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  • 热度 5
    2019-7-2 13:44
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    电动车的控制器MOS管:SKST065N08N,直接影响产品的寿命!
    电子工程师都知道控制器是电动车的重要部件,甚至相当于整个电动车的“大脑”。而MOS管作为它的控制器核心元器件起至关重要,换句话就是MOS管的好坏直接影响着这个电动车的质量。目前行业内通用的型号大多为SKST065N08N场效应管,但在市场质量参差不齐的情况下,如何选择一款与SKST065N08N同参数功能的MOS管来进行代用就显得尤为重要。 电动车的控制器中的电机是靠MOS的输出电流来驱动的,因而一个好的MOS管输出电流越大(为了防止过流烧坏MOS管,控制器有限流保护),电机扭矩就强,加速就有力,也就更利于电动车的工作运作。所以作为电动车厂商的电子工程师为了加强电动车的质量,降低产品的售后问题,在选用一个好的场效应管就非常有必要了。目前飞虹电子生产的型号为:FHP100N08高压MOS管就可替代型号:SKST065N08N高压MOS管。 广州飞虹电子 的FHP100N08高压MOS管为N沟道增强型高压功率场效应管,在使用方面是不仅能匹配型号为SKST065N08N场效应管,还能代用型号为:STP75NF75、HY3008、HY3208、STP140NF75这四款型号场效应管。 FHP100N08场效应管广泛适用于AC-DC开关电源, DC-DC电源转换器,高压H桥PMW马达驱动等。 FHP100N08的主要封装形式是TO-220/TO-220F/TO-262/TO-263,脚位排列位GDS。这款产品最主要的特点就是8.0A, 600V, RDS(on) = 1.2Ω(max) @VGS = 10 V低电荷、低反向传输电容开关速度快。
  • 2016-5-23 14:39
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    一、前言 Wifi机器人(Wifi Robot):其实是一辆能通过互联网,或500米以外的笔记本无线设施来远程控制的遥控汽车。由于在车上配备了一个网络摄像头,因此在视野范围之外都能够遥控该车,此外,车上还装了一个喇叭,您可以远程朝人们按喇叭。 我发现Linksys WRT54GL路由器非常的hacker-friendly(黑客友好),它运行Linux和一些已经被反向工程(reverse engineered)了的硬件。世面上有一大批针对这种路由器的固件版本(firmware version)可供选择,本项目用到的版本是可订制化的 Linux firmware Open-WRT。有了路由器的相关软件,对一大堆硬件进行改装也变得可能。因此,既然有这样一个廉价的、可改装的、嵌入式Linux系统可以随我所用——我知道我能做件很酷的事情,于是,Wifi机器人的想法诞生了。 本文的目的是提供一个该项目的概览,同时也列出了一些相关软件和电子产品的实施细节,但它并不是一个一步一步详细介绍如何制作Wifi机器人的手册,不过,那些具备一定电子和软件知识的人根据本文提供的信息也能够做出自己的Wifi机器人。我已经遵循GNU GPL v2发布了所有的源代码,因此,希望大家都来用这个源码,并尽量去完善它! 二、硬件部分 2.1 汽车 在汽车上增加网络摄像头、路由器、沉重的电池、额外的电路,以及一大堆的电线会大大超出汽车原本设计的载重量。因此,考虑到这些额外要加的重量,您需要找到一个超大型的遥控汽车。旧货店常常有一些遥控车卖,价格3到5美元不等(不包括遥控器),我已经买了许多这样的汽车以供使用。您最好选择那些体积大于或等于现实生活中真车体积1/10的玩具遥控汽车,体积太小的就不要考虑了。下图这两辆遥控汽车是我在Value Village花5美元买下的。 我一共拆了约20辆遥控汽车。我发现几乎每一辆车都使用了Realtek RX2/TX2芯片或其他引脚兼容(pin-compatible)的芯片,而且说明书里有各引脚的具体连接方式。这意味着真的很容易改装这些汽车,而不必加上一大堆我们自己的电路。我们可以将一个微控制器直接与这些引脚连接起来,直接控制汽车。充分利用汽车的原有电路能节省很多的时间和精力。 2.2 路由器 我已经改装了我的WRT54GL,现在它有2个串口和一个1GB的SD卡(用来充当1GB的硬盘)。在本项目中其实没有用到这个SD卡,但用到了一个串口。两个串口中的一个作为控制台端口,另一个作为我们将来会使用到的TTS/1(语音合成)端口。这个项目我使用的固件版本是Open-WRT White Russian v0.9,还有更多更新的固件版本,但我们这个项目并不需要。 2.3 微控制器的选择 在本项目中我评估了三种不同的微控制器,以下是一个简要的评估结果。 最后,出于以下几个原因我选择了PIC16F628A: 1、我手边有一堆PIC16F628A。 2、我对PIC16F628A最熟悉。 3、我想要块面积小的板子,PIC是三个微控制器中面积最小的。 4、我想完全控制代码实现的功能,PIC是基于汇编语言编程,因此很适合。 Arduino (Freeduino MaxSerial)是我的第二选择,它很容易安装和运行,我真的很喜欢。社区支持非常强,而且非常好用。 我原先使用的是AVR Butterfly开发板,但我发现AVR butterfly的bootloader上有一个错误会破坏代码,并且不允许你重新编写它,除非载入一个新的bootloader。我花了相当长的一段时间来调试和解决这个问题,不过最终还是决定放弃它。此外,我还发现输出电压是难以预测的,因为输出还要驱动液晶显示屏之类的集成外设。 PIC和Arduino微控制器平台的源代码我都有。两个都经过了测试,所以你觉得哪个好用就用哪个。Arduino (Freeduino MaxSerial)用起来最方便,我买了这个。 2.4 操控电路(steering circuit) 实际上,我在车上装了两个控制板。这样做的理由是,我开始不小心烧掉了车上附带的原始驱动晶体管(drive transistor)。幸好我还能将烧掉的晶体管拆掉,同时也拆掉了一起被烧掉的RX2芯片,从而挽救了操控电路。 该驱动晶体管的额定电流为5A,当我努力将电路电压加到16V时,晶体管在一阵壮观的烟雾中“牺牲”了,因为正常情况下用电池驱动汽车只要9.6V。我只好又拿了另一辆遥控汽车的板子装上了——这么做当然是为了要用板子上的驱动晶体管。当我把电压打到12V时,尽管上面的晶体管已经变得非常热,但一切正常。如果能够利用遥控汽车已有的电路,而不必建立自己的H桥电机驱动(H-bridge)电路,那将会节省大量的时间和金钱。 2.5 电池 我花了50多美元在易趣上买了一些高级的遥控汽车电池,它们的电池容量都是3800毫安(mAh)的,另外还有一个1.8A的智能充电器。在完全没电的情况下,每个电池大概需要花1.5小时充电。 我用标准ATX电源Molex连接器换下了所有的遥控电池连接器。这样,我就可以用我已有的廉价连接器将它们连接起来,并且比较容易做一个分配连接器(splitter connector)来进行功率测量。这些完全充好电的电池串联连接时总电压约为16V。 2.6 电源导轨(Power Rails) 9.6V导轨(rail)是由7812 12V导轨供电,不过,我们首先需要将4个二极管与7812 12V导轨串联在一起。这样做的理由是,每个二极管需要0.7V(实际不超过0.7V)的电压,把这4个二极管串联,就能把7812 12V导轨的总电压降低约2.8V,变为9V左右,从而得到我们设备所需要的电压。 7812稳压器的额定电流只有1A,但电动机的耗电量会大大超过它。所以,我在Digikey花了不到14美元买了一个7.5A 12V的稳压器,并且还在上面加了一个散热器,因为我当时估计它运行起来有可能变得很烫,但在多次的实际使用中,我发现它甚至没有变暖,所以并不需要散热器。 我不想冒烧掉操控控制电路的风险,所以我把它放在最接近遥控汽车电池的轨道上。摄像头的工作电压为9V,喇叭也差不多,因此,我把这些设备都放在9.2V轨道。 所有的电力电子设备都装在一个原型板(prototype board)上,然后被储存在一个项目盒(project box)中。 2.7 微控制器电路(Microcontroller Circuit) PIC Arduino 接线指导 信号         Arduino引脚 向前        数字引脚 8 向后        数字引脚9 向左        数字引脚10 向右        数字引脚11 绿色发光二极管        数字引脚7 红色发光二极管        数字引脚6 喇叭        数字引脚5 只要用标准的串行电缆,就可以将Freeduino MaxSerial串口与路由器的串口连接起来。 该Freeduino MaxSerial使用串行引脚4——即DTR(data terminal ready,数据终端就绪)引脚来重启微控制器,并使其能够下载新的代码。在正常的电脑操作中,这个引脚的工作电压为10 V或-10V——具体取决于该串口连接与否。然而,这个引脚是接地连接在路由器的串口上,当路由器串口发送数据时,MaxSerial就会重启,而这点对本项目不合适,我们要求把DTR引脚加压到+9V。通过硬件改造,我们给它增加了一个程序锁定模式,使之不能上传新的代码,也使得串口无法重启微控制器。 注意:如果您使用的是USB接口版本的Arduino,您应该只需要把RX和TX引脚连接到MAX232A,然后再连接到路由器的串口,并且可能不需要做硬件修改。不过我手中只有MaxSerial版本,所以无法验证此点。 2.8 摄像头 本项目最酷的一个地方,是在视野范围以外还能驱动汽车。这其实是靠一个网络摄像头完成的。我选择的摄像头是Panasonic BL-C1A,它基本上算是最便宜的有线网络摄像头,其驱动软件也只能用在Windows系统上,不过已经完全够用了。而且,就像两位评论家所指出的那样,该摄像头有一个非常实用的web使用界面。 该摄像头的视频质量相当不错。然而,即使在连接良好的情况下,它也常常会暂停1秒左右的时间,然后又开始恢复正常。我猜这是因为它的控制器没有足够强大的自动对焦能力,但总的来说我还是很喜欢这款性价比不错的摄像头。 2.9 喇叭 我觉得用遥控 汽 车 朝 人 摁 喇 叭 很 有趣,于是就加了个喇叭,而且这很容易实现。我买了一个3美元的蜂鸣器,然后用一个晶体管把它连接到微控制器上就可以了。 2.10 硬件安装 PIC控制板被安全固定在车的一侧。在车架上我打了很多孔,用来穿电线,所有的电线长度都弄得比实际需要的要长,目的是为了使电线连接的各零部件在最终固定之前可以自由地调整位置。当所有的零部件被最终固定好之后,用捆线器收紧电线的多余部分即可。本项目一共用到了大约30根电线,还不包括以太网电缆。 车的顶部装了个项目盒,除了LT1083 7.5A稳压器被装在遥控车的底部之外,所有其他的电源电路就放在这个项目盒里。而我之所以没把LT1083 7.5A稳压器也放在盒子里,是因为它是在我烧掉第一块控制板后新加的一个东西,装在车子底部最省事。 当路由器启动时,装在项目盒背面的一个发光二级管就开始发出红光。当路由器向微控制器发送一个‘alive’信息时,这个发光二级管就变为发绿光,于是我就知道我可以连接VB客户端应用程序了。这个发光二极管在调试系统时非常有用。 我用了些热胶(hot-glue)和捆线器将电池固定好。另外,路由器相对遥控车的底座有点太宽,所以我做了点改动——将两片有机玻璃加在遥控车底座,使之变宽。 2.11 未来可能还会添加的部件 下面几个东西应该很有趣,是我想加的东西: 1、头灯:其实就是超级亮的发光二极管,应该很容易将它们加到微电路上。 2、电流传感器(Current Sensor):可以传回汽车使用的电流量,并将其显示在VB应用程序中。控制器可以读取传感器的数据,然后发送回。 三、软件部分 本项目要用到三种软件: 1、VB6 Wifi_Robot客户端应用程序(运行在Windows系统中); 2、 用在路由器上的用C语言编写的CarServer,该路由器运行OpenWRT WhiteRussian v0.9 (Linux版本); 3、 微控制器固件。 我已经提供了经测试过的PIC16F628A微控制器和Arduino (Freeduino MaxSerial)固件,相关的源码都遵循GNU GPL v2发布了。 假设您有一个安装了OpenWRT WhiteRussian v0.9 的Linksys WRT54GL,并将它已连接到了互联网,可以参考下面的安装指令。 Installing CarServer(安装CarServer) 如果你只是想要使用该软件,在你的路由器安装配置SSH,然后运行以下代码: # cd /tmp # wget http://www.jbprojects.net/projec ... server_1_mipsel.ipk # ipkg install ./carserver_1_mipsel.ipk Compiling and Installing CarServer(编译和安装CarServer) 如果你想看看它是如何工作的,或者想自己修改代码,你需要先下载OpenWRT SDK(Linux  版本),然后遵循Eric Bishop的Writing and Compiling A Simple Program for OpenWRT去编译软件(只需参考第一部分) Makefile place in /OpenWrt-SDK-Linux-i686-1/package/carserver/ Makefile place in /OpenWrt-SDK-Linux-i686-1/package/carserver/src carserver.c place in /OpenWrt-SDK-Linux-i686-1/package/carserver/src 你编译的ipkg 将出现在 /OpenWrt-SDK-Linux-i686-1/bin/packages. 然后将代码# scp carserver_1_mipsel.ipk root@router_ip:/tmp/. 复制到你的路由器,配置SSH,并安装它。 相关资源 关于WRT54G系列路由器有一本很不错的电子书:《Linksys WRT54G Ultimate Hacking》。这本书教人如何添加一个串口,如何设置软件,还有一大堆的黑客技巧。我已经联系过该书的作者之一,这本书并非免费的,但是你在Google Books上可以读到它。 3.1 如何让串口工作起来 我们需要利用TTS/1(语音合成),因此,如果您只添加了一个串行端口,那就保证这个端口用于语音合成。假定你已经安装了OpenWRT WhiteRussian v0.9,那么运行如下指令即可。 # ipkg update # ipkg install setserial # cd /usr/sbin # wget http://www.jbprojects.net/projects/wifirobot/stty.tgz # tar -zxvf stty.tgz # chmod 755 stty 将下列语句添加在/etc/init.d/custom-user-startup后,使串口启动后工作起来,并使CarServer自动启动。 /usr/sbin/setserial /dev/tts/1 irq 3 /usr/sbin/stty -F /dev/tts/1 raw speed 9600 /bin/carserver 3.2 运行Wifi机器人客户端应用程序 本文转自CNW
  • 热度 2
    2016-5-12 15:52
    589 次阅读|
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    目前,中国工业机器人的使用主要集中在汽车工业和电子电气工业,弧焊机器人、点焊机器人、搬运机器人等在生产中被大量采用。想搞工业机器人,这五大方面知识和技术你必须了解。 1、工业机器人控制系统硬件结构 控制器是机器人系统的核心,国外有关公司对我国实行严密封锁。近年来随着微电子技术的发展,微处理器的性能越来越高,而价格则越来越便宜,目前市场上已经出现了1-2美金的32位微处理器。高性价比的微处理器为机器人控制器带来了新的发展机遇,使开发低成本、高性能的机器人控制器成为可能。为了保证系统具有足够的计算与存储能力,目前机器人控制器多采用计算能力较强的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片组成。此外,由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全满足某些机器人系统在价格、性能、集成度和接口等方面的要求,这就产生了机器人系统对SoC(SystemonChip)技术的需求,将特定的处理器与所需要的接口集成在一起,可简化系统外围电路的设计,缩小系统尺寸,并降低成本。例如,Actel公司将NEOS或ARM7的处理器内核集成在其FPGA产品上,形成了一个完整的SoC系统。在机器人运动控制器方面,其研究主要集中在美国和日本,并有成熟的产品,如美国DELTATAU公司、日本朋立株式会社等。其运动控制器以DSP技术为核心,采用基于PC的开放式结构。 2、工业机器人控制系统体系结构 在控制器体系结构方面,其研究重点是功能划分和功能之间信息交换的规范。在开放式控制器体系结构研究方面,有两种基本结构,一种是基于硬件层次划分的结构,该类型结构比较简单,在日本,体系结构以硬件为基础来划分,如三菱重工株式会社将其生产的PA210可携带式通用智能臂式机器人的结构划分为五层结构;另一种是基于功能划分的结构,它将软硬件一同考虑,其是机器人控制器体系结构研究和发展的方向。 3、控制软件开发环境 在机器人软件开发环境方面,一般工业机器人公司都有自己独立的开发环境和独立的机器人编程语言,如日本Motoman公司、德国KUKA公司、美国的Adept公司、瑞典的ABB公司等。很多大学在机器人开发环境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作,提供了很多开放源码,可在部分机器人硬件结构下进行集成和控制操作,目前已在实验室环境下进行了许多相关实验。国内外现有的机器人系统开发环境有TeamBots,v.2.0e、ARIA,V.2.4.1、Player/Stage,v.1.6.5.1.6.2、Pyro.v.4.6.0、CARMEN.v.1.1.1、MissionLab.v.6.0、ADE.V.1.0beta、Miro.v.CVS-March17.2006、MARIE.V.0.4.0、FlowDesigner.v.0.9.0、RobotFlow.v.0.2.6等等。从机器人产业发展来看,对机器人软件开发环境有两方面的需求。一方面是来自机器人最终用户,他们不仅使用机器人,而且希望能够通过编程的方式赋予机器人更多的功能,这种编程往往是采用可视化编程语言实现的,如乐高MindStormsNXT的图形化编程环境和微软RoboticsStudio提供的可视化编程环境。 4、机器人专用操作系统 (1)、VxWorks,VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS),是Tornado嵌入式开发环境的关键组成部分。VxWorks具有可裁剪微内核结构;高效的任务管理;灵活的任务间通信;微秒级的中断处理;支持POSIX1003.1b实时扩展标准;支持多种物理介质及标准的、完整的TCP/IP网络协议等。 (2)、WindowsCE,WindowsCE与Windows系列有较好的兼容性,无疑是WindowsCE推广的一大优势。WindowsCE为建立针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台,它能在多种处理器体系结构上运行,并且通常适用于那些对内存占用空间具有一定限制的设备。 (3)、嵌入式Linux,由于其源代码公开,人们可以任意修改,以满足自己的应用。其中大部分都遵从GPL,是开放源代码和免费的。可以稍加修改后应用于用户自己的系统。有庞大的开发人员群体,无需专门的人才,只要懂Unix/Linux和C语言即可。支持的硬件数量庞大。嵌入式Linux和普通Linux并无本质区别,PC上用到的硬件嵌入式Linux几乎都支持。而且各种硬件的驱动程序源代码都可以得到,为用户编写自己专有硬件的驱动程序带来很大方便。 (4)、μC/OS-Ⅱ,μC/OS-Ⅱ是著名的源代码公开的实时内核,是专为嵌入式应用设计的,可用于8位,16位和32位单片机或数字信号处理器(DSP)。它的主要特点是公开源代码、可移植性好、可固化、可裁剪性、占先式内核、可确定性等。 (5)、DSP/BIOS,DSP/BIOS是TI公司特别为其TMS320C6000TM,TMS320C5000TM和TMS320C28xTM系列DSP平台所设计开发的一个尺寸可裁剪的实时多任务操作系统内核,是TI公司的CodeComposerStudioTM开发工具的组成部分之一。DSP/BIOS主要由三部分组成:多线程实时内核;实时分析工具;芯片支持库。利用实时操作系统开发程序,可以方便快速的开发复杂的DSP程序。 5、机器人伺服通信总线技术 目前国际上还没有专用于机器人系统中的伺服通信总线,在实际应用过程中,通常根据系统需求,把常用的一些总线,如以太网、CAN、1394、SERCOS、USB、RS-485等用于机器人系统中。当前大部分通信控制总线可以归纳为两类,即基于RS-485和线驱动技术的串行总线技术和基于实时工业以太网的高速串行总线技术。
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    2016-3-4 10:02
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    DCS为分散控制系统的英文(TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)简称。指的是控制危险分散、管理和显示集中。60年代末有人研制了作逻辑运算的可编程序控制器(Programmable Logic Controller)。简称PLC。主要应用于汽车制造业。70年代中期以完成模拟量控制的DCS推向市场,代替以PID运算为主的模拟仪表控制。首先提出DCS这样一种思想的是原制造仪表的厂商,当时主要应用于化工行业。后又有计算机行业从事DCS的开发。 70年代微机技术还不成熟,计算机技术还不够发达。操作站、控制器、I/O板和网络接口板等都是DCS生产厂家自行开发的,也就是所有部件都是专用的。 70年代初,有人用如PDP/1124这样的小型机代替原来的集中安装的模拟仪表控制。连接到中央控制室的电缆很多。如用小型机既作为控制器、同时把连接 小型机的CRT又作为显示设备(即人机界面)。一台小型机需接收几千台变送器或别的传感器来的信号,完成几百个回路的运算。很显然其危险有点集中。和模拟 仪表连接的电缆一样多,并且一旦小型机坏了,控制和显示都没有了。数字控制没有达到预期的目的。 后有人提出把控制和显示分开。一台计算机完成控制计算任务,另一台计算机完成显示任务。另外,一个工艺过程作为被控对象可能需要显示和控制的点很多,其中 有一些还需要闭环控制或逻辑运算,工艺过程作为被控对象的各个部分会有相对独立性,可以分成若干个独立的工序,再把在计算机控制系统中独立的工序上需要显 示和控制的输入、输出的点分配 到数台计算机中去,把原来由一台小型机完成的运算任务由几台或几十台计算机(控制器)去完成。其中一台机器坏了不影响全局。所谓“狼群代替老虎”的战术, 这就是危险分散的意思。把显示、操作、打印等管理功能集中在一起,用网络把上述完成控制和显示的两部分连成一个系统。当时有人把这种系统称为集散系统。 危险究竟要分散到多少算合适呢?这与当时的计算机技术的发展水平有关。70年代中期,彻底分散就是一个控制器完成一个回路的运算。当时由于人们对数字技术 不太熟息,习惯于模拟仪表,70年代末、80年代曾经风行回路控制器,把数字控制器做成和原来模拟仪表在外观上几乎完全一样,不改变操作习惯 ,内部把PID运算数字化。一块仪表(一台计算机)完成一个回路的控制任务。其价格较为昂贵,但危险是分散了。然后用通讯网络把各个控制器和以CRT为基 础的人机界面连成一个系统。这时网络结构通常都是星形结构。回路的控制器的制作成本太高,价格/性能比不好。后来为了减低成本,就有两回路的、四回路的控 制器, 它的价格/性能比稍好一些。对于一个大中型系统来说,DCS的价格/性能比比回路控制器组成的系统要好。有些特殊地方还是要用到一些回路控制器。如果所要 完成的回路太多,如一个控制器采集几千点、完成几百个回路的运算,危险又太集中。在这种情况下,危险必需分散。随着计算机技术的发展,计算机的运算能力、 存储容量和可靠性不断提高,一台计算机所完成的任务也可以增加。完成的任务也可集中一点。另外,控制器、网络等冗余技术也得到了发展,控制运算也可集中一 些。 从目前的DCS来看,一个控制器完成几十个回路的运算和几百点的采集、再加适量的逻辑运算,经现场使用,效果是比较好的。这就产生控制器升级的问题了。有 时控制器和检测元件的距离还是比较远,这就促进现场总线的发展。如CAN、LOONWORKS、FF等现场总线,以及HART协议接收板等都用到DCS系 统中。 DCS分为三大部分,带I/O板的控制器、通讯网络和人机界面(HMI)。由I/O板通过端子板直接与生产过程相连,读取传感器来的信号。I/O板有几种不同的类型,每一种I/O板都有相应的端子板。 模拟量输入,4-20毫安的标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板;4-16个通道不等;  模拟量输出,通常都是4-20毫安的标准信号,一般它的通道比较少,4-8个个通道;  开关量输入;16-32个通道:  开关量输出,开关量输入和输出还分不同电压等级的板,如直流24伏、125伏;交流220伏或115伏等;8-16个通道不等;  脉冲量输入,用于采集速率的信号;4-8通道不等;  快速中断输入;  HART协议输入板;  现场总线I/O板; 每一块I/O板都接在I/O总线上。为了信号的安全和完整,信号在进入I/O板以前信号要进行整修,如上下限的检查、温度补偿、滤波,这些工作可以在端子板完成,也可以分开完成,完成信号整修的板现在有人称它们为信号调理板。 I/O总线和控制器相连。80年代的DCS由于控制器的运算能力不强,为了增加I/O点数,把控制器的任务分开,实际上是有三种类型的控制器。即:完成闭 环运算的控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器。它们分别有自己的I/O总线,各种DCS的I/O总线各不相同。如果要求快速,最好采用并行总线。一般采 用串行总线比较多。尤其是RS485总线较多,模拟量数据采集器和逻辑运算器的I/O点数可以多一些。 闭环控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器可以和人机界面直接连在通讯网络上,在网络上的每一个不同的控制器作为网络上的一个独立结点。每一个结点完成不同的功能。它 们都应有网络接口。有的DCS为了节省网络接口,把所有的过程控制用的设备即闭环控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器预先连在控制总线上,称为过程控制 。这可以增加过程控制站能接收的I/O点数,又能节省接口。然后再通过接口连到网络上,与人机界面相连。随着计算机计术的发展,控制器的运算能力不断增 强,如PC机做的一个控制器能力很强,既可接收模拟量运算,也接收开关量逻辑运算。一个控制器成为网络上的一个结点。通过网络与人机界面相连。 控制器是DCS的核心部件,它相当于一台PC机。有的DCS的控制器本身就是PC机。它主要有CPU、RAM、E2PROM和ROM等芯片,还有两个接 口,一个向下接收I/O总线来的信号,另一个接口是向上把信号送到网络上与人机界面相连。ROM用来存贮完成各种运算功能的控制算法(有的DCS称为功能 块库)。在库中存功能块,如控制算法PID、带死区PID,积分分离PID,算术运算加、减、乘、除、平方、开方、函数运算一次滤波、正弦、余弦、X-Y 函数发生器、超前-滞后;比较先进的算法有史密斯预估,C语言接口、矩阵加、矩阵乘;逻辑运算有逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非等。通常用站功能块不仅 把模拟量和开关量结合起来,还与人连系起来。功能块越多,用户编写应用程序(即组态)越方便。组态按照工艺要求,把功能块连接起来形成控制方案。把控制方 案存在E2PROM中。因为E2PROM可以擦写,组态要随工艺改变而改变,所以把组态存在E2PROM中。不同用户有不同组态。组态时,用户从功能块库 中选择要的功能块,填上参数,把功能块连接起来。形成控制方案存到E2PROM中。这时控制器在组态方式,投入运行后就成为运行方式 控制器中安装有操作系统,功能块组态软件和通讯软件。 为了系统安全运行,闭环控制器一定是冗余运行的,一用一备,并且是热备。为了使冗余成功,应注意以下几点:两个控制器的硬件、软件版本必需一致;检查发送-接收的芯片是否完好;冗余的芯片是否完好。两个模件的设定是否一样、还要检查有没有带手操站等。 通讯网络把过程站和人机界面连成一个系统。通讯网络有几种不同的结构行式。如总线式、环形和星形(见图)。总线形在逻辑上也是环形的。星形的只适用于小系统。不论是环形还是总线形,一般都采用广播式。其它一些协议方式已用的较少。通讯网络的速率在10M和100M左右。 人机界面有4种不同形式的结点,它们是操作站、工程师工作站、历史趋势站和动态数据服务器。 操作站安装有操作系统、监控软件和控制器的驱动软件。显示系统的标签、动态流程图和报警信息。  工程师工作站给控制器组态(CAD),也可以给操作站组态(作动态流程图)。如果监控软件作图能力很强,作图工作可以由监控软件独立完成。工程师站的另外一个功能是读控制器的组态,用于控制器升级,查找故障。我们称之为逆向工程师站。  历史趋势站用于存储历史数据,一般用磁盘阵列(称为RAID技术)。  动态数据服务器是DCS和MIS系统的接口,也是DCS和Web的隔离设备。 DCS和PLC的设计原理区别较大,PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的,70年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存 储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工 艺要求,并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序 计数器,在程序运行过程中,每执行一步该计数器自动加1,程序从起始步(步序号为零)起依次执行到最终步(通常为END指令),然后再返回起始步循环运 算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC,循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。程序计数器这样的循环操作,这是 DCS所没有的。 这也是使PLC的冗余不如DCS的原因。DCS是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都作成功能块(有的DCS系统称为 膨化块)。70年代中期的DCS只有模拟量控制。如TDC2000系统,一个控制器一秒钟内能完成8个PID回路的运算。首先应用的是化工行业。DCS和 PLC的表现的主要差别是在开关量的逻辑解算和模拟量的运算上,即使后来两者相互有些渗透,但是还是有区别。80年代以后,PLC除逻辑运算外,也有一些 控制回路用的算法,但要完成一些复杂运算还是比较困难,PLC用梯形图编程,模拟量的运算在编程时不太直观,编程比较麻烦。但在解算逻辑方面,表现出快速 的优点,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理,16位(也有32位的)为一个模拟量。而DCS把所有输入都当成模 拟量,1位就是开关量。解算一个逻辑是在几百微秒至几毫秒量级。对于PLC解算一个PID运算在几十毫秒,这与DCS的运算时间不相上下。大型PLC使用 另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。不同型号的DCS,解算PID所需时间不同,但都在几十毫秒的量级。如早期的 TDC2000系统,1秒钟内完成8个回路的控制运算。随着芯片技术的发展,解算一个算法的时简在缩短。解算一个算法所需时间与功能块的安排方式和组态方 式有关。 在接地电阻方面,对PLC也许要求不高,但对DCS一定要在几欧姆以下(通常在4欧姆以下)。模拟量隔离也是非常重要的。在有爆炸危险的地方,应配置本质安全栅。 相同I/O点数的系统,用PLC比用DCS,其成本要低一些(大约能省40%左右)。PLC没有专用操作站,它用的软件和硬件都是通用的,所以维护成本比 DCS要低很多。一个PLC的控制器,可以接收几千个I/O点(最多可达8000多个I/O)。DCS的控制器,只能几百个I/O点(不超过500个I /O)。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。如果主要是模拟量控制、并且函数运算很多,最好采用DCS。DCS在控制器、I/O 板、通讯网络等的冗余方面,一些高级运算、行业的特殊要求方面都要比PLC好的多。PLC由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一 些。 特别要指出的是,DCS的专用操作站,不是天经地义的。它是由历史原因形成的。DCS厂家如再不开放操作站,与工厂的管理信息系统连网,个别DCS就有从市场中消失的危险。 随着新技术的诞生,负面影响也跟着而来。新操作站的开放,病毒和黑客容易侵入到系统。在作设计时,在操作站上设置密码,系统多加隔离和防|火|墙。把负面影响减到最小。
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    2015-4-10 16:09
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    每个人都感叹时间飞逝,那么我们如何才能更好的强调时间的重要性呢?除了从手表上那一圈圈的指针来辨别时间,我们现在还可以看看来自一位德国发明家支持的一款“3D打印”形式实时书写时间的机器人时钟。   Plotclock是一个小型的3D打印时钟,设计师用一支可擦除的水笔、机械小手臂和一块白板以及其他3D打印的零配件制作而成。虽然外观略显粗陋,但它放弃了传统时钟伺服系统的齿轮和弹簧,而是采用了一块Arduino微控制器,却能精准地完成唯一功能:计时。它能在一分钟的时间内写下时间数字并且擦掉,然后跳转到下一分钟继续不厌其烦地重复精确到分钟的计时。如此不断循环往复,同时也不会导致它的白色面板很快就被残留的墨水弄得模糊不清。   另外,Plotclock还是一个开源的小装置,关于它所有的文件都可以在Thingaverse和GitHub中得到。你自己也可以制作出这个小型设备,或者使用大型的机械臂和教学用白板把它变成一个更大的显示装置。   其实,Plotclock与流水线的机械手臂非常相似,甚至像是一个无聊的小机器人在打法时间。不过随着3D打印机和微控制器的价格下降,以后会出现更多这样的项目。消费电子市场很快就会成为制造者们的天堂,这得益于小规模制造业的兴起。现在有想法的制造者们不再需要使用Dremel做出劣质的原型设计,他们可以通过3D打印直接得到用于生产的模型,而且还可以在自家的地下工作室中组装完成,似乎这已经成为了3D打印技术未来发展的趋势。
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