基于微机测控技术的智能伺服操作系统研究

摘要

伺服操作系统是一种典型的伺服控制系统，主要用于解决工业自动化过程中的自动伺服跟踪的控制问题。其根本任务就是通过执行机构实现被控量对给定量的及时和准确跟踪，并要具有足够高的控制精度和响应速度。近20年来，随着计算机、微电子和过程控制技术的迅速发展，智能伺服控制技术得到了迅猛发展，并迅速推动着以伺服操作器为控制主体的各种传统工业自动化测控仪器仪表的智能化、数字化改造。这一方面使智能伺服操作器在现代工业自动控制领域的应用日益广泛和重要；另一方面，又对其本身提出了更高的要求，如要求其控制精度、响应速度、实时性进一步提高，功能进一步完善化、操作智能化、简单化等。本文针对这一发展趋势与要求，在对传统的模拟伺服操作器进行研究、分析的基础上，充分应用微机测控技术、微电子技术、自动化控制理论等先进技术，研究、开发了一种基于微机控制的可远程通讯智能伺服操作系统。 该系统的主要特点是：它是一个智能化的数字伺服系统，又是一个典型的基于微机测控技术的伺服控制系统。系统集伺服放大器、电动操作器、位置发送器及远程网络式通信功能于一体，在保留对应部分原有功能的同时，还新增了逻辑实时判断、故障实时监控、LED动态显示数据、功能参数设置、掉电数据自保护、“看门狗”电路保护、位置发送器在线调节、与远程工控机数据通信等众多功能。同时，还具有小巧方便，性能稳定，反应灵敏，定位精确和性价比高等特点。它既能用于调节阀、电动执行器等工业自动化装置的智能化改造并与之配套使用，也可单独用于各种工业自动化控制过程。较好地满足了伺服操作器智能化、微型化、多功能化、高性价比的发展趋势与要求。 本论文首先根据工业现场的实际测控要求和未来的发展趋势，确定了本系统的总体功能要求和总体设计方案。然后，对本系统的各个功能模块的软、硬件设计逐一进行阐述、分析、论证。主要包括：输入、反馈信号的采集与处理模块、伺服电机的运转监控模块、系统故障监控模块、键盘监控及LED显示模块、位置发送器优化设计模块等。同时介绍了基于RS485总线的主从分布式通信网络，它使各个分散控制的智能伺服操作器可以方便地和总的工业控制系统的主控计算机联网，达到分散控制、集中处理的最优控制效果。 整个智能伺服操作系统经过多次模拟试验测试、改进、优化，现已作为成品在工业现场试验运行，其性能稳定、灵敏度高、操作方便、抗干扰能力强，深得用户好评，具有良好的应用价值和开发前景。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1引言

1.2国内外发展概况

1.3伺服系统的组成及其基本特征

1.4基于微机测控技术的伺服控制系统

1.5课题的提出及主要研究内容

2智能伺服操作系统总体研究

2.1智能伺服操作系统的开发过程概述

2.2智能伺服操作系统工作原理及总体方案研究

2.2.1工作原理及总体方案的确定

2.2.2智能伺服操作器主控微机的选择

2.3智能伺服操作系统硬件电路

2.3.1智能伺服操作系统工作过程分析

2.3.2智能伺服操作系统硬件

2.4操作系统总体软件

2.5执行机构简介

3智能伺服操作器(下位机)的硬件构成及分析

3.1单片机资源及其分配

3.1.1单片机资源的分配

3.1.2单片机外围扩展电路

3.1.3监控电路

3.2数据采集及A/D转换电路

3.2.1信号的I/V转换和放大滤波

3.2.2 A/D转换接口电路

3.3伺服电机控制及驱动电路

3.4掉电数据自保护电路

3.4.1 DS1216C的结构和读写方式

3.4.2 DS1216C与单片机的接口电路

3.5位置发送器控制电路

3.5.1反馈信号转换电路工作原理

3.5.2用数字电位器优化电路设计

3.6人机接口电路

3.6.1 LED显示电路

3.6.2故障监控报警电路

3.6.3键盘电路

3.7串行通信电路(略)

4基于RS485通信网络的主从式分布系统研究

4.1 PC机与单片机(智能伺服操作器)之间通信方式选择

4.2主从分布式网络结构

4.3 RS485接口电路的具体实现

4.3.1单片机侧RS485接口电路

4.3.2 PC机侧RS232/RS485转换器的研究

4.4主从分布式控制系统软件

4.4.1多机通讯原理及各从机的协调控制

4.4.2 RS485主从式多机通信系统的通信软件

4.5本章小结

5智能伺服操作系统单片机软件系统及分析

5.1单片机程序框架

5.2初始化程序

5.3功能参数设置程序(键盘逻辑判断模块)

5.4输入、反馈信号的A/D转换

5.5故障监控及电机保护处理子程序

5.5.1电机堵转故障判别及保护子程序

5.6伺服电机运转控制子程序

5.7数据转化及显示子程序

5.7.1输入信号和反馈信号的转换及显示

5.7.2参数设置过程的显示及数据转换

5.8日历刷新及数据SRAM区存储子程序

全文总结

致谢

参考文献

附录