滑調(diào)制信號(hào)的作用，在DRM數(shù)字廣播下，這個(gè)信號(hào)需要被去除。
3）去掉原發(fā)射機(jī)的激勵(lì)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和音頻處理器電路，由發(fā)射機(jī)的數(shù)字化改造模塊電路替代，完成RF載波信號(hào)產(chǎn)生，音頻信號(hào)的數(shù)字處理等。可以通過兩個(gè)辦法實(shí)現(xiàn)更換RF激勵(lì)器和音頻處理電路，來提供數(shù)字音頻信號(hào)和RF信號(hào)到發(fā)射機(jī)的方法：通過外置DRM 數(shù)字編碼/調(diào)制器來輸出RF信號(hào)替代原發(fā)射機(jī)提供的載波信號(hào)；在原發(fā)射機(jī)上加裝DRM 數(shù)字編碼/調(diào)制器，原發(fā)射機(jī)的激勵(lì)器電路改為DRM 數(shù)字編碼/調(diào)制器，作為DRM發(fā)射機(jī)的RF源來提供OFDM調(diào)制的DRM信號(hào)。使用數(shù)字編碼/調(diào)制器自帶系統(tǒng)軟件來進(jìn)行系統(tǒng)的環(huán)路自檢，設(shè)置DRM發(fā)射系統(tǒng)的各種傳輸參數(shù)。數(shù)字編碼/調(diào)制器的另一個(gè)重要作用是能夠調(diào)整發(fā)射機(jī)的包絡(luò)信號(hào)和相位信號(hào)的延時(shí)。DRM系統(tǒng)的傳輸方式、業(yè)務(wù)選擇、功能設(shè)置、參數(shù)設(shè)置都是通過設(shè)置數(shù)字編碼/調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)。
4）改造原發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)，對發(fā)射機(jī)的軟件和硬件進(jìn)行部分升級(jí)。實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對DRM數(shù)字編碼/調(diào)制器的通訊與監(jiān)控。對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，擴(kuò)展存儲(chǔ)空間，增加在DRM工作模式下的各種命令和控制流程。增加新增數(shù)字設(shè)備的檢測功能，升級(jí)自檢系統(tǒng)。
5）按照改造方案框圖（圖2）進(jìn)行各功能單元的電纜連接，然后對發(fā)射機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，確保發(fā)射試驗(yàn)可以順利開展。
完成以上步驟后，DX發(fā)射機(jī)的DRM改造可以進(jìn)行最后的調(diào)試，發(fā)射DRM信號(hào)，進(jìn)行DRM廣播的測試。
三、實(shí)驗(yàn)與結(jié)論
在實(shí)驗(yàn)前需要準(zhǔn)備DRM專業(yè)接收機(jī)、網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀、場強(qiáng)測試儀、誤碼率分析儀和示波器等實(shí)驗(yàn)儀器。將改造的原發(fā)射機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)備份整理共改造后分析使用，將該發(fā)射機(jī)近兩年收測的場強(qiáng)數(shù)值整理出來，標(biāo)示出各收測點(diǎn)的位置和名稱。
使用網(wǎng)絡(luò)分析儀和頻譜分析儀測試發(fā)射機(jī)輸出端的帶寬和反射損耗等技術(shù)參數(shù)，對實(shí)驗(yàn)發(fā)射臺(tái)周圍進(jìn)行場強(qiáng)測試，收測位置和改造前收測位置一致。為了滿足帶寬要求，反復(fù)調(diào)整天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，滿足載波頻率點(diǎn)駐波比
經(jīng)過反復(fù)調(diào)整，發(fā)射機(jī)的數(shù)字輸出最大可達(dá)4.8KW，成功輸出DRM數(shù)字音頻信號(hào)。將發(fā)射機(jī)的輸出功率分別設(shè)置為3KW、3.5KW、4KW、4.5KW和4.8KW，輸出帶寬設(shè)置為10KHz，設(shè)置DRM工作參數(shù)為16QAM、編碼率為0.5、長交織、QPSK、A模式和AAC單聲道條件下測試。測試過程如下：
1）測試整機(jī)效率。整機(jī)效率是發(fā)射機(jī)的輸出功率與輸入功率比值。其中輸入功率包括所有供電設(shè)備消耗的總功率，輸出功率為發(fā)射機(jī)負(fù)載天線接收到的功率。測量要求整機(jī)效率要求≥75%。
2）測試信噪比。通過音頻測試儀測試信噪比，給發(fā)射機(jī)輸入1kHz單音頻信號(hào)，并進(jìn)行100%調(diào)制，然后段開音頻信號(hào)，即100%調(diào)制時(shí)發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)電平與純載波輸出信號(hào)噪音電平有效值之比，單位是dB，測量值要求≤-60dB。
3）頻譜在帶通濾波器之后取樣測量，發(fā)射系統(tǒng)輸出頻譜帶肩要求≥40dB。
4）測試調(diào)制誤碼率MER。調(diào)制誤碼率（MER）是反映數(shù)字信號(hào)質(zhì)量的非常重要的指標(biāo)，是調(diào)制后的符號(hào)位置與理想位置的比值。MER精確表明數(shù)字信號(hào)在調(diào)制和傳輸過程中所受到的損傷。調(diào)制誤碼率在發(fā)射機(jī)功率合成器后取樣測量，MER要求≥30dB。
通過以上指標(biāo)可以總結(jié)出信噪比和整機(jī)效率指標(biāo)隨著功率的降低而下降，頻譜帶肩和調(diào)制誤碼率指標(biāo)則隨著功率的降低而上升。
關(guān)鍵詞：實(shí)訓(xùn)設(shè)備;發(fā)動(dòng)機(jī)電路;設(shè)備改造 前言
職業(yè)學(xué)校的教學(xué)理念就是要求學(xué)校盡可能接近企業(yè)的生產(chǎn)模式，要求學(xué)校教的技能與知識(shí)盡可能從企業(yè)中來，最后又回到企業(yè)中去為企業(yè)服務(wù)[1]。職業(yè)學(xué)校是培養(yǎng)高技能型人材的學(xué)校，要求盡可能貼近行業(yè)、貼近實(shí)際教學(xué)，所以，這就要求學(xué)校的實(shí)訓(xùn)設(shè)備盡可能接近實(shí)際生產(chǎn)要求。現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備有的不能滿足要求，設(shè)備制造廠做的設(shè)備往往與實(shí)際不是很相符，再新進(jìn)設(shè)備又將受到時(shí)間、場地和資金的影響，可能還達(dá)不到預(yù)期的效果，如果對設(shè)備進(jìn)行改造將是可行的辦法，并且具有一定的推廣度。本文就對GA4D28TC型博世共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備改進(jìn)與完善進(jìn)行詳細(xì)說明。
1.GA4D28TC型博世共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備介紹
GA4D28TC型博世共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備由發(fā)動(dòng)機(jī)總成、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、原車線束、儀表總成、冷卻液溫度傳感器、油軌壓力傳感器、曲軸位置傳感器、空氣流量計(jì)、冷卻液溫度傳感器、噴油器、點(diǎn)火開關(guān)、整套散熱機(jī)構(gòu)、柴油箱和油泵總成、蓄電池、儀表、壓力表、帶有完整彩色電路原理圖面板、外接式檢測端子、智能故障設(shè)置盒總成、可移動(dòng)臺(tái)架等組成。
該設(shè)備在面板上有與電腦端子相連的孔位端子，各傳感器、執(zhí)行器的端子也連到了面板，電路圖也在面析上，且電路圖的各端子與分別與電腦子和各傳感器、執(zhí)行器的端子按電路的要求一樣連在一起，在不使用智能故障設(shè)置盒總成時(shí)，各電路都是相通的，電路圖與實(shí)物相連很直觀，接上智能故障設(shè)置盒總成時(shí)，可以利用智能故障設(shè)置盒總成對各電路進(jìn)行斷路或短路的設(shè)置，這時(shí)，在面板上測量電腦端子與各傳感器端子或面板傳感器二端子的電阻就不通或電阻為零，很直觀形象，但實(shí)樣教出來的學(xué)生到實(shí)車上將無法動(dòng)手。如果要在實(shí)物上進(jìn)行檢測，每次都要將與電腦相連的端子進(jìn)行插拔，與傳感器相連的端子進(jìn)行插拔，由于我們是針對學(xué)生教學(xué)，插拔的次數(shù)將會(huì)比較多，導(dǎo)致插頭接觸不良或損壞，給設(shè)備運(yùn)行帶來隱患，使設(shè)備使用壽命降低，為此對設(shè)備進(jìn)行重新改造。
2.GA4D28TC型博世共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備電路重新改造
2.1電路設(shè)計(jì)思路
在原電腦線束接頭中再并聯(lián)接上一個(gè)線束插頭，在相應(yīng)的傳感器或執(zhí)行器線束接頭上重新接上一個(gè)線束接頭，這樣在教學(xué)實(shí)施過程中進(jìn)行檢測時(shí)就不用拔插頭，并在具有原有的功能情況下，又在不插拔插頭的情況下來檢測電路，使學(xué)生所學(xué)的操作方法與實(shí)車一樣，與企業(yè)的實(shí)施操作一樣，由于沒有進(jìn)行插拔，延長了設(shè)備的使用壽命。
2.2實(shí)施過程
（1）購買發(fā)動(dòng)機(jī)線束：查詢發(fā)動(dòng)機(jī)線束編號(hào)及車型、發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)，找到相應(yīng)的4S店，購買與臺(tái)架一樣的發(fā)動(dòng)機(jī)線束。
（2）準(zhǔn)備或購買相應(yīng)的工量具及材料：萬用表、電絡(luò)鐵、焊絲、松香、熱收縮管、烤槍、尖嘴鉗、扒線鉗、剪刀、小刀、膠帶、插板、大頭針等。
（3）改裝過程：看懂電路圖，了解發(fā)動(dòng)機(jī)線束每一端子的含義，查找每個(gè)傳感器和執(zhí)行器與發(fā)動(dòng)線束所對應(yīng)的端子，然后將新買的線束與原線束一一對應(yīng)（針腳和顏色），剖開新買的線束，為保證準(zhǔn)確，我們每剪接一個(gè)傳感器線頭就焊上一個(gè)接頭，另一頭與發(fā)動(dòng)機(jī)電腦端子相連的端子（必須找對線）進(jìn)行焊接，焊接必須可靠。
（4）檢測過程：全部焊接好后再檢測一遍，確保無誤以后再啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，用解碼器讀取故障碼，清除故障碼，再讀取故障碼，無故障碼，說明電路及各傳感器、執(zhí)器沒有問題，再用智能故障設(shè)置盒總成對設(shè)備進(jìn)行設(shè)置故障，設(shè)備能按要求進(jìn)行設(shè)置故障，改造成功。
3.效果評(píng)估
經(jīng)過老師及學(xué)生對該設(shè)備的使用，都覺的利用這樣改造后的設(shè)備學(xué)的技能更實(shí)用，與企業(yè)實(shí)際排故及故障診斷一樣。
4.結(jié)束語
實(shí)踐證明，對實(shí)訓(xùn)設(shè)備的改造完善不但具有周期短、投入資金少的優(yōu)點(diǎn)，而且節(jié)省了大量人力、物力。經(jīng)改進(jìn)后的設(shè)備，不僅滿足了正常教學(xué)的需要，延長了設(shè)備的使用壽命，同時(shí)也解決了學(xué)校教與企業(yè)操作不一致的問題，使學(xué)生學(xué)到的技能與企業(yè)零連接。
參考文獻(xiàn)：
1、老房子是可以裝修的。
2、但是在裝修時(shí)一定要按照以下步驟進(jìn)行：前期設(shè)計(jì)主體拆改結(jié)構(gòu)優(yōu)化隱蔽工程水路優(yōu)化電路優(yōu)化墻面、地面優(yōu)化。此外，在老房改造時(shí)水電、墻面、門窗一定要重新設(shè)計(jì)、改造，這樣房屋才會(huì)更加實(shí)用、美觀。
3、一般老房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都不是很合理，所以在改造時(shí)要重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，比如：可以將廚房做成開放式廚房，但是在改造時(shí)，不可拆承重墻，以免留下安全隱患。
老房子都存在電路老化等問題，已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代家庭用電需求了，所以在房屋改造時(shí)，電路是非改造不可的項(xiàng)目之一。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
關(guān)鍵詞：西門子802S數(shù)控系統(tǒng)；控制電路
1 802S數(shù)控系統(tǒng)的基本功能與方案配置
德國西門子公司生產(chǎn)的802S數(shù)控系統(tǒng)是一種專門針對中國市場開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。它采用32位的微處理器（AM486DE2）、集成PLC，分離式小尺寸操作面板、液晶顯示器和機(jī)床控制面板。802S可以控制2～3個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給軸和一個(gè)主軸。802S數(shù)控系統(tǒng)的基本功能如下：線性插補(bǔ)軸最多3軸（開環(huán)）；一個(gè)變頻器驅(qū)動(dòng)的主軸，具有主軸編碼器反饋接口；PLC模塊具有16個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，經(jīng)擴(kuò)展可以達(dá)到64個(gè)輸入點(diǎn)和64個(gè)輸出點(diǎn)；支持中/英文轉(zhuǎn)換；螺距補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償；具有RS232C串行接口，可以與計(jì)算機(jī)通信；具有故障報(bào)警信息顯示和診斷數(shù)據(jù)顯示；支持車削循環(huán)和銑削循環(huán)；刀具補(bǔ)償功能；螺旋插補(bǔ)功能；用戶程序存儲(chǔ)器256K；可以擴(kuò)展兩個(gè)電子手輪；通過特定的參數(shù)設(shè)置可以獲得示教功能。
本文C616改造方案中的配置為：選用802S NC系統(tǒng)，含顯示和操作面板；根據(jù)X軸的進(jìn)給功率要求，通過計(jì)算，選擇9Nm的步進(jìn)電機(jī)；根據(jù)z軸的進(jìn)給功率要求，通過計(jì)算，選擇12Nm的步進(jìn)電機(jī)；X軸和Z軸驅(qū)動(dòng)器，選用SETPD VEC型驅(qū)動(dòng)器；主軸變頻器采用ATV-28HU90N4變頻器；主軸編碼器采用1024線變頻器；采用lOOVA的系統(tǒng)電源隔離變壓器；系統(tǒng)電源采用24V/4.5A電源；主電機(jī)仍采用原來舊機(jī)床的電機(jī)。
2 控制電路設(shè)計(jì)
2.1 主軸電路
（1）802S 數(shù)控系統(tǒng)的主軸速度模擬量控制電壓
西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的主軸速度模擬量控制電壓為：DC-10V～+10V。其中0～+10V為主軸正轉(zhuǎn)速度控制（執(zhí)行M3指令），0～-10V為主軸反轉(zhuǎn)速度控制（執(zhí)行M4指令）。而變頻器的速度控制電壓為0～+10V，其正/反轉(zhuǎn)由變頻器的I/O端口輸入的狀態(tài)控制。如果直接把數(shù)控系統(tǒng)的速度控制模擬電壓輸出端直接與變頻器連接，將導(dǎo)致變頻器不能識(shí)別反轉(zhuǎn)控制電壓而不能實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。電路KAl、KA2用于控制變頻器的正反轉(zhuǎn)，KA3用于對速度控制電壓的極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證變頻器的速度控制電壓在反轉(zhuǎn)時(shí)也為0-+10V。
（2）變頻器故障報(bào)警輸出
變頻器的故障報(bào)警輸出作為系統(tǒng)的報(bào)警輸入，如果主軸出現(xiàn)過流、短路、過熱等故障時(shí)均可及時(shí)停止系統(tǒng)的運(yùn)行，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
2.2 軸限位與參考點(diǎn)返回電路
（1）軸的限位輸入端設(shè)置為負(fù)邏輯
采用負(fù)邏輯控制：使用限位行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)限位開關(guān)沒有壓下時(shí)I/O點(diǎn)與24V接通，當(dāng)限位開關(guān)被壓下I/O點(diǎn)與24V斷開，機(jī)床限位。這種接法消除因線路開路而產(chǎn)生限位失靈現(xiàn)象，提高了限位電路的可靠性。限位輸入端采用負(fù)邏輯需對系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。采用負(fù)邏輯輸入的方法，這樣有利于提高數(shù)控機(jī)床的可靠性和安全性。本次數(shù)控改造使用的數(shù)控系統(tǒng)為西門子802S數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)邏輯輸入要軟件、硬件兩方面配合才能實(shí)現(xiàn)。
圖2.1所示的是負(fù)邏輯輸入的連接方法，信號(hào)輸入使用行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)。在正常情況下SQl是閉合的，該輸入點(diǎn)的邏輯值為“1”，當(dāng)SQl被壓下斷開時(shí)輸入點(diǎn)邏輯值為“0”。這時(shí)要求通過數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置或修改PLC程序把該點(diǎn)邏輯值“1”設(shè)定為無效狀態(tài)，而邏輯值“0”設(shè)定為有效狀態(tài)。如果從+24V端子到PLC的輸入點(diǎn)之問的線路出現(xiàn)開路或接觸不良時(shí)，該點(diǎn)被認(rèn)為有效，機(jī)床會(huì)立即報(bào)警，必須在電路連接良好的情況下機(jī)床才能正常運(yùn)行。這種方法排除了因限位電路開路而造成故障的可能性，機(jī)床的安全性得到提高。
b.軟件設(shè)置
負(fù)邏輯需要把邏輯“1”改為無效狀態(tài)而邏輯“0”為有效狀態(tài)，是通過在西門子SINUMERIK 802S數(shù)控系統(tǒng)中改變參數(shù)實(shí)現(xiàn)的。
（2）參考點(diǎn)返回采用關(guān)方式
用行程開關(guān)做參考點(diǎn)返回減速開關(guān)，用接近開關(guān)作為參考點(diǎn)檢測開關(guān)。在各軸返回參考點(diǎn)時(shí)，先高速運(yùn)動(dòng)到參考點(diǎn)返回減速開關(guān)，將其壓下后反向慢速逼近參考點(diǎn)，到參考點(diǎn)檢測開關(guān)后完成參考點(diǎn)返回。由于這種方法使各軸在達(dá)到參考點(diǎn)前速度較低（可通過參數(shù)設(shè)定改變），所以精度較高并且可以消除絲杠的反向間隙。
2.3 電動(dòng)刀架控制電路
電動(dòng)刀架的刀位檢測霍爾元件為輸出電路為集電極開路輸出方式，不能與數(shù)控系統(tǒng)直接相連，需要在各刀位檢測電路輸出端添加集電極上拉電阻。如圖2.2所示。
2.4 驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接線路
驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接電纜采用數(shù)控系統(tǒng)配置的專用動(dòng)力電纜。為保證步進(jìn)電機(jī)的相序準(zhǔn)確，必須按照系統(tǒng)說明書的要求連接，否則步進(jìn)電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.5 系統(tǒng)接地電路
接地包括系統(tǒng)電源接地和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接地。分別如圖2.3、2.4所示。
良好合理的接地是系統(tǒng)可靠工作的重要保證。為提高系統(tǒng)抗干擾能力各須接地的設(shè)備均通過10mm2的接地線直接與接地排相連，地線排再通過16mm2的接地線與電源系統(tǒng)的地線相連接。這種接地方法可以抑制各設(shè)備間的共態(tài)干擾。
2.6 機(jī)床參數(shù)設(shè)置及控制元件
機(jī)床參數(shù)的設(shè)置應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)電路情況、802S系統(tǒng)的操作說明書以及C616機(jī)床的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。針對C616普通車床的改造共用到如下元件：802S數(shù)控系統(tǒng)含有主機(jī) 操作面板驅(qū)動(dòng)單元、步進(jìn)電機(jī)（X軸9Nm，Z軸12Nm）；航空插件；繼電器；空氣開關(guān)；接觸器；起停按鈕；急停開關(guān)；小按鈕；三相吸收器；變壓器（用于步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器電源和照明）；導(dǎo)線；電纜；風(fēng)扇（用于強(qiáng)電柜散熱/操作柜散熱）；熱縮管；線號(hào)管；電源指示燈；蜂鳴器；線槽和卡軌。
結(jié)論
本文對C616普通車床進(jìn)行基于西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控化改造，設(shè)計(jì)了其中主軸電路、刀架控制電路等部分。對完成改造后的機(jī)床進(jìn)行安裝、調(diào)試，其性能滿足用戶使用要求。
參考文獻(xiàn)
在歐美等發(fā)達(dá)國家，理論與實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時(shí)比一般為1：2或1：3，遠(yuǎn)高于國內(nèi)大部分理工科高校。長期以來，國內(nèi)理工類高校實(shí)驗(yàn)占教學(xué)之比重較低，普遍存在重理論輕實(shí)踐的傾向，這樣不利于人才的培養(yǎng)。教育部和財(cái)政部等單位于2012年2月了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實(shí)踐育人工作的若干意見》，[1]文中針對加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)提出了明確的要求和具體的措施。其中第5條指出：深化實(shí)踐教學(xué)方法改革，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)方法是專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容。因此，需要從學(xué)生能力培養(yǎng)著手，對過去單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法和形式等方面做進(jìn)一步的探討和改革。
一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整
“電路”課程高等工科院校是電子信息類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。我校電子信息工程學(xué)院12版教學(xué)大綱規(guī)定，電氣類專業(yè)的“電路”理論課程在大一的下學(xué)期開設(shè)，教學(xué)共計(jì)劃84學(xué)時(shí)，其中理論課時(shí)占64個(gè)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)占12個(gè)，共安排6次。實(shí)驗(yàn)涉及到的課程主要內(nèi)容有：電路的基本概念與基本定律、電阻元件的VCR，電源的等效變換、線性電路的基本分析方法、基本定理、含有理想運(yùn)放的電路分析、一階電路的時(shí)域分析、二階電路的時(shí)域分析、正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析等。
針對新形勢下對人才培養(yǎng)的要求，“電路”課程的實(shí)踐教學(xué)改革應(yīng)該采取對不同教學(xué)對象因材施教、人盡其才的分層次教學(xué)方法，實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容和形式應(yīng)多樣化。作為民族院校，生源的差異性較大，對基礎(chǔ)較差的學(xué)生要求完成必做的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；對基礎(chǔ)較好的學(xué)生除完成基本要求之外，還要完成綜合性實(shí)驗(yàn)；對動(dòng)手能力強(qiáng)和創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)的學(xué)生，可分成興趣小組，完成設(shè)計(jì)性和自定項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)。分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以充分調(diào)動(dòng)不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，為社會(huì)的發(fā)展培養(yǎng)和提供各種急需的復(fù)合型人才。[2]
在“電路”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整上，將原來只要求做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)和硬件實(shí)驗(yàn)兩大部分，其中硬件實(shí)驗(yàn)又劃分為驗(yàn)證性、綜合提高性和設(shè)計(jì)性三個(gè)層次。
將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入“電路”實(shí)驗(yàn)，[3-4]采用EWB計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證性、測試性、設(shè)計(jì)性、糾錯(cuò)性和創(chuàng)新性等不同形式的針對性訓(xùn)練，有效地培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)提高分析、應(yīng)用和創(chuàng)新能力。而且，對復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過程在計(jì)算機(jī)仿真過程中會(huì)更便捷高效，可保證一些高壓強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)的安全性。安排的相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括電路的直流分析、一階RC電路的瞬時(shí)響應(yīng)、二階RLC串聯(lián)電路的瞬時(shí)響應(yīng)、電路的交流分析等。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)安排兩次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在以上指定實(shí)驗(yàn)中選做。
實(shí)驗(yàn)硬件化三個(gè)層次的教學(xué)內(nèi)容安排如下：
1.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)也是基本實(shí)驗(yàn)，教學(xué)計(jì)劃改革后保留少量的2-3個(gè)驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，要求所有的學(xué)生一人一組獨(dú)立完成。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的部分實(shí)驗(yàn)電路已模塊化，在電路板上連接好；另外的一部分實(shí)驗(yàn)電路要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，自己用給定的元器件在面包板上搭建實(shí)驗(yàn)電路。鑒于學(xué)生剛接觸電路實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在完成指定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同時(shí)，熟悉各種常規(guī)電子儀器儀表的使用，掌握對電路中關(guān)鍵物理量的測量方法，掌握常用元器件的識(shí)別方法，以及掌握搭建電路的基本技能，學(xué)會(huì)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理方法，旨在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的良好的工作態(tài)度和腳踏實(shí)地的科學(xué)作風(fēng)。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：電阻元件伏安關(guān)系的測試、受控源特性的測試、疊加定理的驗(yàn)證、直流電路中戴維寧等效和諾頓等效、交流等效參數(shù)的測量等。
2.綜合提高性實(shí)驗(yàn)
綜合提高性實(shí)驗(yàn)的目的是一方面要求學(xué)生能合理地選擇和使用元器件，另一方面培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的基本功和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，提高分析問題和解決問題的能力，以及撰寫小論文的能力，使一部分學(xué)生能夠脫穎而出。學(xué)生按照老師提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)電路、寫出實(shí)驗(yàn)步驟、并估算各元件參數(shù)。實(shí)驗(yàn)可讓不同層次的學(xué)生進(jìn)行組合，不再局限于一人一組，安排1-2個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。內(nèi)容包括：電阻網(wǎng)絡(luò)分壓電路設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)調(diào)諧電路的設(shè)計(jì)、運(yùn)算放大器與有源器件、最大功率傳輸和匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)等。
3.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要著重培養(yǎng)學(xué)生的靈活運(yùn)用理論知識(shí)的想象力和創(chuàng)新能力，為社會(huì)的發(fā)展輸送高素質(zhì)的專業(yè)人才。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生提出了更高的要求，不再要求所有學(xué)生參加，將有選擇性地挑選有基礎(chǔ)扎實(shí)、能力強(qiáng)、有潛力和精力的學(xué)生參加，將他們分成興趣小組，由指導(dǎo)教師專門指導(dǎo)其完成設(shè)計(jì)性和自定項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)。通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)一步挑選，讓其中能力強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)入學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，重點(diǎn)培養(yǎng)他們參加全國各類電子設(shè)計(jì)制作競賽，以獲得更多的成長機(jī)會(huì)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括：非正弦周期信號(hào)與選頻濾波電路的研究、波形產(chǎn)生和波形變換器的設(shè)計(jì)、直流穩(wěn)壓源和恒流源的設(shè)計(jì)等。
在時(shí)間上，實(shí)驗(yàn)室在一定條件下對學(xué)生開放；在內(nèi)容上，除必做實(shí)驗(yàn)外，還安排有選作實(shí)驗(yàn)和采用現(xiàn)場指導(dǎo)、網(wǎng)絡(luò)答疑等多種指導(dǎo)方式；充分利用視頻、實(shí)物模型和演示等內(nèi)容豐富、形式多樣的教學(xué)手段。對不同程度學(xué)生實(shí)行因材施教。
二、硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的改造
我校“電路”試驗(yàn)教學(xué)改造前主要是依托計(jì)算與試驗(yàn)中心的電工實(shí)驗(yàn)室來完成的。該實(shí)驗(yàn)室使用的KHDG-1電工試驗(yàn)平臺(tái)由于存在使用年限長，設(shè)備老化嚴(yán)重，維護(hù)維修不方便，實(shí)驗(yàn)電路已模塊化固定，只能完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無法進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)型的試驗(yàn)，根本不能滿足新形勢下我院“電路”課程教學(xué)改革和實(shí)踐教學(xué)的要求，以及由此課程展開的培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能和創(chuàng)新活動(dòng)能力的需要。由此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的改造，自制了試驗(yàn)箱，改造后的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能主要表現(xiàn)在：
針對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)中的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)電路模塊化；針對綜合提高性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可以在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上自由搭建實(shí)驗(yàn)電路。
引入該電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后，使得“電路”實(shí)踐教學(xué)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
新的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)制作和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整，以及配套實(shí)驗(yàn)教材的編寫。給任課老師一個(gè)提高理論教學(xué)與實(shí)踐能力的機(jī)會(huì)，尤其是對年輕教師，由此得到了鍛煉，從而促進(jìn)了教學(xué)改革，使教學(xué)質(zhì)量真正得到了提高。
新的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)施與使用，使學(xué)生盡快接觸到實(shí)際的電路元器件，熟練掌握元器件的識(shí)別與合理選擇及其正確使用，以及熟練掌握搭建電路的技能，在教學(xué)上可以靈活設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。
通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)用性。靈活多樣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，真正的使學(xué)生通過本課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練后，具備從事電路設(shè)計(jì)的基本技能和實(shí)踐能力。
為創(chuàng)新性活動(dòng)提供了一個(gè)良好的條件。實(shí)驗(yàn)不再局限于課本上的理論知識(shí)的驗(yàn)證，綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)了學(xué)生靈活運(yùn)用理論知識(shí)的應(yīng)用能力，為學(xué)生提早進(jìn)入各種課外科技活動(dòng)、各類電子設(shè)計(jì)競賽等活動(dòng)提供了良好的條件。
實(shí)現(xiàn)了資源共享和優(yōu)化。新的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的研制及使用，不僅降低了試驗(yàn)教學(xué)的成本，而且改造后的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也適用于其他專業(yè)相關(guān)學(xué)院如生醫(yī)學(xué)院、計(jì)算機(jī)學(xué)院等同類課程的試驗(yàn)。
三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革后的效果
改造后的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)經(jīng)過兩年多的實(shí)踐，表現(xiàn)出良好的教學(xué)效果，主要體現(xiàn)在以下方面：
1.規(guī)范和完善了教學(xué)體系和教材建設(shè)
根據(jù)新的教學(xué)大綱重新編寫了實(shí)驗(yàn)教材， 增加了提高性、綜合設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，符合了不同層次的教學(xué)對象，給學(xué)生個(gè)性的發(fā)展提供了空間和自由，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。
2.獨(dú)立性、自信心和學(xué)習(xí)積極性得到了鍛煉和提高
改造后的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)性價(jià)比高，可操作性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)一人一組，真正使每個(gè)學(xué)生主動(dòng)參與到實(shí)驗(yàn)中去，切切實(shí)實(shí)的通過實(shí)驗(yàn)達(dá)到提高，學(xué)生普遍反映效果好。基本實(shí)驗(yàn)的完成效果非常好，大部分學(xué)生的自信心得到了很大的提升，所有學(xué)生的積極性都有明顯的改變。
3.提高了理論知識(shí)的靈活應(yīng)用能力
由改造后的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來實(shí)行分層次教學(xué)，最大限度提高了對理論知識(shí)的掌握和實(shí)踐的能力，使學(xué)生能真正透徹理解電路的基本概念并牢固記憶，切實(shí)掌握實(shí)驗(yàn)的基本技能和基本方法，并將課本知識(shí)靈活的運(yùn)用到實(shí)際問題中，提高了分析問題和解決問題的能力。
4.創(chuàng)新能力提高
綜合提高性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施，充分發(fā)展學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和個(gè)人專長，提高了靈活掌握和運(yùn)用理論知識(shí)的能力，培養(yǎng)和提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力。
5.利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)提高設(shè)計(jì)能力
將 EWB計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入電路實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在仿真時(shí)可以放心大膽地連接電路，大大地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，教師著重引導(dǎo)學(xué)生對一個(gè)實(shí)驗(yàn)嘗試多種電路，比較優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的方案，比較仿真軟件的分析方法、測量方法與硬件電路的異同以及測量結(jié)果的差異，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題。
Abstract: Since there is no protective equipment in the stabilized soil mixing plant, accidents always happen threaten the safety of the persons. PLC is used to reform the WCD-500 to strengthen the control circuit because it has the advantage of low cost and effective. At the same time, PLC is used to start Y-Δ, saving intermediate relay, simplifying the control circuit to reduce the failure rate.
關(guān)鍵詞:PLC控制;WCD-500型穩(wěn)定土拌和站;Y-Δ啟動(dòng);程序設(shè)計(jì)
Key words: PLC control; WCD-500-type stabilized soil mixing station; Y-Δ start; programming
中圖分類號(hào):TU64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2010)04-0233-01
0引言
WCD-500型穩(wěn)定土拌和站攪拌鍋沒有防護(hù)設(shè)施,工人在清理拌和站攪拌鍋的時(shí)候,時(shí)常發(fā)生人員生命安全事故,通常,這些事故危害大,影響惡劣,給施工工作帶來阻礙,給家庭帶來破壞,給公司帶來經(jīng)濟(jì)損失。而且,WCD-500型穩(wěn)定土拌和站自動(dòng)化程度低,人員操作復(fù)雜,一旦進(jìn)入大干,操作人員往往加班加點(diǎn),時(shí)間一長,思想疲勞,人員疲憊,操作不及時(shí)時(shí)常發(fā)生,操作錯(cuò)誤也屢見不鮮,為了人身安全,生產(chǎn)安全,減輕人員操作強(qiáng)度,結(jié)合我公司W(wǎng)CD-500型穩(wěn)定土拌和站的實(shí)際情況,采用PLC對WCD-500型穩(wěn)定土拌和站進(jìn)行改造,取得了良好的效果。此舉措不僅可以大大地降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,方便操作,節(jié)省大量的精力,而且在電氣系統(tǒng)運(yùn)行可靠性有了顯著提高,清理拌和站攪拌鍋的工人的人身安全有了保障,工程的順利進(jìn)展有了可靠保障。同時(shí)降低了穩(wěn)定土拌和站的故障率,提高了穩(wěn)定土拌和站的利用率,提高了公司的經(jīng)濟(jì)效益。
1 WCD-500型穩(wěn)定土拌和站PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 電氣系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)思路
為了人身、生產(chǎn)安全,我們在對WCD-500型穩(wěn)定土拌和站改造中著重增強(qiáng)安全防護(hù)方面的設(shè)計(jì),同時(shí),對WCD-500型穩(wěn)定土拌和站大功率電機(jī)的控制電路進(jìn)行改造,將PLC應(yīng)用到控制電路中,將消除繼電器斷線不能正常啟動(dòng)、啟動(dòng)時(shí)形成的弧光短路等故障。在具體設(shè)計(jì)思想上維持原繼電器、接觸器控制系統(tǒng)的邏輯順序和控制原理,在應(yīng)用中取得良好的效果。
1.2 PLC的I/O點(diǎn)數(shù)選定
在控制電路中,輸入PLC的控制信號(hào)為32點(diǎn),包括操作指令信號(hào)(如操作控制、按鈕開關(guān)等元件的觸點(diǎn)信號(hào))和拌和站狀態(tài)信號(hào)(如卸料倉門狀態(tài)信號(hào)、存料倉門狀態(tài)信號(hào)、空壓機(jī)氣壓狀態(tài)信號(hào)、拌合站拌合鍋門狀態(tài)信號(hào)和拌合鍋電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信號(hào)等)。PLC輸出的控制信號(hào)點(diǎn)數(shù)為32點(diǎn),包括動(dòng)作執(zhí)行元件(各接觸器線圈的控制信號(hào))。
1.3 硬件組成
1.3.1 PLC系統(tǒng)
這是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分,采用的是日本三菱公司的FX2-80MR-D型PLC。該機(jī)型為整體式PLC機(jī),結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕,具有很強(qiáng)的抗干擾能力和負(fù)載能力,非常適合在料場的工作環(huán)境。而且FX2系列PLC機(jī)的最大的特點(diǎn)是在小型機(jī)上實(shí)現(xiàn)大型機(jī)的功能,可與計(jì)算機(jī)自由聯(lián)接。該機(jī)型有40個(gè)輸入點(diǎn)和40個(gè)輸出點(diǎn)。不帶擴(kuò)展模塊,完全滿足系統(tǒng)的要求。
1.3.2 輸出驅(qū)動(dòng)部分
因?yàn)檩敵霾糠挚刂频呢?fù)載多為感性負(fù)載,為此選用固態(tài)繼電器進(jìn)行功率放大。但在電路中未加設(shè)二極管保護(hù)和過壓吸收電路;僅在發(fā)電機(jī)回路中加裝了過壓吸收保護(hù)電路。
1.4 PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)
該控制系統(tǒng)的程序大多根據(jù)WCD-500型穩(wěn)定土拌和站原電氣原理圖的控制方式編寫。在程序設(shè)計(jì)時(shí)取消了原電路中所有的中間繼電器、時(shí)間繼電器和大部分中間起聯(lián)鎖作用的接觸器的輔助觸點(diǎn)。這些裝置的功能完全由程序控制來實(shí)現(xiàn),使電路得到了簡化且功能進(jìn)一步增強(qiáng)。拌和站的電路分兩路,一路作為拌和站和工作現(xiàn)場的照明使用,另一路作為拌和站控制和運(yùn)行供電,兩路分離,互不干擾,以供拌和站一旦出現(xiàn)事故時(shí),拌和站正常照明,方便事故處理。
在拌和站拌合鍋的門上安裝行程開關(guān),拌和站在啟動(dòng)時(shí),如果拌合鍋的鍋蓋沒有蓋好,各個(gè)電機(jī)都不工作;僅僅電鈴持續(xù)不斷的響動(dòng),提醒操作人員拌合站鍋門沒關(guān),或有人工作,不要誤操作;提醒工作人員注意,拌和站將要運(yùn)轉(zhuǎn),注意安全,及時(shí)躲避。防止工人在清理拌和站拌合鍋時(shí),被運(yùn)轉(zhuǎn)的攪拌軸,攪拌至死,發(fā)生人身安全事故。
拌和站正常開動(dòng)時(shí),旋轉(zhuǎn)開關(guān),電路接通,PLC按照設(shè)定程序自動(dòng)運(yùn)行,首先PLC定時(shí)器計(jì)時(shí),電鈴持續(xù)響動(dòng)3分鐘,定時(shí)器動(dòng)作,控制空氣空壓機(jī)的繼電器動(dòng)作,空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)空壓機(jī)的氣壓值達(dá)到要求時(shí),空壓機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)氣壓值低于要求時(shí),空壓機(jī)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)空壓機(jī)的氣壓值達(dá)到要求后,控制卸料門的PLC輸出繼電器動(dòng)作,卸料門開啟,檢驗(yàn)卸料門完好與否。然后,控制出料皮帶的電機(jī)的繼電器動(dòng)作,帶動(dòng)出料皮帶的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),出料電機(jī)運(yùn)行30秒后,控制拌和站拌合鍋的PLC輸出繼電器動(dòng)作,電路接通,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),帶動(dòng)攪拌軸運(yùn)轉(zhuǎn),30秒過后,控制上料皮帶的PLC輸出繼電器閉合,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),上料皮帶運(yùn)行。這次改造改變了拌和站原有的出料皮帶電機(jī)、攪拌鍋電機(jī)、上料皮帶電機(jī)的繼電器同時(shí)動(dòng)作,電機(jī)同時(shí)啟動(dòng),避免用電電壓瞬時(shí)減小,保護(hù)了電機(jī)。而且,有效避免人員在清理拌合鍋時(shí),電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),攪拌軸旋轉(zhuǎn),將工作人員攪拌這種事故的發(fā)生。設(shè)置了急停按鈕,在拌和站運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候,遇到特殊情況,按下此按鈕,可斷開拌和站的供電,有效保護(hù)人身、設(shè)備的安全。
2用PLC實(shí)現(xiàn)電機(jī)的Y-Δ啟動(dòng)
PLC實(shí)現(xiàn)拌合鍋攪拌電機(jī)Y-Δ啟動(dòng)的電路控制原理,與拌合鍋攪拌電機(jī)用接觸器,繼電器控制啟動(dòng)的原理一致。拌和站拌合鍋攪拌電機(jī)電路中所需要的輸入輸出點(diǎn)比較少,本電路中輸入信號(hào)有:啟動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)、熱繼電器動(dòng)作信號(hào),和拌合鍋攪拌電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信號(hào)。輸出信號(hào)多一些,因?yàn)镻LC輸出點(diǎn)的限制,需要利用小型繼電器在PLC和接觸器之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換,輸出信號(hào)有:電機(jī)Y型啟動(dòng)的繼電器、電機(jī)啟動(dòng)的主繼電器、電機(jī)Δ型啟動(dòng)的繼電器、熱繼電器動(dòng)作報(bào)警、電機(jī)Y型啟動(dòng)指示、電機(jī)Δ型轉(zhuǎn)換指示等信號(hào)。用PLC實(shí)現(xiàn)電機(jī)的Y-Δ啟動(dòng),消除繼電器斷線不能正常啟動(dòng)、啟動(dòng)時(shí)形成的弧光短路等故障,PLC以弱電控制強(qiáng)電,省去控制繼電器,節(jié)省線路減少了故障率,運(yùn)行成本低。PLC的輸入、輸出部分和固態(tài)繼電器均有發(fā)光二極管顯示,方便了檢修人員查找電氣故障,提高了檢修效率,進(jìn)而提高了拌和站的利用率。由于PLC在設(shè)計(jì)制造時(shí)充分考慮到控制現(xiàn)場的環(huán)境問題,并采取了多層次、多種有效措施來提高工作可靠性,因此,采用PLC實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制,特別適合工作環(huán)境條件較惡劣的料場。
3結(jié)束語
采用了PLC改造拌和站電氣控制系統(tǒng),改變了以往因攪拌鍋沒有防護(hù)措施,發(fā)生人身安全事故的狀況,有效保護(hù)人身、生產(chǎn)的安全,提高了公司的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。PLC的輸入、輸出部分和固態(tài)繼電器均有發(fā)光二極管顯示,方便了檢修人員查找電氣故障,提高了檢修效率,進(jìn)而提高了拌和站的利用率。
參考文獻(xiàn):
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【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 自動(dòng)化 設(shè)備自動(dòng)化 改造應(yīng)用
單片機(jī)的誕生為設(shè)備自動(dòng)化改造創(chuàng)造了途徑，提供了技術(shù)支持，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備不足，實(shí)現(xiàn)和機(jī)型設(shè)備自動(dòng)化。自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，徹底改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，有效解決了以往生產(chǎn)中機(jī)械設(shè)備危險(xiǎn)性高，操作難度大等一系列問題，提高了設(shè)備操作安全性，降低了操作難度，提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期，減少了生產(chǎn)活動(dòng)中人力物力的投入。毫無疑問，自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備當(dāng)前已成為主流生產(chǎn)設(shè)備。因此，我國在機(jī)械設(shè)備改造中應(yīng)加強(qiáng)對單片機(jī)的應(yīng)用，利用單片機(jī)提升機(jī)械設(shè)備智能化、自動(dòng)化水平。
1 單片機(jī)功能和特點(diǎn)
單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)，把具有數(shù)據(jù)信息處理能力的：中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口以及中斷系統(tǒng)等集成到一塊硅片上，構(gòu)成一種小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，如：實(shí)時(shí)控制、智能儀表、電力工業(yè)等等。單片機(jī)具有邏輯控制能力和數(shù)字控制能力，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，功耗低，而且擴(kuò)展性好，能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序，完成一系列的生產(chǎn)操作。根據(jù)使用功能的不同分為多種類型，主要類型有：通用型、工控型、專用型等。單片機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由：控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)系統(tǒng)等幾大部分組成。單片機(jī)最早出現(xiàn)于一九七一年，早期應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，九十年代應(yīng)用到電子領(lǐng)域，處理能力得到大幅度提升，主頻也已經(jīng)超過300MHz。而當(dāng)代單片機(jī)智能化、自動(dòng)化、集成化程度越來越高，且體積越來越小，更融入了納米技術(shù)，甚至已達(dá)到14 nm，不論是性能，還是功能都非常強(qiáng)大，基本實(shí)現(xiàn)模塊化，為設(shè)備自動(dòng)化改造提供了技術(shù)支持。
2 單片機(jī)在設(shè)備自動(dòng)化改造中的應(yīng)用
通過設(shè)備自動(dòng)化改造，便能實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化，使設(shè)備能在不借助人類外力輔助下，自動(dòng)完成一系列生產(chǎn)作業(yè)步驟，代替人工勞動(dòng)，能有效降低生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)力，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。因此，設(shè)備改造中應(yīng)加強(qiáng)對單片機(jī)的應(yīng)用，利用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)備自動(dòng)化改造。下面通過幾點(diǎn)來分析單片機(jī)在設(shè)備自動(dòng)化改造中的應(yīng)用：
2.1 軟件設(shè)計(jì)
單片機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)需要以軟件系統(tǒng)為依托，自動(dòng)化系統(tǒng)需要以軟件基礎(chǔ)為平臺(tái)運(yùn)行，所以設(shè)備自動(dòng)化改造中軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)占據(jù)重要位置，是整個(gè)設(shè)備自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)的核心。在軟件設(shè)計(jì)中要考慮設(shè)備對系統(tǒng)的需求，考慮功能實(shí)現(xiàn)以及各子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)。基本設(shè)計(jì)思路是將輸入的變量進(jìn)行處理和邏輯運(yùn)算后，經(jīng)由輸出口輸出，發(fā)送指令，完成操作。具體設(shè)計(jì)應(yīng)采取模塊化設(shè)計(jì)思路，基于各功能模塊的協(xié)調(diào)來進(jìn)行程序的修改與調(diào)試，降低設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)任務(wù)量。而且模塊設(shè)計(jì)容易擴(kuò)充升級(jí)，能為設(shè)備升級(jí)預(yù)留空間。
2.2 控制總電路的設(shè)計(jì)
控制總電路設(shè)計(jì)影響系統(tǒng)控制靈敏性和控制性能，是使各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的關(guān)鍵所在，若控制中電路設(shè)計(jì)方面存在問題，可能會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)失靈或誤動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。單片機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)，而且系統(tǒng)資源占用小，控制總電路設(shè)計(jì)中要考慮到控制的及時(shí)性、穩(wěn)定性、安全性，如有特殊功能需求這需要考慮特殊功能擴(kuò)展需求和中繼系統(tǒng)擴(kuò)展。另一方面，輸入和輸出電路設(shè)計(jì)方面，要對尋址方式進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確保選址方式的合理性，避免地址和數(shù)據(jù)的沖突，造成時(shí)延等問題的發(fā)生，對影響系統(tǒng)靈敏性產(chǎn)生負(fù)面影響，所以應(yīng)采用線選法和譯碼法進(jìn)行尋址功能設(shè)計(jì)。而在輸出顯示中要根據(jù)單片機(jī)時(shí)序分析，有效處理地址信號(hào)，以便于及時(shí)應(yīng)對輸入變化，鎖存輸入狀態(tài)，確保輸出的準(zhǔn)確性和有效性。
2.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
單片機(jī)軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的協(xié)調(diào)需要依靠驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，若驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)存在問題，將導(dǎo)致軟件系統(tǒng)與系統(tǒng)無法協(xié)調(diào)工作，直接影響系統(tǒng)功能。驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方面要考慮輸入輸出信號(hào)處理，自動(dòng)化控制過程的協(xié)調(diào)，端口驅(qū)動(dòng)連接方式，確保單片機(jī)與控制器件相連。開關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件有可控硅，繼電器等，執(zhí)行元件根據(jù)執(zhí)行信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)工作。
2.4 軟硬件抗干擾設(shè)計(jì)
工業(yè)生產(chǎn)用單片機(jī)工作環(huán)境特殊，所以設(shè)備自動(dòng)化改造中應(yīng)對工作環(huán)境進(jìn)行考慮，強(qiáng)化系統(tǒng)的抗干擾能力。發(fā)生干擾現(xiàn)象不僅會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，發(fā)生誤動(dòng)現(xiàn)象，而且可能導(dǎo)致癱瘓，甚至設(shè)備損壞。例如，諧波干擾、信號(hào)干擾等等。抗干擾設(shè)計(jì)方面，要從硬件抗干擾和軟件抗干擾兩方面來考慮。如，通過加裝續(xù)流二極管消除反電勢干擾。在軟件抗干擾方面，必須考慮到軟件安全和穩(wěn)定問題，確保軟件的兼容性和穩(wěn)定性。若軟件方面存在BUG或崩潰現(xiàn)象，必然會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生一系列錯(cuò)誤問題，直接影響系統(tǒng)正常，導(dǎo)致自動(dòng)化功能無法正常實(shí)現(xiàn)，甚至威脅生產(chǎn)安全，所以必須做好設(shè)計(jì)。
3 結(jié)束語
新時(shí)代背景下，社會(huì)生產(chǎn)中機(jī)械化、自動(dòng)化程度越來越高，設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展已成為必然趨勢。而單片機(jī)的出現(xiàn)為設(shè)備自動(dòng)化改造提供了可能，突破了傳統(tǒng)技術(shù)限制，解決了機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化操作與控制問題，全面提升了生產(chǎn)效率和水平，同時(shí)有效降低了生產(chǎn)成本，為企業(yè)獲得了更多利潤。但具體改造中，必須做好系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，確保設(shè)計(jì)合理性。
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