[三种控制系统的设计] 对比设计控制系统的三种方法

　　摘要：本文介绍采用了三种不同控制技术对发射机自动开机系统实现功能的设计控制。在其控制过程中，采用不同控制技术，对外部的采集数据进行计算，同时实现实时控制、瞬间保护等功能。通过在这一系列的比较，从而得出各个控制技术的实际运用能力。
　　关键词：PSM发射机 继电器 PLC可编程控制器 FPGA现场可编程门阵列
　　中图分类号:TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0006-02
　　
　　1、引言
　　随着工业自动化的普及与发展，要求有更加先进、稳定、可靠的设备加入到控制系统中，以完成数据的采集并控制输出设备安全运行，怎么样达到所想预期的效果？控制开机预热过程是发射机系统的重要的组成部分，是反映自动化性能的重要方面，对于控制系统产品质量的好坏起着决定性的作用。在这里，提出三种不同的控制系统：继电器，PLC（可编程控制器），FPGA（现场可编程门阵列）。通过实际来证明，三个控制系统的优点与缺点。
　　2、三种控制系统的特点
　　2.1 基于继电器技术的控制系统及特点
　　继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。继电器经济实惠，但运用量大占用面积。在150KW发射机早期的控制系统中，运用的就是由继电器接点组成的控制电路，通过继电器接点之间的互锁来实现逻辑控制功能的。接点都是串接起来使用的，每一个接点实际上相当一个与门的条件，所有串接起来的接点都是相与的关系。
　　2.2 基于FPGA技术的控制系统及特点
　　FPGA是可由用户配置的高密度ASIC（专用集成电路）。它将超大规模集成电路（VLSI）的逻辑集成的优点与用户可编程的易于设计生产的好处结合在一起，把以前由多个TTL、PLD和EPLD器件执行的逻辑功能集成到单片FPGA器件内，避免了定制ASIC设计的高成本、高风险和长周期等缺点。特别是随着VHDL、Verilog HDL等硬件描述语言（HDL）的发展和普及，其行为级系统以及行为及综合的特点大大简化了电子线路的设计，缩短了设计周期并在逐步取代传统的原理图输入设计方法。
　　2.3 基于PLC技术的控制系统及特点
　　随着科学的发展，出现了一种可代替继电器控制系统的新器件PLC，即可编程控制器，在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一，成为大多数自动化系统的设备基础。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。
　　3、基于3种技术的实际控制设计
　　PSM大功率短波发射机具有电压低、工作稳定、效率高等优点。在北广出厂TBH-522型号150KW短波PSM发射机中，其开机、关机、加高压、落高压的逻辑控制部分是控1小盒来控制，现以控1的偏压开关K4吸合与故障为底，结合三种不同控制技术，由点至面来看看各自的控制原理与其相应的处理过程。
　　3.1 继电器系统工作原理
　　见下K4合的控制图：
　　其中：1K10A是偏压开关合的继电器信号。
　　1K9B是灯丝正常的继电器吸合信号。
　　1K11A是额定灯丝的吸合信号。（在后面控制系统的改造中，被甩掉）
　　3K3B是整机处于开机状态的信号。
　　通过上图，我们可以很清晰地看出K4合的逻辑条件都是由继电器之间的连锁构成，通过它们之间的连锁，从而供给K4所需的∽36V开关电源。一旦有一环出现问题，则全部都会出现瘫痪的状态。
　　3.2 FPGA工控系统特点
　　其实际的工作原理如下：
　　合偏压K4所需的逻辑条件分别为：机保开关，馈线开关，门开关合，水导正常，偏压合接点，灯丝正常，偏压合接点。其FPGA将各点逻辑信号采集进来，见下图，图中为偏压合接点信号的采集线路，其它的线路采集如同。
　　当输入端为低电平时，光耦内部发光二极管导通发光，发光二极管D1导通发光，并且光耦内部的发光二极管使得光敏三极管导通，使得送入FPGA的输出端和地短路，将逻辑0送入FPGA；输入端为高电平或处于悬空状态，光耦内部的发光二极管截止、发光二极管D1截止不亮，光耦内部的光敏三极管截止，由于R2上拉电阻的存在，此时将逻辑“1”送入FPGA。
　　当以上的各个逻辑条件都送“0”到FPGA处理器内，它就会根据逻辑条件成立的条件，形成输出信号，去控制外部的K4的吸合。输出端当外部控制电路信号正常时，FPGA输入过来低电平地信号，将12v拉低，光耦合动作，从而形成交流36V的控制信号去K4，让其吸合。
　　3.3 PLC工控系统特点
　　PLC的梯形图在形式上沿袭了传统的继电器电气控制图，该程序采用典型的条件吸合方式。
　　(c)符号对照
　　图3 启动控制程序
　　当外部各个取样电路，如：X0,X1等动作触点闭合.另在电路中加入手动吸合K4，作为备用的测试按键，以便故障处理中测试K4的好坏。输出继电器Y0导通，交流继电器K4吸合。实现电路的控制启动。当输入电路中，任一条件不成立时，Y0会立马断开，K4失电而停
　　4、整定结果与性能评价
　　4.1 继电器系统
　　(1)调谐的时候，不好抓位置，因为其用电位器来定位。
　　(2)开机控制中，因为出了整个控制平台都是基于继电器控制，在控制盒中常常可以观察或听到继电器自身的震动声，这在一定程度上造成机械干扰，一旦某个继电器除了吸合的问题，震动更为加剧，而且在故障巡查中，不好发现已出问题的继电器点，大部分都有自身震动的现象。
　　(3)其控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，其吸合速度慢，毫秒级。
　　(4)在控制上，其系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，在复杂的干扰环境下会出现时间调整困难。
　　(5)其控制逻辑是既定的逻辑控制不能依照情况更改，应用面和可变面狭窄。
　　4.2 FPGA系统
　　(1)采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可。
　　(2)其延时控制来说，它采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响在处理问题上就能显现出很大的优势。
　　(3)其整体的输入输出接口，基本采用光耦设计，在很大的程度上避免了干扰的影响，对每个信号正确无误的输入输出都起到了作用。
　　(4)其在温度达到50度以上的工作环境下，对于FPGA自身的寿命会有影响，另外笔者还碰到夏天其因温度过高，而造成系统的死机。从而造成全部工作器械的命令瘫痪。
　　(5)其逻辑指令可随时进行修改，使用灵活。
　　4.3 PLC系统
　　(1)其应用简单，用梯形图等简单的编程语言就能构成系统，容易上手，一旦运用后，可以便于基层维护人员直接修改，让人一学就会，它是面向现场、面向问题、面向用户的简单直观的程序控制语言。
　　(2)易于安装，便于维护。因为连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，其器件构成都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件就可以了。
　　(3)其比FPGA更适合在强噪声，大电磁干扰，机械振动，极端温度的环境中工作，是专为工业环境的恶劣条件下应用而设计的。
　　5、结语
　　各个控制系统对发射机的控制都是基于发射机的控制基本逻辑进行相关的设置来实现的，唯一不同的就是控制的器件，随着电子技术的广泛发展与应用，以及更快的数据处理技术的出现。基于发射机的控制方案的设计与实现还有更多的值得改善和期待的地方。
　　参考文献
　　[1]TBH-522短波发射机说明书[A].北京:北京广播器材厂出版,2001.
　　[2]TBH-522型短波发射机自动控制技术说明书[A].北京:福昊达科技开发有限公司出版,2006.
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