工控程序设计范文

工控程序设计范文（精选11篇）

工控程序设计 第1篇

《工控程序设计》课程的学习, 可以使学生对程序设计的基本编程规则与应用开发有一个比较全面的了解和认识, 并最终能熟练掌握程序设计的理论知识和实际操作, 并在此基础上开发出一些中小型的应用软件, 也为以后学习和工控相关的专业知识以及工控应用软件打下牢固的理论知识基础和实践基础。课程采用“教、学、做”一体化的教学方式和项目教学法。在教学过程中, 根据实际条件, 适应时代发展, 针对本课程教学过程中存在的问题做了一系列的课程教学改革探索。

二、探索项目教学法在本课程的应用

项目教学法是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动, 其目的是在课堂教学中把理论与实践有机地结合起来, 充分发掘学生的创造潜能, 提高学生解决实际问题的综合能力。项目教学法是按行动回路设计教学思路, 按照“资讯—计划与决策—实施—检查—评价”的步骤进行教学活动。以课程教学中的:“项目四:分支程序设计—计算行李托运费”为例介绍本课程项目化的教学设计, 课程设计如表1。

经过我们的教学实践发现, 采用项目教学法进行《工控程序设计》课程的教学后, 有以下显著变化。

1.学生的学习氛围发生了明显的变化。采用项目教学法的班级, 绝大部分的学生都积极地参与到项目中来, 并能主动地承担项目中的任务, 这种学习氛围的变化还带动了其他课程的学习积极性, 整体学风明显进步。

2.学习能力得到了提高。经过项目教学法锻炼的学生, 往往更容易找到问题的关键, 并学会通过各种渠道去探索思考解决问题的方法, 而不是一味地依靠教师, 在项目过程中提高了学习的能力, 这对学生今后的发展非常重要。

3.团队意识普遍增强。项目的开展过程就是一个团队协作的过程, 使学生真正体会到团队协作的优势, 并最终形成团队意识, 不仅表现在本课程的学习过程中, 并被带到了各种集体活动中。

三、考核方式采用过程性考核与终极性考核相结合

建立一个服务与课程目标的学生学习评价方法是一项非常重要的工作, 考核不是目的, 以考促学才是考核的本质。传统的《工控程序设计》课程采用以期末考试的考核方式, 一般以笔试进行, 知识点偏多, 实际动手能力几乎没有。这种考核方式不能检测出学生的实际能力, 也不能适应改革后本课程的教学。因此, 要改革课程考核方式, 采用过程性考核 (70%) +终极性考核 (30%) 的考核方式。过程考核又包括过程性职业素质考核和过程性职业能力考核。本课程考核采取形成性考核方式进行, 由形成性考核的各项过程成绩组成, 分数比例为:总评成绩=过程性职业素质考核 (20%) +过程性职业能力考核 (50%) +期末考试成绩 (30%) 。过程性考核具体内容及评分标准如下。

1.过程性职业素质考核 (20%) 。过程性职业素质考核的考核方法如表2所示。

2.过程性职业能力考核 (50%) 。过程性职业能力考核的考核方法如表3所示。

其中前4个考查项目都和基于项目化的教学过程相配合, 考查学生对特定知识的应用能力, 最后一项综合程序设计考查学生对本课程的综合运用能力和分析问题、解决问题的能力。综合程序设计部分评分标准 (100分) : (1) 设计作品展示 (40分) , 要求能实现设计题目要求, 根据程序的运行功能和代码语句情况评判分数。 (2) 设计资料 (20分) , 提交综合程序设计的源程序和电子版设计说明书, 根据资料的完整程度评分。 (3) 答辩 (40分) , 要求能阐述设计过程, 思路清晰, 总结设计中遇到的问题和解决方法, 能回答教师提出的问题。根据答辩情况评判分数。

3.终结性考核 (30%) , 终结性考核就是期末考试, 采用闭卷试卷答题的方式。这种考核方式极大地促进了学生的学习主动性, 他们上课认真听讲, 有问题能积极主动地问教师或同学。最终成绩由于更侧重于学生学习过程的评价, 既促进了学生平时的学习, 又能较为全面的反映出学生的实际学习能力。实践证明, 《工控程序设计》的教学改革有效增强了学生的学习热情, 提高了学生解决实际问题的能力, 培养了学生的逻辑思维能力和合作精神, 教学效果显著。

四、结语

任何一门课程的教学, 都包含教与学两个方面, 只有组织好这两个环节, 才能切实提高我们的教学效果, 才能让学生学到更好的有用的知识, 才能避免理论与实践脱钩, 也才能充分调动学生的积极性。如何更好地组织好课程的教学与实践环节, 还有很多方面值得我们去努力和探索, 只有不断努力, 精心组织实施, 才能使这门课程的教学取得长足的进展, 也才能使我们的教学改革得到更大的进步。

摘要：针对当前高职机电一体化相关专业《工控程序设计》课程的教学中存在的一些问题, 进行归纳整理和分析, 就教学内容、教学方法和评价体系等几方面提出改革探讨。这些改革不但有利于提高学生的学习兴趣, 而且有利于培养学生分析问题和解决问题的能力。

关键词：工控程序设计,C语言,教学改革,考核方式

参考文献

[1]徐大华.程序设计语言教学方法探讨[J].高等理科教育, 2007, 71 (1) :36-38.

[2]周龙昌, 陈小鹏, 王琳琳, 等.精心设计实习内容, 提高认识实习教学质量[J].实验室研究与探索, 2008, 27 (4) :113-115.

[3]杨忠.仪器仪表类课程教学改革的研究与实践[J].电气电子教学学报, 2001, 23 (6) :20-22.

[4]冯洁.创新型人才培养中实验教学的问题与对策[J].实验室研究与探索, 2008, 27 (4) :101-105.

[5]谢光强, 李杨.C语言程序设计教学中存在的问题与建议[J].广东工业大学学报, 2005, (9) .

[6]侯英梅, 袁瑾洋, 等.独立学院教学改革初探[J].科学之友, 2008, (6) .

工控工作报告 第2篇

1.维修工作：

从工作的实际情况来看，作为FMAC公司工程部电气工程师主要工作还是维护设备，保证设备运行率的情况下，应用自己的专业技术特长提高公司设备的自动化程度和降低工人劳动强度或提高产品质量以及节能降耗这几个重点去更新改造设备，透过一些相关数据显示我们全年的设备运行率95%(左右)，我觉得单从这一数据上来看我们的工作不失败，但是提升空间还是很大;因为设备维护工作很杂涉及工作太多因此就不作过多解释。

2.改造项目：

技术改造也是我得工作重点之一，在我提出了自动化的这个想法，20得到了实施;但至始至终都只是认为这只是刚刚开始，刚刚迈出一小步让我们公司认识到自动化带来的好处和优势;从目前的反应来看还不错，技术改造核心还是再焊机那也将是一个新的名词，新的概念“焊机智能”。还是先来回顾技术改造项目;

2.1-----机加工X53铣床PLC改造

在.12月至2012年年初的时候通过我的调查和工人的反应X53铣床老是喜欢坏，老是修不好，而且经常还要请外面的人来修，严重影响他们的工作;由此我想对X53铣床电气系统进行全面升级改造;改造完成后通过机加工人员的验收效果非常好;查看全年的维修次数显示整个2012年X53铣床仅维修两次。这个改造我觉得是成功的!

2.1-----7#8#9#焊机自动记录系统项目

因为之前我们的焊机参数主要靠电工定时的去记录;这样的记录方式,当链环出现问题的时候根本判断不了哪里出了问题,因此我想到要给焊机建一个能记录每一个链环参数的系统;整个项目的提出是在左右,项目的完成在2012.8月;2012年除了维修工作以外最重要的工作就要属这个改造项目了;在2012年1月份完成了8#焊机改造;6月完成了9#焊机的改造;8月完成了7#焊机的改造;在这一系列机组改造项目中每一次改造都要比前一次要成功,采集的数据要精确,稳定;7#的系统是让我最满意的;通过几个月的运行情况来看达到了我们当初的设计目标(当链环出现问题的时候有数据可以追踪,发现问题点).

2.2-----拉力机自动系统的改造

拉力机系统的改造我觉得是成功的,但是也有不足;说他成功是因为我们自己设计的系统得到了佛山市计量局的认可;不足是(F-L)曲线功能还是达不到我们的设计要求;这主要是因为当时选型之初没有考虑到这个曲线,因此受到设备设计能力的限制做不到这个曲线. 这个项目是在2012.10月完成佛山市计量局验收.。

3.给部门员工自动化培训

在2012年我一共给部门员工举行了4次PLC自动化培训;用四个字总结培训”不尽人意”;收效甚微.。每次培训我都会准备很多，思考很多怎么讲的通俗易懂，怎么生动形象，怎么提高积极性;可是每次到下一节课提问的时候总是答不上来;我也不知道他们是真的不知道还是假装不懂，但愿他们是假装不懂吧!在这里我还是想说一下我对PLC培训的思考，就客观原因来说;1.他们年龄大了不想学，学了也记不住;2.没有实践的机会，机会太少;3.已经没有学习的动力了;希望20能够有新的改变!

展望和计划

我觉得2013的工作还是围绕一个中心和三个侧重点来工作;所谓中心就是设备维修;设备没有了运行率生产就没有了产量，所以2013年的工作还是以维修为中心;三个侧重点分别是：技术改造，技术培训，设备管理;技术改造和技术培训就不作过多的名词解释;我这里要解释的设备管理不是大家常说的设备管理，我提出的设备管理是：通过技术改造改变设备的功能，让设备去管理设备，让设备自己去做一些判断，也就是我们通常说的自检;定期的自检;出了问题自己报错;现在这样的技术在自动化行业已经非常成熟，我觉得我们自己可以尝试开发，这样就可以大大减少排查故障时间和减少工人同时还可以大大提高产品质量。

1. 技术改造

热处理系统改造

焊机智能改造

2013年改造重点是以上两点

2. 技术培训

我觉得参加培训的前提的是有需要的人参加，如果有些工人没有学习的想法，我觉得可以不用参加;

2013年我会围绕西门子系统集成这块来讲因为“焊机智能改造”如果同意改造后他所涉及的系统是非常强大的，如果没有一定自动化系统集成知识根本是不够解决所出现的问题

总结寄语：

工控程序设计 第3篇

关键词：工控机；锅炉控制器；DCS

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 08-0000-02

Small DCS System Design Based on IPC and Dedicated Boiler Controller

Zhang Daode,Hu Xinyu,Xu Cheng,Pan Yurong

(School of Mechanical Engineering,Hubei University of Technology,Wuhan430068,China)

Abstract:A small boiler in distributed system is designed.Industrial computer is taken as superior PC to realize human-machine interface,data management,and system control,fault tracing,network communication function,with special boiler controller as slave machine to realize the boiler temperature control,pressure and water data acquisition and heating control.The system structure is simple and easy to use with low cost.

Keywords:IPC;Boiler Controller;DCS

一、概述

锅炉是工厂重要的动力设备，它必须根据生产工艺要求提供合格的蒸汽，并使锅炉产汽量及压力适应负荷的需要。因此，生产过程的各个主要参数必须严格控制。本文介绍了一种基于工控机、专用锅炉控制器的小型锅炉DCS控制系统。DCS又称集散控制系统或分布式控制系统（Distributed Cotroll System），集计算机技术、控制技术、通信网络技术为一体，在结构上将管理监控、实时控制、数据采集等功能分散到不同的计算机中，每台计算机均采用高可靠的工业计算机，必要时采用冗余技术，从而保证了系统的高度可靠性。利用计算机软件和图形化技术，可以方便地实现系统功能的模块化组态，以适应不同工业过程的控制要求和算法，便于系统的调试和投运，又可以实时记载过程数据，并通过网络将这些数据自动传送到生产管理计算机系统，实现计算机集成化的管理与控制。

二、系统总体设计

本DCS系统应用于某酒店锅炉房，管理三个锅炉。系统分为三层：第一层为现场传感器、执行器等；第二层为现场控制层，现场控制层采用现有锅炉控制系统的IPC作为控制核心，配合二次仪表，根据集中控制台的指令、规定的工艺要求、各种逻辑连锁关系的要求、现场状态保护的要求，对现场实时控制）；第三层为集中控制台（上位机），上位机选用工业控制计算机。上位机加入modbus通讯协议，可将锅炉工况上传至楼宇集中控制系统。

图1.控制系统拓扑结构图

DCS集散式控制系统，是当今锅炉自动控制领域的主流。其下位机可以在现场控制对象进行独立控制，当上位机或其他下位机出现故障时，不会影响本机的正常工作。同时上位机也可以对每个下位机进行管理和系统监控。因此，DCS集散式控制系统具有很高的可靠性，系统下位机采用南京仁泰公司的锅炉电脑控制器。

三、上位工业控制计算机功能介绍

工业控制计算机软件平台采用Labview，该软件平台使得系统具有合理的配置和丰富的人机对话功能。以此为平台的锅炉控制软件，具有各种曲线、图表、动画画面、立体画面和动态画面显示功能，具有强大的数据记录和处理功能。动态画面和实时数据相结合，使系统控制性能得到进一步提高。中央控制台主要有工业控制计算机LCD显示器、操作台、强电元件等。工业控制计算机是锅炉组的控制中心。系统具有以下功能和特点：

（一）系统安全分级

系统具有分级安全管理功能，非法用户不能对系统进行修改和操作，以保证系统的运行安全。

（二）图形化显示

系统采用动画、图形动态反映系统的运行，对各种数据和参数做出动态分析，生成动态运行曲线显示在屏幕上。

（三）自动数据采集、处理

系统执行操作人员的指令，并且收集来自下位机的所有状态，分析生成动态运行数据，自动存入数据库，据此系统进行各类情况的分析，使锅炉处于最佳的运行状态。

（四）人机界面友好

工作人员仅需通过鼠标操作，就可以控制、查询各个设备的状态，计算机响应工作人员操作、进入新的画面和设备改变工作状态时，就有相应的信息提示，当有故障报警时，系统会发出相应的报警信息，操作简单。

（五）故障跟踪监控

对从下位机送来的有关锅炉运行信息进行故障跟踪监控，一旦锅炉出现不正常的情况，立即显示发生故障的锅炉画面，显示出故障的性质和部位，并将故障的具体数据通过打印机打印出故障报表。同时，计算机也将所有的故障信息自动存挡，作为重要的历史数据以供随时查询。

（六）报表以及数据打印

系统能够很方便地产生各类报表，查询以及维护数据库。配备数据打印机，可以打印锅炉在运行中产生的实时数据记录、历史数据记录和故障报表。打印有两种形式：及时打印和定时打印。

（七）负荷调节

上位机除随时对单台锅炉的运行状态进行全面跟踪显示外，还根据系统的需求，对下位机及多台锅炉进行投运和停止控制，以实现系统的负荷调节，在满足系统供热工艺要求的同时，最大限度地节能。

（八）系统通讯网络

因为RS-4.85接口具有抗干扰性强及传输距离远的特点，上、下位机采用RS-485接口，通过下位机控制柜将锅炉的运行工况、重要参数、重要数据和报警记录等上传至上位机，方便管理人员实现对锅炉操作系统的实时监测、集中控制，实现现代化的管理。

四、下位机及其接线方法

系统下位机采用南京仁泰锅炉自控设备有限公司YLZK-WQ2210/1型电脑锅炉控制器。该控制器采用μPSD3200型CPU作为电脑控制器系统的核心。以该型单片机为核心的控制器是国内锅炉电脑控制器中最先进的产品之一，具有锅炉压力控制、缺水保护、炉壁温度检测、超压保护、定时控制、实时时钟等自动控制功能。参照该型号锅炉控制器的使用说明书，其接线分输入信号及输出信号两种。

（一）输入信号

1.温度传感器。炉壁温度传感器热电阻分度号：Pt100，测温范围：0～400℃，R（0）=100.00Ω。该传感器在温度每变化1℃时其电阻变化仅0.39Ω左右。故应特别注意接线质量，尽量减小导线接头处的接触电阻，以免影响测温精度。

2.水位电极（水位电接点）。当水电极两端的电阻低于50K时，控制器即认为水面已高于电极，当水电极两端电阻升至200K以上时，控制器即认为水面已低于电极。请注意电极两端的绝缘。

3.燃烧器故障。可将燃烧器故障灯并联接入控制器，控制器检测并做出报警，提示用户处理。此信号为220伏交流强电信号。

4.压力信号。可将压力控制器、压力开关等传感器信号接入控制器，控制器检测器通断状态显示并做出报警。

（二）输出信号

控制继电器触点容量为10A/220VAC，使用时负载应小于0.5KVA。

1.燃烧器控制。控制器提供一组独立的小火（启停控制）触点（J10），一组独立的大火（大小火转换）控制触点（J11）。可配接各种进口、国产燃烧器。小火控制继电器既可接燃烧器的小火控制端，也可直接控制燃烧器的电源。

2.泵（或阀）控制。控制器可配接各种泵或阀。使用功率小于0.5KVA的单相泵（或阀）时，可直接将控制器的泵控制输出串入水泵（或阀）的供电回路。如泵功率较大或为三相水泵则应配接适当功率的接触器。

五、结束语

本文设计的锅炉DCS系统具有较好的人机操作界面、结构简单，因为采用专门的锅炉控制器作为下位机，具有低成本、使用方便的特点，系统具有较好的应用价值。

参考文献：

[1]于海兴.基于PLC和WINCC的锅炉控制系统[J].青岛远洋船员学院学报,2006,2:P14-17

[2]刘莹.小型集散系统在锅炉控制中的应用[J]测控技术,1999,7:P48-50

[3]南京仁泰锅炉自控设备有限公司.YLZK-WQ2210/1型锅炉电脑控制器使用说明书.2010

基于PLC的工控系统的设计 第4篇

所谓PLC是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器, 其多用于控制机械的生产过程[1]。而猪舍采用PLC控制系统是将智能、高效、节能的设计理念融入到猪舍环境控制技术中来, 其系统组成包括计算机、CAN总线适配卡、数字和模拟信号采集模块以及开关信号控制模块等, 此外还包括不同类型的传感器设备。具体的硬件系统结构图如下图1所示:

(一) 系统单元模块

1. CAN通讯模块

CAN通讯模块的主要作用是根据其规范连接外部主控制器, CAN的核心模块对CAN的接收、发送进行全程控制。接口管理逻辑的主要功能则是对微型控制器及其它器件进行管理。此外, 该模块还会对数据总线访问寄存器进行处理。经过SJA1000复用的地址, 它的发送缓冲器可以存储一个扩展或者标准的完整报文, 一旦发送接口被主控制器初始化, 管理逻辑就会促使CAN的核心模块由发送缓冲器读CAN报文, 再通过收发器向CAN总线发送进行传输。CAN总线在接到对应的信号后, 收发器会帮助CAN获取一个报文, CAN的核心模块就会把串行位流转换为并行数据, 以用作滤波器的验收, 而SJA1000可以通过该滤波器来确定主控制器需要拉收的报文。

2. CAN总线驱动器PCA82C250

协议控制器与物理传输线路间的接口即为PCA82C250, 其能够以1Mbits的高速率在两条有差动电压的总线电缆中进行数据的传输。PCA82C250收发器的驱动电路内部的限流电路可以避免传送输出级造成对电源、地或者负载短路。尽管发生短路时会增加功耗, 但是输出级还不至因此受到损坏。如果节温高于160℃, 会减小两个发送器输出端的极限电流, 因为功耗主要就是发送器, 所以芯片的温升受到限制。器件的其它部分会继续工作。PCA82C250双线差分的驱动方式可以抑制恶劣的电气环境所产生的瞬变干扰。引脚Rs的主要作用就是确定PCA82C250的工作模式, 其工作模式包括高速、斜率控制及待机三种。

(二) 信号模块

1. 模拟信号采集模块

模拟信号采集模块的主要作用是将猪舍现场输入监控系统的模拟信号采集上来。而系统的模拟信号又由现场传感器提供, 现场共有三个湿度传感器、一个光照传感器以及三个二氧化碳传感器。该模块由于有四路信号接口, 所以可以实现四路模拟信号的同步采集。模拟信号采集模块的微处理器所采用的是MCS51系列的C8051F020单片机, 也是该模块的核心组成部分, 控制信号的采集、计算机请求数据命令的接收等均由该微处理器来实现。C8051F020单片机是一块混合信号系统级单片机微控制器, 其集成在一块芯片上, 并且可以完全兼容MCS51内核及指令。并且片内还将数据采集与控制系统常用到的模拟部件及其它数字外设、功能部件集于一体。

2. 数字信号采集模块

与模拟信号的采集模块电源一样, 数字信号采集模块的电源主要向单片机、CAN总线驱动控制器、总线收发器以及光耦等提供所需电源。数字信号采集模块的主要作用是将猪舍环境控制系统中的状态信号采集上来, 其中需要采集的状态信号有11个, 所以在设计过程中, 每个模块均包括了11个信号采集功能, 其它还有几路后续扩展系统所用的备用接口。系统中所要采集的数字信号是由猪舍控制系统中的执行机构行程开关信号所提供的, 并且其模块微处理器仍是C8051F020单片机, 其主要作用是采集数据执行及接收计算机命令。单片机将经过的信号相应处理后, 将其传送至CAN总线控制器中, CAN通讯模块由CAN控制器和总线驱动器共同组成, 可以实现数据在模块和计算机的通讯。

3. 开关量信号输出模块

开关信号输出模块的主要作用是控制猪舍控制系统的执行机构, 各输出模块可以同时控制六路开关量, 由于开关量比较多, 所以控制系统为了实现系统机构的控制, 采用了三块开关信号输出模块。模块的组成部分包括系统电源、单片机控制、CAN通讯以及开关量输出等四个部分。其中电源为系统电源;执行模块整体控制的微处理器仍是上述C8051F020单片机;CAN的通讯模块采用的是SJA1000以及PCA82C250;而对继电器的开关加以控制来实现猪舍执行机构的控制过程。

二、基于CAN总线的现场监控系统软件设计

(一) CAN总线通讯模块程序设计

1. 通讯模块初始化

CAN总线通讯模块的设计包括三个部分, 即CAN总线初始化、报文的发送与接收等。系统的CAN控制器为SJA1000, 则CAN总线的初始化即对SJA1000的初始化, 其中寄存器值的主要设置涉及到ACR-验收代码寄存器、AMR-验收屏蔽寄存器、OCR-输出寄存器以及BTRO、BTRI-总线时序寄存器等多个, 而系统验收滤波的设置则是由验收代码寄存器与验收屏蔽寄存器共同实现的。验收滤波器会对报文进行测试, 如果其可以通过测试并且接收缓冲器有空间, 那么描述符与数据就按照顺序分别存入REFIFO (接收FIFO) 。报文被正确地接收完成后, 接收状态位置1 (满) , 接收中断使能位置高 (使能) , 接收中断置1 (产生中断) 。字波特率的预置器以及同步跳转宽度的值由BTRO总线时序寄存器来定义, 而BTRI所定义的是一个为周期的长度、采样点的位置以及每个采样点的数目。CAN总线的输出阶段发送模式有四种, 分别为双向输出、测试输出以及正常输出和时钟输出等, 输出控制寄存器后两位对其进行设置。系统要处于复位模式才能初始化CAN控制器。

2. 报文接收

在CAN通讯模块接收报文之前, 要先对SJA1000进行相应的检测, 检测其状态寄存器的值, 还要对接收缓冲器中状态BS为总线状态位进行检测, 如果其值为1, 则关闭总线, 反之开通;ES为出错状态位, 其值为1时, 证明总线出错;TS为发送状态位, RS为接收状态位, 当其值为1, 证明SJA1000正在发送、接收报文;TCS为发送完成状态位, 其值为1时证明最后一次的发送请求处理成功;TBS为发送缓冲区状态位, 值为1时证明其为释放状态, CPU可以向发送缓冲器写报文, 如果其值为0, 证明报文处于发送或待发送状态, 则CPU不可访问发送缓冲器;DOS为数据溢出状态位, 其值为1, 证明由于RXFIFO中的存储空间不足导致报文丢失;RBS为接收缓冲器状态位, 满时其值显示1。

3. CAN报文发送

CAN报文的发送和SJA1000状态寄存器的内容也密切相关。可以利用其值的判断来判定总线要开通。并且系统在正常状态下, CAN报文发送程序中已经将错误判断设置好, 当确定了状态寄存器的值以后, 再对总线状态做出判断, 一旦判断总线出错, 则置位标志位且返回主程序;假如判断总线无异常, 则对发送缓冲器的状态进行判断, 确定其是否处于释放状态, 如果发送缓冲器被锁定, 证明有待发送或发送中的报文, 此时CPU不可访问发送缓冲区。释放了缓冲区后, 系统才可以向发送缓冲区写入新报文, 而且置位命令寄存器发送请求标志, 发送被启动。

(二) 系统程序设计

猪舍环境控制系统的软件部分包括CAN智能节点及系统控制两个部分的设计, 二者的互相通信由CAN总线来实现。其中智能节点控制的主要功能就是传输各类烽据, 接收计算机所传送的请求数据命令和控制执行命令, 数据的内容主要有模拟信号、数字信号以及开关控制信号。而系统控制的主要功能就是接受到CAN节点所采集到的数据中进行保存和处理, 再按照生猪生长、发育的需要, 对猪舍环境的状态做出调整, 以适应生猪的生长需要。

摘要：本文以智能猪舍控制系统为设计对象, 其特点比较明显, 比如其控制因子主要由外界环境因素提供来实现控制猪舍内部环境的目的;并且控制对控制精度、系统稳定以及动态品质的要求也相对较高。因此智能猪舍控制系统是集生物、电子以及通讯等各方面的综合技术于一体, 以便为生猪的生长提供一个更为适宜的环境, 进而提高生猪的产量及质量。本文就针对智能猪舍控制系统进行研究, 设计基于PLC的工控系统。

关键词：PLC,CAN,工控,智能猪舍,控制系统

参考文献

[1]李杜.基于PLC的智能小区进出车辆管理系统设计[J].现代建筑电气, 2010 (5) :15-18, 29.

[2]金饪.工业控制计算机在自动化温室控制中的应用[J].工业控制计算机, 2000, 13 (1) :16-18.

[3]马献果, 曹奇英, 焦阳.现场总线技术的应用及发展[J].石油化工建设, 2006, 28 (3) :22-23..

[4]饶运涛, 邹继军, 郑勇芸.现场总线PLC原理与应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.

[5]朱能武, 邓昌彦, 熊远著.我国工厂化养猪环境工程技术研究应用现状及发展前景[J].湖北农业科学, 2000 (6) :56-58.

什么是工控电脑主板 第5篇

什么是工控主板?

工控主板是主要用于工业电脑来帮助处理工业类的项目的专用型主板，工控的主板是一个卡状的合成板，和商业主板一样，镶满了各种工业原件，布满了各种插口，从板型上看，工控主板比较小巧，PCL口也有两个或三四个!内存条插口也会有两个或两个以上，而且工控主板使用的是低功耗的芯片，用来节省能耗、和长时间操作出现的高温等问题。抗潮抗高温，适应环境能力强，所以呢大家使用的时候一定要区分开商业主板和工控主板!

工控主板的特点

工控主板的主要适用于设计，工业等项目类场合，所以，工程项目类的用机大多数是使用工控主板，使用工控主板可以提高效率，降低人工的维护次数和成本及其使用成本，工控主板从设计、用料等方面性能都是很突出的，并且它具有相对应的稳定性，事故率也相对较低，相对稳定性较高，故障报修率也比较低，也有较强的三儿等一些功能，另外工控主板适合在-40度到90度之间运行，温度范围，湿度比例也可以在0到百分之95之间，它还有较强的自身辐射控制，很适合在金属粉尘或者是普通粉尘的工作状态下正常运作!

工控主板的主要作用

工控主板主要适应于工业工控设备，GPS导航，等一些精密数据累的制作中使用!有些单位需要系统稳定的后台，这时工控组办就能发挥它的作用可，工控主板能够帮助个人的成本减少，科技利益增加，利益的增加，同时也降低了人工的成本，但相对价格也书比较高的，工控主板的应用范围越来月广!同时经济地位也在逐渐提高!

工控主板和商用主板的区别

第一， 市场应用范围。商业主板由于是以标准配置的产品为主，能够适用于大部分消费着的需要，而且费用较低，所以推广范围极广。工控主板主要是为了固定客户量身定做的产品，比较具有独特性，所以使用范围比较小，为了适用与复杂的环境配件昂贵造价较高。

第二， 保护功能。商业主板如果出现损坏没有任何防护措施，数据很可能丢失。工控主板设计特殊所以遇到死机或者其他异常情况的话会有自动启动，防冲击等系统功能保护数据。

第三， 使用寿命。一般的商业主板主要是为了跟上时代的脚步，现在普遍的使用寿命大概有3-5年，而且更新换代非常快，所以消费者常常是主板没有坏呢就准备换新的了，对这个使用年限就不太关注了。但是商业主板就不能这样了，里面的信息记录是不能断的，所以在它的配件上要求高标准，像比较高端的固态电容设备，还有封闭电感等等都能在工控主板上大量使用，可想而知它的使用年限也会随之提高的。

工控程序设计 第6篇

1 设计任务

本次设计键盘功能键如图1所示，共有34个功能键，部分键具有两个功能，UPPER键作为切换键，能和标准101键盘同时使用。

2 方案设计

2.1 硬件设计总体方案

键盘主控系统采用通用的AT89S51单片机作为处理核心[1]，键盘输入按键采用5*7矩阵式键盘，采用完全扫描的办法，其中单片机P1.0P1.4作行输入，P2.0P2.6作列输出，键盘与PC之间的接口采用PS/2标准接口，P3.0作CLK线，P3.1作DATA线，P3.7作为键盘切换键指示灯显示控制线，键盘不单独设计电源模块，而是直接采用PS/2接口的电源供电，复位电路具有手动复位和上电复位功能。如图2所示。

3 软件功能与程序设计

3.1 程序总体流程图

单片机上电复位后，进行初始化设置，设定切换键按下图2硬件设计电路图标记flag和计数变量n。当按动一次切换键时，flag设定为1，再次按动切换键时，则flag设定为0，如此循环，记录切换键标志，以选择不同的编码方案。扫描码方案采用与标准101大键盘对应扫描码方案相同,即采用通用第二套键盘扫描码。根据编码方案的设定，选择不同的键盘扫描码值，通过PS/2接口发送到计算机，完成键盘输入功能。程序总体流程图如图3所示。

3.2 键盘扫描流程图

对行列式键盘软件管理分为三步[2]：

1）判断整个键盘是否有键按下

采用全扫描的办法。让行输出为零，读列的值。如果读得的值为全1，说明无键按下，否则说明有键按下。

2）判断按键的具体位置

采用逐行扫描的方法。逐行输出0，读列的值。如果读得的列值全为1，说明被按键不在该行上，再让下一行为0;否则说明该按键在该行上。如果按键在该行上，延迟一段时间，再次读取列的值，如果读取的列的值为全1，则可能是干扰信号;如果读取的列的值与上次相同且不为全1，则认为该键按下。

3）计算被按键的键值，以确定要完成的功能

将行、列的信息合为一个信息，该信息称为该键的键值，并按一定的顺序形成一个键值表。键盘扫描流程如图4所示。

3.3 PS/2接口

为了和通用键盘接口连接，本设计键盘和计算机连接接口采用标准PS/2接口。PS/2通讯协议是一种双向同步串行通讯协议。通讯的两端通过Clock(时钟脚)同步，并通过DATA(数据脚)交换数据。任何一方如果想抑制另外一方通讯时，只需要把Clock(时钟脚)拉到低电平。如果是PC机和PS/2键盘间的通讯，则PC机必须做主机。一般两设备间传输数据的最大时钟频率是33kHz，大多数PS/2设备工作在10～20kHz[3]。本设计中使用推荐值在15kHz。PS/2设备至主机传输时序如图5所示。

4 结束语

基于PS/2接口的工控特殊键盘，采用了通用低廉的AT89S51单片机作为处理器，按键采用工厂定制方式，实现了该特殊键盘的功能。本方案可广泛用于基于PS/2接口的输入的控制系统当中。

参考文献

[1]张振荣,晋明武,王毅平.MCS-51单片机原理及实用技术[M].北京:人民邮电出版社,2000:22-30.

[2]姜志海,刘连鑫.单片微型计算机原理与应用[M].北京:机械工业出版社,2007:161-165.

嵌入式工控机系统分析与设计 第7篇

关键词：嵌入式,工控机,系统,分析,设计

对嵌入式的设备及移动互联网而言, 嵌入式的软件起过非常重要的作用, 它也是现代信息技术的新兴领域。而嵌入式软件的复用技术则是嵌入式设备及系统的重要组成部分。但到目前为止, 嵌入式传统软件甚至还不能完成代码复用, 更谈不上跨嵌入式操作系统或跨硬件操作平台, 更甚至把嵌入式软件的模式抽象成语言的形式。所以对于嵌入式工控机系统来说, 嵌入式系统的分析与设计是其中最为重要的环节, 本文就针对此来展开分析。

1 嵌入式工控机系统简介

嵌入式系统是一种将计算机技术作为基础, 将应用作为中心目的, 软硬件皆可裁剪来适应特定应用的, 对成本、体积、可靠性、功耗、功能都有相对严格要求的专用的计算机系统, 是一种计算机系统的应用形式, 亦被称为埋藏式计算机, 如微处理器、微控制器和DSP等。而嵌入式软件, 即是嵌入式系统中运行的用来完成具体的功能的软件。嵌入式系统对其的要求是, 要代码精简且效率高, 要对异步并发的事件有很高的处理能力, 要能够实时处理事件并要有足够快的响应速度。

下图为嵌入式系统的简要发展历程:

嵌入式工控机系统主要包括了文档和程序, 可分成应用软件、支撑软件、系统软件等。我们普遍上将嵌入式系统中运行的所有软件都叫做嵌入式软件。应用软件:指基于特定的用途而开发的用于响应类嵌入式系统中的应用程序的整体集合, 如智能家电和PDA手机上的信息查询应用, 移动商务等水情水利测报系统。支撑软件:包括调软件、用户使用界面的系统运行环境、网络通讯协议、开发平台和数据库等。系统软件:Windows CE、Hopen中嵌入式的Linux、pSOS、Vxworks等。嵌入式软件由于其所需的运行环境有极强的特殊性, 因而开发应用相对困难, 要从其开发环境、功能要求、体系结构等多个方面来研究。

2 嵌入式工控机系统的分析与设计

数据采集与管理模块主要负责对计算机串口通信的指定款口号、串口的通信参数以及串口数据的具体获取方式等各个参数进行设置, 然后接受从下位单片机之中发送过来的数据, 通过简单的格式处理之后, 将其存储到数据库之中, 并且利用Microsoft SQLSERVER2000的数据库管理功能, 对信息进行基本的管理操作。

可视化显示模块主要负责将上述采集的具体数据以及经过处理、分析之后的数据结果通过二维图形的方式进行显示, 该图形需要能够满足打印、存储以及局部放大等功能, 并且鼠标在改图形的曲线上移动的同时, 能够同步显示不同位置的数据信息。

数据比较模块主要负责对不同数据的比较, 这种比较主要包括将采样数据与基本模型数据比较以及将采样数据与采样数据之间进行比较。前者能够发现本次与上次检测的数据差异, 而后者则能够对同一测试者的不同成绩或者不同测试者的成绩进行比较。比较的结果可以通过图形化的方式直观的显示出来, 从而便于发现不同数据之间的差异。

数据计算与分析模块主要负责对采集的相关数据进行综合的数据处理和分析, 按照预定的分析方案, 通过计算和比较, 从而对结果做出判断。

基础数据和数据库维护模块主要负责对基本的采集数据以及数据库进行维护, 这一维护包括了对采集数据的基本信息的添加、修改、编辑以及删除等, 除此之外, 还包括了对模型数据库的维护工作, 并且为了便于开展对数据库的维护工作, 还要建立起一些基础数据, 使得对相类似的数据进行维护更为便利。

数据输出模块主要负责对数据分析图形的输出以及数据的输出, 在图形输出以及数据输出方面, 具体的输出方式可以是存储导出, 也可以是打印输出, 或者是将其导出为Access图形或位图数据库输出。

下位单片机在根据预定的设置接收到了相关的测试数据之后, 将数据存储在其外部存储器之中, 然后下位单片机向上位计算机发送握手请求, 若握手成功则发送数据, 反之则重复发送请求, 超过三次不成功, 则系统提示错误并且退出。

在上位机和下位机之间完成握手之后, 上位计算机对其串口进行初始化炒作, 将相关的参数配置好, 并且做好接受数据的准备, 随后计算机向单片机发送信号, 单片机经由串口向计算机发送数据。上位计算机则按照与下位单片机之间的协议对数据进行检验, 查看其是否完整, 如果不完整, 则需要重新发送。如果结束后的数据经检查完整, 则对其进行格式转换并且存储到数据库之中。

在完成接收数据的存储之后, 上位计算机开始对测试数据进行处理和分析, 包括了基本的数据管理, 数据的统计对比分析、数据的分析结果的可视化显示、相关参数的计算以及处理结果的输出等。

3 总结

嵌入式工控机, 更时髦的叫法是盒式电脑或无风扇工控机, 英文全称Embedded IndustrialComputer。嵌入式工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的机构紧凑的计算机。低功耗工控机应用行业:能够提供完整的控制和通讯功能, 非常适合应用于汽车电子、数字电子/广告广告牌 (DSA) 、医疗保健用计算机、博弈/游戏机台、以及飞航信息娱乐系统等嵌入式产业。上个世纪80年代移开, 中国市场开始广泛的使用工控机, 而且在通信、导航、控制等领域越来越广泛的使用, 令工控机的发展和研究都达到了一个特定的高度。国内高端的嵌入式工控机系统中有类似PC104系统, 但是很长一段时间, 该系统都是国外进口的, 核心技术难以掌握, 所以实现核心元器件的自主研制对提高工控系统产品意义重大。

参考文献

[1]杨公训, 周春良, 杨彦从, 屈鹏宇.基于PC104工控机的嵌入式直流监控装置的设计[J].工矿自动化, 2002.

[2]赵婧, 魏彬, 马辉, 时剑.FPGA在电脑绣花机控制系统中的应用[J].国内外机电一体化技术, 2007.

[3]赵婧, 魏彬, 马辉, 时剑.工控机和FPGA的电脑绣花机控制系统[J].纺织机械, 2009.

工控程序设计 第8篇

关键词：工控机,数控系统,实时控制

0 概述

计算机数控机床(CNC)是20世纪70年代发展起来的机床控制新技术。它综合了计算机、自动控制、测量技术、机械制造等领域的最新成就,使机器工具的生产效率和加工精度得到了极大提高。数控技术的先进与否直接代表了一个国家的机械工业水平。数控产业对于国家的工业现代化,乃至于国家经济安全和国防安全都具有超越其巨大经济价值的战略意义。

数控系统是先进制造装备实现控制功能的核心部件。国内对数控系统的研究由于起步较晚,在技术上还落后于国外一到两代。目前数控产业的高端市场主要由西门子、发那克、GE等大公司主导,我国每年会进口上万台高档数控机床。因此,加强数控技术的研发,发展自主知识产权的数控系统势在必行。

实时控制是数控系统开发的关键技术之一,数控机床的精度一般可达到微米级,本设计主要用作教学实践用,对精度的要求不用太高,设计时可定为0.01mm,此级精度对于普通的零件加工也是可以满足的。数控机床的速度一般为(2～20)m/min[1],若要达到0.01mm的定位,系统的响应需达到(0.03～0.3)ms,即需要微秒级的响应。不光是定位,在基于PC机的数控软件中,为了保证对控制对象的实时性处理,包括数据采集、速度处理、插补及位置伺服控制、事件处理等,每一项任务都要在规定的时间内完成。因此,对于底层控制程序的设计是非常重要的。

1 Windows的定时器原理

Windows是一个消息驱动式的操作系统,Windows消息提供了应用程序与应用程序之间、应用程序与Windows系统之间进行通讯的手段。应用程序要实现的功能由消息来触发,并靠对消息的响应和处理来完成。但由于消息传递是非抢先性的,不论事件消息的急与缓,总是按到达的先后顺序排队,这就使得一些外部实时事件可能得不到及时的处理,容易造成实时系统性能不稳定。对实时控制系统而言,在精确的时间段内及时响应消息是实时系统的根本,如果不能保证系统的实时性,实时控制系统也就失去了实际意义。在计算机数控系统开发中,数据插补是一件实时性很强的工作,它要求在给定的时间段内,必须进行插补工作。插补的品质直接决定了系统的加工速度和加工精度。在Windows环境下如何实现实时中断和控制是计算机数控系统开发中的难点之一。

2 实时控制解决方案

在各种实时控制系统中,实时时钟的控制都是关键技术。因为各种控制过程、控制任务都由实时时钟来推进。在Windows环境下,常用的实时时钟获取方法有下面几种:

a) 设置Win32定时器并响应WM_TIMER消息来进行实时处理:这种方法是最简单的一类方法,在Windows环境下,各种可视化开发工具如VC, Delphi, C++Builder等,都提供定时器控件Timer。通过设定控件的属性,并响应WM_TMER消息,可以实现一定的定时功能。但是由于Windows提供的定时器是建立在DOSICH中断的基础上,该中断每秒钟发生18.2次[2],即定时周期为54.945ms,该定时精度远不能满足数控系统对实时性的要求。另外,函数SetTimer()中指定的计时周期虽以ms为单位,但这个值要转化为54.945ms的整数倍;定时器发送的WM_TIMER消息的优先级相当低,在应用程序的消息队列里要等高优先级的消息处理完后才能被处理。而且Windows在应用程序的消息队列里只为一个定时器保存一条WM_TIMER消息。因此,WM_TIMER消息的处理带有很大的不确定性和非实时性,在多任务操作系统中,定时器消息往往不能得到及时响应,容易造成系统实时处理的不稳定,不能满足实时控制环境下的应用。因此这种方法只适合实时性要求不高的应用场合。

b) 采用Windows多媒体定时器,通过设置回调函数进行实时处理:Win32函数提供的实时多媒体定时器,在多媒体扩展库MMSYSTEM.DLL中提供了高精度的定时服务。定时器的定时精度由多媒体时钟函数TimeBeginPeriod()设置,SetTimeEvent()函数设置定时器定时间隔并启动定时器。但资料表明,定时间隔在20ms以上的定时任务中,精度可保持在1ms左右;定时间隔在(7～20)ms之间,精度要视Windows系统的整体工作量和应用程序的任务而定,误差在(1～3)ms;7ms以下的软件定时一般难以实现,因为Windows系统本身的刷新任务及其消息循环等系统开销需要占用时间。并且这种方法占用了系统大量宝贵的资源,随着程序的运行,系统速度会变慢,而且当定时信号由用户提供或需要更高的中断频率时,这种方法就无能为力了。所以多媒体定时器只可满足一般数控系统对定时精度的要求,而不能满足高精度定时的要求。

c) 使用QueryPerformanceCounter()函数结合多线程来实现:QueryPerformanceFrequency()和QueryPerformanceCounter()函数是VC提供的仅供Windows 95及其后续版本使用的精确时间函数[3],并要求计算机从硬件上支持精确定时器。

QueryPerformanceFrequency()函数和QueryPerformanceCounter()函数的原型如下:

BOOL QueryPerformanceFrequency(LARGE_INTEGER *lpFrequency);

BOOL QueryPerformanceCounter(LARGE_INTEGER *lpCount);

数据类型ARGE_INTEGER既可以是一个8字节长的整型数,也可以是两个4字节长的整型数的联合结构,其具体用法根据编译器是否支持64位而定。该类型的定义如下:

typedef union _LARGE_INTEGER

{

struct

{

DWORD LowPart;//4字节整型数

LONG HighPart;//4字节整型数

};

LONGLONG QuadPart;//8字节整型数

}LARGE_INTEGER;

在进行定时之前,先调用QueryPerformanceFrequency()函数获得机器内部定时器的时钟频率,然后在需要严格定时的事件发生之前和发生之后分别调用QueryPerformanceCounter()函数,利用两次获得的计数之差及时钟频率,计算出事件经历的精确时间。

使用时需要自行编写消息循环程序,下列代码实现1μs的精确定时:

LARGE_INTEGER litmp;

LONGLONG QPart1,QPart2;

double dfMinus, dfFreq, dfTim;

QueryPerformanceFrequency(&litmp);

dfFreq=(double)litmp.QuadPart;//获得计数器的时钟频率

QueryPerformanceCounter(&litmp);

QPart1=litmp.QuadPart;//获得初始值

do

{

QueryPerformanceCounter(&litmp);

QPart2=litmp.QuadPart;//获得中止值

dfMinus=(double)(QPart2-QPart1);

dfTim=dfMinus/dfFreq;//获得对应的时间值,单位为s

}

while(dfTim<0.000001);

经测试,其定时误差一般不超过0.5μs,精度与CPU等机器配置有关。本系统只需要30～300μs的精度,所以用此方法可以满足精度的要求。但是此方法依然存在缺点,程序要不断地运行,并不断地强制CPU中断,使用时会占用很高的CPU,若将其放在主程序中,甚至可能会使程序和系统假死。为了解决此问题,可以使用多线程技术。

用进程和线程的观点来研究软件是当今普遍采用的方法,进程和线程的概念的出现,对提高软件的并行性有着重要的意义[4]。

进程是应用程序的执行实例,每个进程是由私有的虚拟地址空间、代码、数据和其他系统资源组成。进程在运行时创建的资源随着进程的终止而死亡。线程的基本思想很简单,它是一个独立的执行流,是进程内部的一个独立的执行单元,相当于一个子程序,它对应于Visual C++中的CWinThread类对象。单独一个执行程序运行时,缺省地包含的一个主线程,主线程以函数地址的形式出现,提供程序的启动点,如main()或WinMain()函数等。当主线程终止时,进程也随之终止。根据实际需要,应用程序可以分解成许多独立执行的线程,每个线程并行的运行在同一进程中。

一个进程中的所有线程都在该进程的虚拟地址空间中,使用该进程的全局变量和系统资源。操作系统给每个线程分配不同的CPU时间片,在某一个时刻,CPU只执行一个时间片内的线程,多个时间片中的相应线程在CPU内轮流执行,由于每个时间片时间很短,所以对用户来说,仿佛各个线程在计算机中是并行处理的。操作系统是根据线程的优先级来安排CPU的时间,优先级高的线程优先运行,优先级低的线程则继续等待。

线程被分为两种:用户界面线程和工作线程(又称为后台线程)。用户界面线程通常用来处理用户的输入并响应各种事件和消息,其实,应用程序的主执行线程CWinAPP对象就是一个用户界面线程,当应用程序启动时自动创建和启动,同样它的终止也意味着该程序的结束,进程终止。工作线程用来执行程序的后台处理任务,比如计算、调度、对串口的读写操作等,它和用户界面线程的区别是它不用从CWinThread类派生来创建,对它来说最重要的是如何实现工作线程任务的运行控制函数。工作线程和用户界面线程启动时要调用同一个函数的不同版本;一个进程中的所有线程共享它们父进程的变量,但同时每个线程可以拥有自己的变量。

使用多线程可以减少程序对CPU的占用,使程序运行更高效、可靠。多线程的函数表述如下:

UINT Work_Proc(LPVOID lParam);

函数内完成功能的操作,并不断发送消息提示中断,以使CPU去处理实时性的事件。在MFC中,开启线程时使用AfxBeginThread(),开启后线程会能自动执行函数体的程序,主线程还可以继续自己的工作。也可以通过调用CWinThread::SetThreadPriority来设置线程的优先级,用CWinThread::SuspendThread来挂起线程。如果线程被挂起,那么直到调用CWinThread::ResumeThread后线程才开始运行。若要中止线程,可使用ExitThread()函数,若要从外部中止线程,可用TerminateThread()函数。

3 结论

经实验,使用多线程可以明显提高系统的响应和效率。只是由于中断的频率较高,CPU一直处于满负荷状态,但此方法解决了实时性和系统响应的问题,将实时控制周期减少到了1ms以内,基本满足了数控系统的实时性要求。

参考文献

[1]吴涛,杨代华,章文献,等.用VC实现数控雕刻机加工过程仿真[J].机床与液压,2003,5.

[2]迟关心,孔振宇,马骏,等.WINDOWS环境下实时数据采集与控制程序的开发[J].微型机与应用.1998.6.

[3]游志宇.VC中基于Windows的精确定时[EB/OL].VC知识库在线杂志(http://www.vckbase.com/document/viewdoc/?id=1301).

工控程序设计 第9篇

1 系统整体设计

在大屏幕显示行业中,当屏幕尺寸超过23 英寸(1英寸=2.54 厘米)时,习惯上就称其为大屏幕;大屏幕显示方式从显示屏幕数量的多少可分为单屏显示和多屏显示两种方式[2]。多屏显示往往通过投影幕、投影屏和显示屏拼接方式实现;而单屏显示方式分为直视方式和投影方式。直视方式根据显示器成像方式又分为CRT(Cathode Ray Tube)显像管显示、PDP(Plasma Display Panel)等离子显示、LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示和LED(Light Emitting Diode)发光二极管显示;投影方式按投影机和观看者相对投影幕的位置可分为正面投影和背面投影;按投影幕位置可分为正面投影幕和投影屏;按投影机成像原理可分为CRT投影、LCD投影、DLP(Digital Light Procession)投影、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)投影等。十多年来,国内拼接大屏幕市场经历了考验与沉淀,现依旧保持迅速发展的良好态势,而PDP、DLP、LCD等三大拼接技术在大屏幕市场上占据了主流[3,4,5]。其中,LCD拼接技术是继PDP、DLP拼接技术之后兴起的兴新技术,凭借着PDP、DLP拼接所不具备的高清晰度、高亮度、高色彩饱和度、高对比度、高分辨率等一系列高画质显示优势,受到高端用户赞扬和推崇,被广泛的用于指挥中心、演播大厅、安全防护、广告传媒、娱乐文化等众多领域或行业。无论选择何种拼接大屏幕,其视频信号或VGA信号均来源于信号控制单元。也就是说,信号控制单元送出什么样的信号,拼接大屏幕就显示出相应的信号。因此,拼接大屏要同时动态显示两个不同的日期、时间以及相应主题,还需从信号控制单元来进行定制设计。本文介绍的为某指挥大厅设计的基于工控机的拼接显示主题系统软、硬件结构如图1 所示。

从图1 所示的软硬件结构中不难看出,基于工控机的拼接显示主题系统主要由工控机、多屏显示器、控制软件、拼接卡、VGA/AV矩阵、集中控制单元、拼接显示大屏等部分组成。其中,工控机需要安装Windows 7操作系统、VB for Windows 7 以及拼接卡控制软件;多屏显示器根据工作需要可配置2 至3 块,以便操作人员进行系统操作;控制软件采用VB for Windows 7 进行编程[6],然后移植到工控机,用于显示两个不同的日期、时间以及主题交互操作;拼接卡根据拼接大屏数量来确定,分辨率从1024×768 至1600×1200;VGA/AV矩阵提供VGA、RGB、AV、HDMI等信号输入输出控制接口;集中控制单元采用编程方式,为用户提供对指挥大厅各类系统设备进行操作控制;拼接显示大屏根据需要可采取单屏或多屏进行无缝拼接,用于显示VGA、RGB、AV、HDMI等信号。

2 控制软件设计

基于工控机的拼接显示主题系统控制软件主要由拼接控制软件和主题显示控制软件两部分组成。其中,拼接控制软件通常由拼接设备供应商提供,用户只需将拼接卡插入工控机相应插槽,在Windows 7 系统下按操作向导提示即可安装运行;而主题显示控制软件则需要在相应的程序开发环境下,通过编程来设计实现。

2.1 控制流程设计

为在指挥大厅拼接显示大屏上显示作战时间、天文时间以及相应主题,笔者将整个控制流程融合为一个实体模型[7],设计如图2 所示的控制流程,采用VB for Windows 7 来设计控制程序并移植到工控机中,进而实现作战时间、天文时间以及相应主题动态显示功能。

在图2 所示的主题显示控制流程图中,启动工控机中的主题显示控制软件后,系统首先引导进入初始化参数设置界面,要求操作人员输入输入既将演练的活动所要求的日期、时间以及主题。当操作人员输入参数并确认后,系统按要求在相应位置全屏显示作战时间、天文时间以及演练标题,操作人员通过与集中控制单元相配套的触模屏操作,即可按导调人员指令,将现阶段演练活动所需的作战时间、天文时间以及演练标题切换到拼接大屏上。在下一阶段演练活动开始前,通过与集中控制单元相配套的触模屏操作,将演练相关的视频或其它VGA信号过渡性地投影到大屏上,待操作人员完成新的作战时间、天文时间以及演练标题设置后,根据导调人员指令,再通过触模屏操作,将这一阶段演练活动所需的作战时间、天文时间以及演练标题切换到拼接大屏上。

2.2 时钟控制程序设计

为实现图2 所示的主题显示控制流程功能,笔者在主题显示控制软件设计中采用人机交互操作方式,系统运行后由时钟控制程序通过两个时钟控件,先是自动读取工控机的系统日期、时间以及预定主题内容并显示,然后是等待操作人员输入所需的日期、时间以及活动主题,确定后即以此为基准,在同一场景下动态显示所需的日期、时间及主题。其中,时钟控制程序部分代码如下所示。

该主题显示控制软件在具体使用中,操作员只需根据本单位指挥中心显控制系统情况,在提前预演过程中,按照导播计划,根据导调人员指令,不断熟悉参数设置操作,即可顺利完成演练保障工作。

3 结束语

本文针对某些压缩时间、空间演练活动导调控制要求,采用VB for Windows 7 来设计专门的控制软件,通过移植到指挥中心工控机中,实现作战时间、天文时间以及相应主题动态显示要求。与常规方法相比,既克服了在PPT条件下采用VBA方法实现的不便,还有效避免了因频繁调整工控计算机的系统日期、时间可能造成系统日志紊乱的问题。从近三年来在相关单位保障多个演练活动情况看,这种方法既可在单屏情况下使用,也可在双屏、三屏情况下使用,较好地完成了历次演练主题显示控制保障工作。

参考文献

[1]丁海涛.主流大屏幕数字拼接墙显示技术和应用情况分析[J].信息通信,2013(1):51-52.

[2]刘冰,张志.军事指挥所大屏设备应用[J].通信工程,2015(2):65-67.

[3]董航程.集成化的大屏拼接显示系统[J].中国安防,2013(6):34-39.

[4]姚斯沛.探究主流大屏幕数字拼接墙的显示技术及其应用[J].2014(10):46-47.

[5]张春林,朱敬东,余黄河.融合拼接大屏显示系统可靠性研究及优化策略[J].电视技术,2013,37(9):88-90.

[6]许柳竣熙,丁洪伟,蔡煜.基于SQL Server的客运站电话答询系统设计[J].计算机与网络,2014,40(16):65-68.

基于工控机的COD在线监测系统 第10篇

【关键词】COD化学耗氧量 ； 在线监测系统 ； 工业控制计算机 ； 滴定法

【中图分类号】X832 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2015）36-0009-02

1.引言

COD（化学耗氧量）是指在一定条件下，经重铬酸钾（K2Cr2O7）氧化处理时水样中溶解性物质和悬物所消耗的重铬盐酸相对应的氧的质量浓度，以氧的每升毫克（mg/l）数来表示，它是指示水体受有机物污染程度的重要指标，是水质综合评价中的重要参数。

根据国家标准GP11914，水质COD测定采用重铬酸钾法。COD在线监测系统完全依据国家标准规定的测试方法，通过工控机的控制，自动完成从水样采集到测定值显示打印的全部过程。本系统作为一种全自动在线监测仪器适用于放置在企业污水总排口，连续监测COD排放值及排放总量，有利于促进排污总量控制管理，排污收费等项工作；同时适合于环境工程，监控污水处理，确保达标排放。

2.系统化学原理

在水样中加入已知量的重铬酸钾溶液，并在强酸介质下以银盐作为催化剂，经沸腾回流后，以亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁按滴定水样中未被还原的重铬酸钾，由消耗的硫酸亚铁铵的量换算成消耗氧的质量溶度。

3.系统硬件设计

COD在线监测系统由气动加液、化学反应和电器控制三大部分多个单元组成。

3.1 采样单元

离心泵将排放口的废水打至位于工作室的原水桶，其溢流器保证液面恒定。工控机控制原水桶内的潜水泵，将水样直接打入定量瓶，这样系统就可以采集和测定任意时刻的瞬时水样。

3.2 定量加液单元

盛液瓶、缓冲瓶、定量瓶均为密封容器，气泵及气阀受工控机控制，气泵开启，移液阀打开，压缩空气经配气管、移液阀进入盛液瓶，试剂从伸入瓶底的玻璃管由缓冲瓶进入定量瓶，通过时间控制，使压入定量瓶的试剂液位高于定量。此时，停止气泵，关闭移液阀，移液阀接盛液瓶一端常开，过量的试剂因虹吸作用自动回流到盛液瓶，实现自动定量。气泵再次开启，加液阀接通将试剂从定量瓶压入消解瓶。

3.3 消解单元

当消解时，水泵开始打水，产生负压，将蒸馏瓶内的溶液抽出，吸入于消解瓶中，溢出的溶液通过废液瓶流走。

3.4 抽气蒸馏单元

当蒸馏瓶开始蒸馏时，利用潜水泵产生的负压抽气，滴定瓶是密封的，则蒸馏瓶的气体被抽至滴定瓶。同时，为防止滴定瓶内溶液变热溢出，采用两个风机对其冷却。

3.5 滴定光电检测单元

利用潜水泵抽气进行搅拌和蠕动滴定硫酸标准溶液。滴定瓶的一侧设置多个发光管，另一侧设有一个光敏电阻，发光管绿色照射溶液，光敏电阻接受透射过来的绿光，溶液由黄变红时，电压值缓慢升高，当滴定达到终点是电压值会突然跳跃一定的幅度，工控机测到电压突变时控制蠕动泵停止滴定。

3.6 排废液单元

当水泵打循环水时，侧面旁管产生负压，液阀中的浮子吸上堵住管路，瓶中的废液被抽出。当泵停止工作时，浮子下落，将废液排除。

3.7 输出驱动单元

系统中的所有气动阀和溶液阀均工作于24V直流，该单元是工控机与气动加液、化学反应各单元的输出接口，采用光隔离、升压驱动电路。

3.8 工控机主控单元

本单元是整个在线监测系统的控制中心，气动加液和化学反应各单元的有序地运作和协调，均是在工控机的控制下自动完成的。由于控制单元采用了工业控制计算机，使得COD在线监测系统可以全天候工作于环境恶劣的污水总排口，连续、实时地连续监测COD排放量。

3.9 A/D转换单元

将滴定检测光敏电阻上的电压值，精确地转换成数字值输入到工控機，终点捕捉软件采用“动态多点滑动”技术准确地捕捉到，溶液由黄变红时电压值突然跳跃点，此时的滴定步数通过计算就是相应的COD值。

3.10 无线通讯单元

利用移动公司提供的数据业务，将实时检测的结果数据传输到当地的环保部门的服务器中，设有两种工作模式：针对检测数据量较少的监测点，可使用“短信息”发送模式，该模式较为经济；对于检测数据量较多的监测点，可使用“ISDN”数据传输模式。

3.11系统控制原理框图

4.系统软件设计

4.1 系统工作流程

工作步序 工作内容

COD 01 清洗系统

COD 02 准备

COD 03 启动采用泵，水样采集至水样瓶

COD 04 水样提升至定量瓶

COD 05 水样定量至20ml

COD 06 水样加入消解瓶

COD 07 清理采样系统

COD 08 将各种药液从各自的盛液瓶移至各定量瓶

COD 09 将硫酸-硫酸银从盛液瓶移至定量瓶

COD 10 将清水从盛液瓶移至定量瓶

COD 11 各种药液定量至相应ml数

COD 12 将硫酸汞加入消解瓶

COD 13 将10ml重铬酸钾溶液加入消解瓶

COD 14 将30ml硫酸-硫酸汞溶液加入消解瓶

COD HT 加热回流消解

COD 15 消解后的溶液在消解瓶内冷却

COD 16 将20ml冷却水加入消解瓶

COD 17 溶液从消解瓶移入滴定瓶

COD 18 将50ml清洗水加入消解瓶，清系统

COD 19 清洗水移入滴定瓶

COD 20 待测溶液在滴定瓶内冷却

COD 21 10ml溶有指示剂的溶液加入滴定瓶

COD DD 滴定，终点显示、打印、存入本地数据库，无线传输至远程数据库

COD 22 排废液

COD 23 光检测

COD ED 一次检测完毕

4.1 软件功能模块

主控软件系统设计了以下几个核心模块：空白试验值检测模块；COD全自动检测模块；COD单步手动检测模块；消解时间、检测间隔时间、检测次数等参数设定模块；“看门狗”运作和系统再入模块；光电A/D转换测量模块；滴定终点捕捉模块；检测结果显示打印模块；历史数据查询模块；无线远程通讯模块。

5.结束语

COD在线监测系统在国内多个城市使用取得了良好的效果，得到当地环保部门的肯定和好评。COD在线监测系统采用的是化学分析方法，比较国外采用的物理分析方法，具有诸多的优点；经济、准确、适合多点投放监测、符合中国的国情，作为一种本土的环保监测系统在实际应用中具有较强的实用价值。

参考文献

[1]《水和废水监测分析方法》，国家环保局编，中国环境科学出版社。

[2]《环境工程监测》，蒋展鹏、祝万鹏编，清华大学出版社。

[3] 日《水质测试法》，日本工业用水协会。

工控程序设计 第11篇

在国内印刷电路板 (PCB) 、柔性印刷电路板 (FPCB) 的制作过程中, 冲孔主要靠人工目测定位。这种定位操作方式的缺点是劳动强度大、效率较低、质量差、重复性差。前几年国内的工程技术人员利用已经成熟的动态摄像技术进行印刷电路板冲孔的准确定位, 其定位精度高, 可实现制作过程自动化, 提高了生产效率, 开发出了印刷电路板自动冲孔机。早期的印刷电路板自动冲孔机自动定位控制系统以单片机为控制器, 由CCD 摄像头输出目标的图象信号, 再将采集的图象信息送给单片机进行处理, 计算出目标的位置, 将位置信息通过串行口输入到下位机, 控制电动机动作, 从而实现自动定位、冲孔功能。该系统特点是成本低、性价比较高、应用较广。随着印刷电路板加工要求的提高, 要求能识别圆弧、异型孔等图象, 但以单片机为控制器核心的印刷电路板自动冲孔机, 其控制器内存小、运行速度慢, 难以满足其要求。工控机与单片机相比, 具有运行速度快、RAM容量大、可配置多种操作系统、便于多任务调度和运行等优势, 为图象数据的存储、处理提供了良好的运行环境。为此, 笔者设计了一种基于工控机的印刷电路板自动冲孔机。

1 硬件系统原理

1.1 硬件系统组成

基于工控机的印刷电路板自动冲孔机的硬件系统由CCD摄像头、二值化电路、CPLD逻辑、PC104工控机 (以下简称PC104) 、X方向驱动电路、Y方向驱动电路、机械平台等组成, 如图1所示。其中, PC104为控制核心, 具有可靠性高、抗干扰能力强、工作温度范围宽等特点, 可保证硬件系统的可靠运行。

1.2 工作原理

CCD摄像头获取电路板定位孔图象信息, 经二值化电路处理转换成串行数字信号, 送入CPLD, 将串行信号转换成8位1组的并行信号, 存入缓存中, 以DMA (直接存储器存取) 方式传送至PC104的 RAM中。视频信号的1个扫描行采集的点数为328点, 取41 B, 偶数场、奇数场的扫描行取287行, 则总的数据量为24 K (412872) , 为了减少数据量, 可以对图象的上、下、左、右进行剪裁, 行扫描采集的点数取256点, 为32B, 偶数场、奇数场的扫描行取256行, 总的数据量为16 K。PC104在读取完整的1屏图象数据、处理图象后, 获取印刷电路板定位孔的坐标信号, 通过串行口将该坐标信号送到X方向、Y方向驱动电路, 控制机械平台的X方向、Y方向运行至印刷电路板定位孔位置, 控制气动部件对定位孔冲孔。这样即完成对1个定位孔的识别与冲孔过程。

CPLD的输入信号有CCD摄像头输出的视频信号、18.973 MHz的方波信号、二值化后的数字图象信号。CPLD内部产生的部分信号波形如图2所示, 其中a为从视频信号分离出的场扫描周期信号;b为分离出的场扫描的回扫信号, 其高电平宽度为1.6 ms、周期为20 ms;c为790.5 kHz的频率信号, 是18.973 MHz的24分频所得;d为周期为64 μs的行扫描信号;e为频率信号, 同c, 该信号在场回扫描时被屏蔽。CPLD输出至PC104的信号有8位数据;DMA控制信号;a为场扫描信号 (奇/偶帧) , 用于将奇、偶扫描期间采集的数据合成1屏完整的图象信号;e作为缓存RAM的写入信号, 将转换成8 bit为1组的平行数据写入双端口RAM中。

1.3 CPLD与PC104的数据传送

CPLD的数据缓存采用双端口RAM技术, 其核心是存储器阵列, 它的读与写操作相互独立, 有各自的时钟线、地址总线、数据总线和使能端。在传输数据时, 数据进入存储器进行缓存, 供PC104访问, 即从缓存中读出数据存入PC104的内存。

1.4 电动机驱动

在获取了印刷电路板定位孔的中心坐标和机械零位坐标后, 分别求取二者在X、Y方向的差值, 该差值即为机械平台在X、Y方向需移动的距离。但由于该差值的单位为CCD像素点数, 故必须进行像素点数与伺服电动机脉冲数即脉冲当量λx、λy之间的转换。像素点之间的距离与CCD参数 (如焦距、安装位置等) 有关, 在实际应用中离散性较大, 且X、Y方向的像素点距也不同, 故必须实时测试X、Y方向, 以消除机械平台机构、丝杆等在“上、下、左、右”4个方向上移动时产生的机械间隙误差。

若定位孔中心坐标为 (xn, yn) , 机械零位坐标为 (x0, y0) , 则X、Y方向伺服电动机的脉冲数Nx、Ny分别为

在实际的伺服电动机快速响应驱动中, 必须保证电动机在频繁启停、频率发生突变的高速运转过程中不发生堵转和失步现象。而堵转和失步的发生与电动机的升速和降速特性, 即与伺服电动机升降频脉冲序列的变化规律有关。根据所选伺服电动机的力矩-频率特性, 通过分析可以得到第i个脉冲频率算法:

undefined

式中:f0为初始频率;fmax为升速时的终止频率;R为曲线的平滑度, 取值为1～2。

经实际测试, 当R取1.3、f0取300 Hz、fmax取55 000 Hz时, 在保证机械平台高速移动时, 自动冲孔机系统运行平稳、机械抖动小、运行声音柔和;而在降频减速时, 电动机的减速规律是升速曲线的镜像。如果将X、Y方向电动机的脉冲序列建立一张数据表, 那么二者就可共用同一张数据表, 对于减速过程, 只需逆向查表即可。

具体设计过程:通过上面的算法计算得到的脉冲序列, 转换成微处理器定时器T (T0或T1) 所需的计数值存入内存中, 需要加/减速控制时, 依次从中取出计数值送入T时间常数寄存器中, 通过定时产生中断, 每隔ΔTi输出1个脉冲, 即产生设定的脉冲序列, 从而实现伺服电动机的升速和降速驱动。

2 图象处理

印刷电路板定位孔由圆形或其它图形的铜箔构成, 分布在纵横交叉的铜箔线条和各种图形文字中, 背景图象十分复杂。由于待处理的二值图象包含印刷电路板较多的对象, 而实际上只需分析处理印刷电路板定位孔的几何参数。为了避免处理大量无效数据, 需要对印刷电路板整幅图象中所有的物体数据按一定的方法进行预处理, 以提高目标识别的速度, 降低误识别率。在识别锁定目标的图象边界点之前, 由于实际采集的图象中含有大量的噪声, 必须进行滤波处理。经滤波后通过一定的算法求得标记印刷电路板定位孔的圆心坐标和半径, 同时计算出相对于钻头中心坐标的定位孔圆心坐标。

图象处理在印刷电路板自动冲孔机中具有核心作用, 其处理结果决定冲孔的精度和效率, 它产生驱动控制器所要求的数据, 送出给控制系统, 控制系统响应命令, 从而控制机械部件动作, 完成相应的动作功能。

3 机械部分

印刷电路板自动冲孔机通过三维运动达到对其冲孔的目的, X、Y向通过伺服电动机驱动二维拖板, Z向通过汽缸驱动。首先操作者将需要冲孔的电路板放在Y向拖板上面、摄像机的下方, 通过对印刷电路板的摄像得到定位孔的灰度图, 将灰度图二值化, 得到定位孔的圆心。然后压脚将印刷电路板压紧在Y向拖板上, 驱动器驱动伺服电动机, 伺服电动机驱动拖板使定位圆心走到冲头圆心坐标处, 压下脚踏开关, 控制器接收到开关信号后, 汽缸动作驱动冲头向上运动冲孔, 完成1次冲孔动作。上述动作通过设置也可以自动工作方式完成冲孔动作。

4 结语

本文介绍的基于工控机的印刷电路板自动冲孔机采用工控机处理视频图象信息, 通过选用相应的算法, 实现了对圆、圆弧、异型孔的图象识别, 达到了自动定位、冲孔的目的。

摘要：针对以单片机为控制器核心的印刷电路板自动冲孔机不能识别复杂图象的问题, 介绍了一种基于工控机的印刷电路板自动冲孔机的设计。该冲孔机由CCD摄像头获取印刷电路板定位孔图象信息, 传送至PC104工控机的RAM中, PC104工控机在读取完整的1屏图象数据、处理图象后, 获取印刷电路板定位孔的坐标信号, 通过串行口将该坐标信号送到X方向、Y方向驱动电路, 控制机械平台运行至印刷电路板定位孔位置, 控制气动部件对定位孔冲孔, 实现自动定位、冲孔的目的。实际应用表明, 该冲孔机具有运行速度快、精度高、能识别和处理较为复杂的图象等特点。

关键词：印刷电路板,冲孔机,工控机,图象处理,自动定位,PCB,CCD,PC104

参考文献

[1]朱海峰.电路板自动钻孔机的开发[J].工业控制计算机, 2004 (12) .

[2]韩雁.基于89C516RD的FPCB自动定位系统的研究[J].工矿自动化, 2006 (5) .

[3]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002.

[4]蒋璇.数字系统设计与PLD应用技术[M].北京:电子工业出版社, 2001.

[5]王庆有.CCD应用技术[M].天津:天津大学出版社, 2000.