第一篇：飛機(jī)座艙顯示控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析論文

飛機(jī)座艙顯示/控制系統(tǒng)作為人機(jī)接口，其設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到飛行員能否作出正確的判斷和決策，能否合理地控制飛機(jī)，能否保障自身安全，能否順利完成飛行任務(wù)。隨著飛機(jī)性能要求的不斷提高，飛行員的工作負(fù)荷和操作難度日益增大，對(duì)飛機(jī)座艙顯示/控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工效要求也越來(lái)越高。握桿操縱技術(shù)雖然增強(qiáng)了飛行員的控制能力和控制的實(shí)時(shí)性，但也提升了飛行員手指控制的復(fù)雜性，使得飛行員的操作失誤率提高。盡管綜合控制在現(xiàn)代飛機(jī)上已有所應(yīng)用，比如正前方控制板（UFCP）、航空電子啟動(dòng)板（AAP）和多功能顯示器（MFD）周邊鍵等都具有一定的綜合控制功能，但其只占很小一部分，就整體而言，仍是分散控制。盡管飛機(jī)座艙自動(dòng)化在某種程度上減輕了飛行員的的體力負(fù)荷，但同時(shí)增加了非常規(guī)操作的負(fù)荷，從而引發(fā)諸多與飛行安全相關(guān)的問(wèn)題，比如飛行員情境意識(shí)喪失、心理負(fù)荷加重、自動(dòng)化系統(tǒng)故障或失效時(shí)難以有效恢復(fù)等。目前，我國(guó)飛機(jī)座艙自動(dòng)化控制技術(shù)尚處于初級(jí)階段，對(duì)飛機(jī)的整體自動(dòng)控制能力有限，自動(dòng)化程度不高。

1設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題

1.1信息量和控制裝置增多

隨著戰(zhàn)斗機(jī)性能的不斷提高、作戰(zhàn)任務(wù)的日趨復(fù)雜和機(jī)載電子設(shè)備數(shù)量的增加，提供給飛行員的信息呈爆炸式增長(zhǎng)，使得飛行員陷入大量的數(shù)據(jù)當(dāng)中。“信息爆炸”必然使信息顯示需求增長(zhǎng)，主要信息輸入裝置的數(shù)量也急劇增加。如何設(shè)計(jì)出高效的座艙顯示/控制系統(tǒng)，以解決信息猛增與信息顯示空間有限的矛盾，提高人-機(jī)信息的交換效率，減輕駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，是現(xiàn)代飛機(jī)座艙顯示/控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的難題之一。

1.2工作負(fù)荷過(guò)大

從本質(zhì)上講，座艙人機(jī)接口的主要目標(biāo)是最大限度地增強(qiáng)飛行員的情景意識(shí)。當(dāng)進(jìn)入“攻擊”狀態(tài)時(shí)，飛行員必須保持全局情境意識(shí)（相對(duì)地理位置及其相對(duì)于友機(jī)的位置）和瞬間情境意識(shí)（飛機(jī)相對(duì)于地面、附近其他飛機(jī)的位置）。除此以外，飛行員不得不在考慮剩余燃油量、飛行高度和當(dāng)前燃油使用率的同時(shí)，保持相對(duì)于返航所要恢復(fù)空域位置的意識(shí)。這是一種高度動(dòng)態(tài)的腦力勞動(dòng)。在“空對(duì)空”和“空對(duì)地”作戰(zhàn)環(huán)境下，一方面，超視距情境意識(shí)要求飛行員將注意力集中于儀表上；另一方面，近視距情境意識(shí)則要求飛行員目視搜索目標(biāo)。如何兼顧飛行員的情景意識(shí)，又不至于混淆模式，是座艙設(shè)計(jì)者必須考慮的問(wèn)題。如何有效地處理各種問(wèn)題，最大限度地增強(qiáng)飛行員的情境意識(shí)，減輕飛行員的工作負(fù)擔(dān)，是座艙設(shè)計(jì)者面臨的難題。

2設(shè)計(jì)與研究?jī)?nèi)容

2.1信息顯示界面優(yōu)化

信息顯示界面的優(yōu)劣直接決定著飛行員的判斷和決策是否正確，尤其是在高度緊張和高負(fù)荷狀況下，為了增強(qiáng)飛行員的情境意識(shí)，降低工作負(fù)荷，加強(qiáng)整體把控，必須優(yōu)化信息顯示界面。

2.1.1信息內(nèi)容優(yōu)化

目前，由于缺乏設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，越來(lái)越多的信息被引入到顯示器上，從而出現(xiàn)信息過(guò)多、混亂的情況，增加了飛行員的工作負(fù)荷，延遲了認(rèn)知和判斷的時(shí)間；但是，如果信息量不足，又會(huì)使飛行員情境意識(shí)下降。因此，信息內(nèi)容的優(yōu)化至關(guān)重要。現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)和綜合火控系統(tǒng)的應(yīng)用大大增加了座艙顯示系統(tǒng)的信息量，使得飛行員的工作負(fù)荷明顯增加，因此，提供一個(gè)友好的界面十分重要。從優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，要考慮顯示畫(huà)面的清晰度和邏輯性、各個(gè)畫(huà)面位置的合理安排、畫(huà)面字符的可讀性等；要針對(duì)不同的飛行階段，為飛行員提供他們所需要的信息。另外，顯示系統(tǒng)要根據(jù)任務(wù)的需要，提供給飛行員最關(guān)心的信息，確保任何一條顯示信息都是飛行員需要的。

2.1.2顯示方式優(yōu)化

為了加強(qiáng)飛行員在復(fù)雜情境中對(duì)自身狀態(tài)、飛機(jī)狀況和周邊事態(tài)的充分了解和整體把握，我國(guó)目前正在尋求新的信息顯示方式或途徑，研制、開(kāi)發(fā)新型信息顯示界面。研究集中于平視儀、下視儀、多功能顯示器和頭盔顯示器等信息顯示優(yōu)化方面，比如在平視儀俯、仰角梯線符號(hào)變化的情況下對(duì)飛行性能的評(píng)估，采用色彩編碼水平情況顯示儀來(lái)增強(qiáng)戰(zhàn)術(shù)情境意識(shí)，自動(dòng)駕駛飛行座艙情況顯示器的研制等。目前，頭盔顯示器日趨成熟，因視場(chǎng)大、靈活，能夠滿(mǎn)足大離軸角搜索、跟蹤、瞄準(zhǔn)和發(fā)射大離軸角制導(dǎo)武器的需求而備受青睞。

2.1.3顯示器、操縱器的布局優(yōu)化

2.1.3.1顯示器的布局與排列

顯示器的布局與排列是否合理，直接關(guān)系著認(rèn)知效果、巡檢時(shí)間和工作效率。顯示器、操縱器（包括顯示設(shè)備）的布局與排列應(yīng)考慮人的視覺(jué)特性和使用頻率。與顯示有關(guān)的視覺(jué)特性主要包括以下幾點(diǎn)：①飛行員作業(yè)時(shí)，雙眼的視覺(jué)作業(yè)域在中心視軸左右95°，水平視線上90°、水平視線下35°的范圍內(nèi)，最佳視區(qū)如圖1所示。根據(jù)觀察任務(wù)的不同，可將雙眼總視區(qū)分為若干子區(qū)，其中－95°～95°為視軸轉(zhuǎn)動(dòng)最佳區(qū)，－62°～62°為顏色識(shí)別區(qū)，－（30°～60°）～（30°～60°）為標(biāo)注、標(biāo)記識(shí)別區(qū)，－（5°～30°）～（5°～30°）為最大視敏區(qū)，－（5°～10°）～（5°～10°）為符號(hào)識(shí)別區(qū)，－1°～1°為精細(xì)視覺(jué)區(qū)。②人眼的調(diào)節(jié)能力是顯示器、操縱器裝置配置設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的附加因素。視線在不同距離上的聚焦能力不同。設(shè)置顯示器儀表板的安裝距離時(shí)，要保證視覺(jué)系統(tǒng)不過(guò)分緊張，一般要求的距離為400～700mm。儀表板的板面與飛行員的觀察視線應(yīng)盡可能接近90°。為此，在理論上，板面需前傾15°，并翻開(kāi)兩側(cè)板。同時(shí)，水平操縱板的縱向傾斜度不低于5°，垂直板傾離垂直方向的角度不低于10°，這樣可保證最佳工作條件。③與垂直式顯示儀相比，水平式顯示儀的認(rèn)知效率較高，認(rèn)知差錯(cuò)率較低。④人的視線運(yùn)動(dòng)順序?yàn)閺淖蟮接一驈纳系较?。⑤在偏離視覺(jué)中心相同距離的情況下，人眼對(duì)左上角的觀察效率高于右上角，其次為左下角，右下角的觀察效率最低。⑥人對(duì)視野最佳范圍內(nèi)的目標(biāo)認(rèn)讀迅速而準(zhǔn)確，且觀察視野有效范圍內(nèi)的目標(biāo)不易引起視覺(jué)疲勞。因此，重要的顯示儀表應(yīng)布置在最佳視野范圍內(nèi)，而在視野最大范圍外，不應(yīng)布置顯示儀。⑦在特殊條件下，人的視覺(jué)特性會(huì)發(fā)生變化。比如在過(guò)分搖晃或振動(dòng)嚴(yán)重的情況下，人的視覺(jué)會(huì)受到損害，從而影響視覺(jué)顯示信號(hào)的認(rèn)讀。代戰(zhàn)斗機(jī)座艙普遍采用“一平三下”的Y形布局。這種布局的制約性因素為平視顯示器占據(jù)儀表板中上部最佳視區(qū)，因而，難以在儀表板中央再設(shè)置大型顯示器。用頭盔顯示器或大屏幕高分辨率顯示器代替平視顯示器，可彌補(bǔ)以上不足，且為座艙顯示/控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2.1.3.2顯示設(shè)備的選擇

顯示設(shè)備的選擇應(yīng)考慮顯示清晰圖像的能力、顯示彩色圖像的能力、是否符合座艙視野要求、飛行員的接受程度和能否使飛行員高效地獲得所需信息等。大屏幕顯示器可以從各個(gè)機(jī)載傳感器、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分配系統(tǒng)和機(jī)載數(shù)據(jù)庫(kù)獲取全部信息。經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，將特定飛行時(shí)刻需要的信息全部顯示在大屏幕顯示器上，從而可以解決駕駛員對(duì)情況了解不夠、控制顯示和融合理解數(shù)據(jù)負(fù)擔(dān)過(guò)重的問(wèn)題。

2.1.3.3顯示畫(huà)面的背景和光照

由于背景、光照會(huì)直接影響認(rèn)知效果，因此在顯示畫(huà)面和設(shè)計(jì)字體時(shí)，必須充分考慮背景和光照因素。一般情況下，不應(yīng)采用強(qiáng)反射背景。這是因?yàn)閺?qiáng)反射背景會(huì)產(chǎn)生眩光現(xiàn)象，從而影響認(rèn)知效果。眩光強(qiáng)度越大，對(duì)視覺(jué)作業(yè)績(jī)效的影響越大；反射眩光離判讀者視線越近，視覺(jué)作業(yè)績(jī)效越差。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)視標(biāo)亮度為1.5cd/m2時(shí)，反射眩光的亮度為30cd/m2，不同反射眩光面積對(duì)被試視覺(jué)作業(yè)績(jī)效有顯著影響，并且反射眩光面積越大，視覺(jué)作業(yè)績(jī)效越差。目前，大屏幕顯示器研發(fā)的難點(diǎn)之一是開(kāi)發(fā)一種能在高空或陽(yáng)光下具有足夠亮度、不影響判讀，且能為駕駛員提供所需信息的顯示屏。

2.2控制界面優(yōu)化

控制界面優(yōu)化包括控制方式、控制反饋、控制編碼、控制器結(jié)構(gòu)和尺寸、控制器阻力等的優(yōu)化，以防控制器偶發(fā)啟動(dòng)。目前，綜合控制因其更為自然、易用等優(yōu)點(diǎn)而受到青睞。綜合控制器一般包括顯示器周邊控制軟鍵、正前方控制板、航空電子啟動(dòng)板和握桿操縱控制（HOTAS）部分。顯示器周邊控制軟鍵是可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)定其控制功能的按鍵式開(kāi)關(guān)，裝配在多功能顯示器的四周，控制軟鍵的功能隨著顯示畫(huà)面的改變而改變。正前方控制板位于飛行員前方，是一塊可平視操縱的顯示板，用于系統(tǒng)模式的改變和系統(tǒng)參數(shù)的更改、設(shè)置。航空電子啟動(dòng)板是一個(gè)獨(dú)立單元。只要直流電源有電，就能啟動(dòng)工作，具有啟動(dòng)和關(guān)閉航空電子系統(tǒng)、控制座艙電視攝像機(jī)和視頻磁帶記錄器等功能。HOTAS部分用于將重要的控制器（開(kāi)關(guān)、按鈕等），特別是作戰(zhàn)中必須操作的開(kāi)關(guān)集中于駕駛桿或油門(mén)桿上。在關(guān)鍵的作戰(zhàn)飛行階段，飛行員的手不必離開(kāi)駕駛桿或油門(mén)桿就能操縱這些控制器，統(tǒng)一控制主要的傳感器、武器和顯示器；在時(shí)間緊迫的作戰(zhàn)階段，飛行員兩眼平視、兩手握桿即可完成戰(zhàn)斗任務(wù)。綜合控制設(shè)計(jì)將座艙重要的控制器小型化、集中化和多功能化，方便飛行員兼顧顯示觀察和操作控制。

2.3測(cè)試內(nèi)容和評(píng)價(jià)方法

任何一個(gè)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)都必須建立在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，其測(cè)試內(nèi)容和方法是否客觀、全面，直接影響到評(píng)價(jià)是否具有客觀性、全面性和有效性。飛行員作為使用的主體，其主觀評(píng)價(jià)對(duì)整體評(píng)價(jià)起著不可替代的作用。隨著不斷更新的顯示技術(shù)和控制技術(shù)的出現(xiàn)，顯示/控制評(píng)價(jià)的測(cè)試變得越來(lái)越復(fù)雜。在使用電子顯示器時(shí)，需考慮顯示器的光照影響、模式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的延遲性。如果有頭盔顯示器，還需考慮頭部動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的影響。因此，測(cè)試時(shí)必須要考慮評(píng)價(jià)任務(wù)、外部視覺(jué)條件和頭部運(yùn)動(dòng)，并對(duì)振動(dòng)、噪聲等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3座艙綜合顯示/控制系統(tǒng)

綜合上述分析，可將座艙顯示/控制系統(tǒng)綜合為兩臺(tái)大屏幕綜合顯示器和多功能控制面板，采用高度綜合的集成一體化設(shè)計(jì)，將機(jī)載數(shù)據(jù)處理、航電任務(wù)管理和圖形圖像顯示綜合在飛行顯示器內(nèi)部，無(wú)單獨(dú)的顯示/控制任務(wù)計(jì)算機(jī)，使整個(gè)顯示/控制系統(tǒng)組成合理，減輕系統(tǒng)質(zhì)量，簡(jiǎn)化座艙儀表板布置。飛機(jī)上各路傳感器數(shù)據(jù)先經(jīng)綜合顯示器的數(shù)據(jù)采集處理單元處理、組織成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)幀傳送至綜合顯示器的顯示處理單元；顯示處理單元接收到數(shù)據(jù)幀后進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和圖像處理，最終完成圖像顯示。采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，按照功能劃分為顯示處理單元、數(shù)據(jù)處理單元和多功能控制面板。功能單元內(nèi)部由通用現(xiàn)場(chǎng)可更換模塊組成，標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。功能單元之間通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接。這種松耦合方式不僅可以提供靈活的可擴(kuò)展性和測(cè)試性，還可以提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。大屏幕綜合顯示器間通過(guò)顯示同步數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和交叉互比數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)雙機(jī)間的任務(wù)周期同步、飛行顯示器間的數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏?，使每個(gè)綜合顯示器均接收到另一綜合顯示器采集的載機(jī)信息，在此基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行參數(shù)的監(jiān)控。當(dāng)差異超出一定范圍時(shí)，系統(tǒng)給出報(bào)警提示，這不僅有利于及早發(fā)現(xiàn)故障、確定故障源、防止故障蔓延，還能提高系統(tǒng)任務(wù)可靠性。座艙綜合顯示/控制系統(tǒng)將大量復(fù)雜的傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)采集、處理、融合后通過(guò)大屏幕高分辨率的液晶顯示器呈現(xiàn)給飛行員，使得飛行員能夠高效地獲得所需信息，減輕飛行員的工作負(fù)擔(dān)。

4結(jié)束語(yǔ)

本文從座艙顯示/控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題出發(fā)，從信息顯示界面優(yōu)化、控制界面優(yōu)化等方面進(jìn)行了分析，提出了“兩臺(tái)大屏幕綜合顯示器和多功能控制面板組成綜合顯示/控制系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)理念，符合座艙顯示/控制系統(tǒng)高度綜合化的發(fā)展趨勢(shì)，具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

［1］孫濱生.現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)座艙布局［M］.北京：航空工業(yè)出版社，1988.［2］范天慈.機(jī)載綜合顯示系統(tǒng)［M］.北京：航空工業(yè)出版社，2008.

第二篇：顯示技術(shù)論文

納米元件與納米顯示技術(shù)

所謂納米技術(shù),就是研究納米尺度——0.1~100納米這種微觀范圍內(nèi)物質(zhì)所具有的特異現(xiàn)象和特異功能,并且在這個(gè)基礎(chǔ)上制造新材料,研究新工藝,生產(chǎn)新器件的方法和手段。納米技術(shù)作為一門(mén)新興的綜合性邊緣學(xué)科,將為21世紀(jì)的信息科學(xué),生命科學(xué),分子生物學(xué),生態(tài)科學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展提供一個(gè)全新的技術(shù)界面。市場(chǎng)調(diào)查公司Dataquest 在一份新發(fā)布的預(yù)測(cè)報(bào)告中指出,未來(lái)世界科技發(fā)展的九大關(guān)鍵技術(shù)之一就是納米技術(shù)。納米技術(shù)的發(fā)展將引發(fā)一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命,其深遠(yuǎn)意義堪與18世紀(jì)的工業(yè)革命相媲美。歐盟委員會(huì)新發(fā)布的一份報(bào)告指出,到2005年,納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)將成為僅次于芯片制造的世界第二大制造業(yè),到2010年,世界納米技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到500億美元.一、納米字母和元件微乎其微

納米技術(shù)最早引起人們關(guān)注的是納米技術(shù)的杰作--納米字母。1989年,IBM公司的研究人員利用隧道掃描顯微鏡的探針移動(dòng)氙原子,成功地將氙原子拼成了該公司的字母商標(biāo)——“IBM”,緊接著,又成功地移動(dòng)48個(gè)鐵原子,排列組成了兩個(gè)漢字--“原子”,1996年,IBM公司設(shè)在瑞士的蘇黎世研究所又研制成功世界上最小的納米算盤(pán),它的算子僅有百萬(wàn)分之一毫米大小,是由碳原子連接成的球狀分子碳60,他們發(fā)明的這種移動(dòng)單個(gè)原子或者分子技術(shù),為新一代電子元器件的研制開(kāi)辟了無(wú)限美好的前景。

美國(guó)普林斯頓NEC研究所和賴(lài)斯大學(xué)的科學(xué)家成功地研制出納米管,這是一種把碳?xì)饣笥免捄玩囘M(jìn)行處理而獲得的長(zhǎng)分子串,有很強(qiáng)的導(dǎo)電性,其強(qiáng)度比銅高100多倍,重量?jī)H是銅的1/6。這種納米管非常微小,5萬(wàn)個(gè)納米管排列起來(lái),也只有一根頭發(fā)絲那么粗,納米管是一種很理想的導(dǎo)體,是制造納米元件、超微導(dǎo)線和超微開(kāi)關(guān)的首選材料。采用體積縮小了幾百倍的納米管元件代替硅芯片,將引發(fā)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的革命。美國(guó)國(guó)家航天和宇航局艾姆斯研究中心的迪帕克·斯里瓦斯塔瓦正在研制一種連接納米管的方法。用這種方法連接的納米管可以用作芯片元件,發(fā)揮電子開(kāi)關(guān)、放大和晶體管的功能。

斯里瓦斯塔瓦博士指出：“我們利用一種超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)復(fù)制這些碳絲元件。實(shí)驗(yàn)表明,我們有望制造出這種全新的納米元件。我們?cè)?jīng)使用量子分子力學(xué)方法,也就是使用一種全程跟蹤變化的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù),成功地預(yù)測(cè)了分子結(jié)構(gòu)。因此,納米元件的制造成功是大有希望的?！?/p>

目前,盡管斯里瓦斯塔瓦博士提出的解決方案可能只存在于超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)中,但是不能排除的可能性是,在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的芯片尺寸,被納米元件取代后將會(huì)變得像頭發(fā)絲那樣細(xì)小

二、納米涂層顯現(xiàn)管大顯身手

在普通顯現(xiàn)管或者顯示管上涂一層納米材料,可以有效地防止電視機(jī)和顯示器的靜電,眩光和輻射。我國(guó)以前使用的這種納米涂層材料全部依賴(lài)進(jìn)口,山東煙臺(tái)佳隆實(shí)業(yè)有限公司研制了一種新型納米材料,打破了國(guó)外在該領(lǐng)域的壟斷。國(guó)產(chǎn)納米涂層材料將會(huì)大大降低彩電顯現(xiàn)管的生產(chǎn)成本,增強(qiáng)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,近年來(lái),在國(guó)際市場(chǎng)上新興的綠色環(huán)保型純平彩管,促進(jìn)了防靜電,防眩光和防輻射的納米涂層材料的研制。我國(guó)目前已建和正在興建的彩管生產(chǎn)線,對(duì)納米涂層材料的年需求量近千噸,市場(chǎng)價(jià)值超過(guò)2億元。

三、納米級(jí)新型電路設(shè)計(jì) 在現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中,由于電子電路變得越來(lái)越緊湊,許多導(dǎo)線緊密地纏繞在一起,彼此之間的信號(hào)相互干擾,導(dǎo)致整個(gè)電路的運(yùn)行速度減慢,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生短路。為了解決這個(gè)問(wèn)題,美國(guó)珀杜大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系副教授考?？恕ち_發(fā)明了一種新穎的納米級(jí)電路,能夠顯著減少導(dǎo)線之間的干擾,大大提高電路運(yùn)行效率,并且降低電路制作成本。

與傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)不同的是這種新的設(shè)計(jì)巧妙地避免了產(chǎn)生干擾的兩種主要因素：一種是纖細(xì)的金屬導(dǎo)線經(jīng)常重疊；另一種是兩根緊緊相鄰的平行導(dǎo)線內(nèi)的電流方向相反。正是這兩種因素使得線間電容量,也就是存儲(chǔ)在導(dǎo)線絕緣材料之間的無(wú)用電量增加了,從而影響了整個(gè)電路的運(yùn)行,降低電路的運(yùn)行速度,甚至?xí)谀硞€(gè)條件下導(dǎo)致電路故障。在新一代電路設(shè)計(jì)中,電容問(wèn)題已經(jīng)成為瓶頸之一,因?yàn)檫@些電路的功率比常規(guī)電路更低,為此,設(shè)計(jì)中采用了輕型電池,一次充電可以運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間,由于導(dǎo)線之間的互相干擾而引發(fā)的故障率比常規(guī)電路更高。

考?？恕ち_在設(shè)計(jì)電路時(shí),將線圈的緊密度降低,并且將平行導(dǎo)線內(nèi)的電流運(yùn)動(dòng)方向改為同一方向,從而使導(dǎo)線之間的電容量大為降低?？枷？恕ち_將這種技術(shù)用來(lái)設(shè)計(jì)納米級(jí)電路,大獲成功。他還設(shè)計(jì)出一種計(jì)算機(jī)模塊來(lái)預(yù)測(cè)電路設(shè)計(jì)效果,引起了同行們的矚目,認(rèn)為這種納米級(jí)新型電路設(shè)計(jì)是一種極具應(yīng)用前景的新設(shè)計(jì)方法。

四、DNA連接納米電子器件

在實(shí)驗(yàn)室制造納米電子器件時(shí),遇到最困難的問(wèn)題是如何制造細(xì)小的納米金屬導(dǎo)線,以便用這種極其細(xì)小的金屬導(dǎo)線把納米元件連接起來(lái)。

在制造納米金屬導(dǎo)線時(shí)遇到困難之后,科學(xué)家們另辟蹊徑,找到了用DNA分子連接納米電子器件的新方法。

以色列技術(shù)研究所的科學(xué)家們最近發(fā)現(xiàn),DNA鏈可用作生長(zhǎng)微型電線的模板,科學(xué)家們使用一個(gè)DNA分子就能夠成功地將一根銀導(dǎo)線吊裝在兩個(gè)金電極之間的微小間隙上,這種新技術(shù)可用于生產(chǎn)納米級(jí)電子器件。

DNA模板可解決生產(chǎn)納米電子器件中最大的難題,這是因?yàn)榧{米電子器件的一個(gè)重要特性是能夠?qū)崿F(xiàn)自裝配,即這種DNA橋可以自動(dòng)粘附到電極的粘端。特定的粘端可用于在特定電極間吊裝導(dǎo)線,使納米工程師可完全控制元件的連線,正確連線往往是工程師們遇到的最棘手問(wèn)題之一。

目前科學(xué)家們面臨的挑戰(zhàn)是如何采用最有效,最廉價(jià)的方法制造出納米器件?？茖W(xué)家們認(rèn)為最好的方法設(shè)備對(duì)原子逐個(gè)進(jìn)行排列,以使它們形成這種結(jié)構(gòu),從而達(dá)到“討好而又不費(fèi)力”的效果。

DNA金屬來(lái)導(dǎo)電,但銀導(dǎo)線的導(dǎo)電性能尚不能盡如人意,可能是由于沉淀顆粒太大的緣故。這個(gè)研究小組的科學(xué)家們正在實(shí)驗(yàn)用各種不同的金屬,不同的生長(zhǎng)條件和各種后生長(zhǎng)處理來(lái)改善金屬的導(dǎo)電性,以便能夠順利地制造出更多的納米電子器件。

五、納米技術(shù)芯片控制元件

德國(guó)埃森大學(xué)兩名科學(xué)家通過(guò)控制金原子團(tuán)的二維有序結(jié)構(gòu),日前研制成功一款世界上最小的微電子芯片控制元件,這項(xiàng)成果可以大大提高芯片的集成度,降低芯片能耗,這是納米技術(shù)在微電子應(yīng)用領(lǐng)域的重大突破。

微電子技術(shù)發(fā)展至今,其芯片控制元件最小的尺寸是180納米,是目前微電子材料技術(shù)工藝可以達(dá)到的極限。為了研制出未來(lái)結(jié)構(gòu)所需要的更小的控制元件,科學(xué)家們開(kāi)始將注意力轉(zhuǎn)移到金屬原子團(tuán)所呈現(xiàn)的量子效應(yīng)的電子特性,制造出更小的納米級(jí)控制元件。用金屬原子團(tuán)制成的一個(gè)晶體管元件僅有10納米大小,在它里面的金原子團(tuán)微乎其微,只有1.4納米大小。目前市場(chǎng)上計(jì)算機(jī)芯片最小的晶體管尺寸是180納米,每個(gè)元件控制過(guò)程通過(guò)的電子數(shù)量約為10萬(wàn)個(gè)以上,而現(xiàn)在采用金屬原子團(tuán)制造的晶體管元件,其控制過(guò)程僅通過(guò)1個(gè)電子,因而能夠極大地降低能耗,具有廣闊的應(yīng)用前景。

六、納米粒子顯示器呼之欲出

高清晰度平面屏彩電擁有極佳的圖像質(zhì)量,但是其高昂的價(jià)格卻令人望而卻步。不過(guò)這種情況很快就會(huì)改觀,這是因?yàn)榛诩{米粒子（粒徑50nm）的幾款新型納米顯示器即將走向成熟。納米粒子顯示器不僅價(jià)格低廉,而且顯示屏很薄,所現(xiàn)實(shí)的圖像比現(xiàn)有的PDF,LCD的清晰度和亮度更高。

美國(guó)正在開(kāi)發(fā)的納米粒子顯示器,采用氧化釓或氧化釔制成柵網(wǎng)屏,這些氧化物中所含的稀土元素在電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)出亮光,如果含銪會(huì)發(fā)出紅光,含鋱會(huì)發(fā)出綠光,含銩會(huì)發(fā)出藍(lán)光。另一種顯示技術(shù)則是用納米粒子制成發(fā)光二極管薄模顯示器,擬用于軍用飛機(jī)。在這種情況下,研究人員發(fā)現(xiàn),納米粒子的長(zhǎng)度尺寸則可影響發(fā)光的顏色,由鎘和碲組成的2nm粒子會(huì)發(fā)出綠光,而其5nm的粒子則會(huì)發(fā)出紅光。

為了使納米粒子顯示器實(shí)用化,可以一種尺寸比頭發(fā)絲的十萬(wàn)分之一還要細(xì)小的納米管來(lái)傳送電子,以取代傳統(tǒng)平板顯示器中所用的笨重的電子槍。密執(zhí)根州立大學(xué)的科學(xué)家在每個(gè)像素上裝上了大量的納米管,每個(gè)納米管都可以向該像素發(fā)射一個(gè)電子。

無(wú)論采用哪一種方法,納米粒子發(fā)光體都可以收到節(jié)能的效果。納米粒子發(fā)光體的能量利用率高達(dá)90%,而傳統(tǒng)的平板顯示器僅為17%。DVD機(jī)如果采用納米粒子顯示器,由于節(jié)能效果很高,它每充電一次就可連續(xù)放映兩三部電影。

七、納米電腦不是夢(mèng)

據(jù)美國(guó)邁特公司（Mitre）的納米技術(shù)權(quán)威詹姆斯·埃倫博根最近所作的預(yù)測(cè)語(yǔ)驚四座：“在不久的將來(lái),可以通過(guò)重新排列磁盤(pán)上的分子制造出分子芯片,并且在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)一步研制出體積只有針頭大小的納米計(jì)算機(jī),這種納米計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件比我們現(xiàn)今用于在磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上裝載信息的物理結(jié)構(gòu)小得多。因此,在不久的某一天,我們將能夠像今天下載軟件一樣從網(wǎng)絡(luò)上下載硬件?！?/p>

納米技術(shù)的一個(gè)分支是分子電子學(xué)。由洛杉磯加利福尼亞大學(xué)和惠普實(shí)驗(yàn)室組成的研究小組找到了一種自行組裝的所謂的邏輯門(mén)。惠普實(shí)驗(yàn)室研究人員菲利普·庫(kù)克斯說(shuō),“這個(gè)研究小組下一步的目標(biāo)是縮小芯片上的線路。旨在生產(chǎn)出“單邊為100納米的芯片”。他還說(shuō)：“目前的生產(chǎn)成本之所以非常昂貴,是因?yàn)樯a(chǎn)機(jī)械需要有極高的精確度。但是采用化學(xué)方法制造,我們可以生產(chǎn)出長(zhǎng)卷,然后只需切成小塊就行了”。

邁特公司埃倫博根領(lǐng)導(dǎo)的研究人員在8月中旬取得的最新成果是設(shè)計(jì)出一種用于組裝納米制造系統(tǒng)的微型機(jī)器人。其長(zhǎng)度約為5毫米,但是,假設(shè)能利用納米制造技術(shù)使這種機(jī)器人的體積不斷縮小,它最終的體積可能不會(huì)超過(guò)灰塵的微粒。

體積如此微小的機(jī)器人可以用于操縱單個(gè)原子,并啟發(fā)人們作出如下的種種假設(shè)：成群的肉眼看不見(jiàn)的微型機(jī)器人在地毯上或書(shū)架上爬行,把灰塵分解成原子,使原子復(fù)原成餐巾,肥皂或納米計(jì)算機(jī)等諸如此類(lèi)的東西。

按照科學(xué)家們目前掌握的技術(shù)來(lái)看,雖然用原子制造計(jì)算機(jī)仍然是一個(gè)相當(dāng)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想,但是埃倫博根認(rèn)為很快就能取得一定的進(jìn)展,在幾年內(nèi)會(huì)獲得重大突破。那么,是否埃倫博根所言不虛,人們將拭目以待。

第三篇：過(guò)程控制系統(tǒng)論文

過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展史

“過(guò)程控制”是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的一個(gè)重要領(lǐng)域.隨著各類(lèi)生產(chǎn)工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)提高,生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)化、大型化不斷強(qiáng)化，隨著對(duì)過(guò)程內(nèi)在規(guī)律的進(jìn)一步了解，以及儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程控制技術(shù)獲得了更大的進(jìn)展?！哆^(guò)程控制系統(tǒng)》是過(guò)程控制自動(dòng)化及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主要專(zhuān)業(yè)課程。過(guò)程控制系統(tǒng)可分為常規(guī)儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)兩大類(lèi)。前者在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中應(yīng)用最早，已有六十余年的發(fā)展歷史，后者是自20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的以計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)看，過(guò)程控制已經(jīng)經(jīng)歷了四個(gè)階段。

1.基地式控制階段(初級(jí)階段)

20世紀(jì)50年代,生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化主要是憑生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，局限于一般的控制元件及機(jī)電式控制儀器,采用比較笨重的基地式儀表(如自力式溫度控制器,就地式液位控制器等),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備就地分散的局部自動(dòng)控制。在設(shè)備與設(shè)備之間或同一設(shè)備中的不同控制 系統(tǒng)之間，沒(méi)有或很少有聯(lián)系，其功能往往局限于單回路控制。過(guò)程控制的目的主要是幾種熱工參數(shù)(如溫度，壓力，流量及液位)的定值控制，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量的穩(wěn)定。時(shí)至今日,這類(lèi)控制系統(tǒng)仍沒(méi)有被淘汰，而且還有了新的發(fā)展，但所占的比重大為減小。

2.單元組合儀表自動(dòng)化階段

20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了單元組合儀表組成的控制系統(tǒng),單元組合儀表有電動(dòng)和氣動(dòng)兩大類(lèi)。所謂單元組合,就是把自動(dòng)控制系統(tǒng)儀表按功能分成若干單元，依據(jù)實(shí)際控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，因此單元組合儀表使用方便，靈活。單元組合儀表之間用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的信號(hào)聯(lián)系，氣動(dòng)儀表(QDZ系列)為20~100kPa氣壓信號(hào)，電動(dòng)儀表為0~10mA直流電流信號(hào)(DDZ—Ⅱ系列）和4～20mA直流電流信號(hào)（DDZ—Ⅲ系列）。由于電流信號(hào)便于遠(yuǎn)距離傳送，因而實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控與集中操縱控制系統(tǒng),對(duì)提高設(shè)備效率和強(qiáng)化生產(chǎn)過(guò)程有所促進(jìn)，使用那個(gè)了工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備日益大型化與連續(xù)化發(fā)展的需要。隨著儀表工業(yè)的迅速發(fā)展,對(duì)過(guò)程控制對(duì)象特性的認(rèn)識(shí)，對(duì)儀表及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法等都有了較大的進(jìn)步。但從設(shè)計(jì)構(gòu)思來(lái)看，過(guò)程控制仍處于各控制系統(tǒng)互不關(guān)聯(lián)或關(guān)聯(lián)甚少的定值控制范疇,只是控制的品質(zhì)有了較大的提高。單元組合儀表已延續(xù)了幾十年,目前國(guó)內(nèi)還廣泛應(yīng)用。由單元組合儀表組成的控制系統(tǒng),其控制策略主要是PID控制和常用的復(fù)雜控制系統(tǒng)(如串級(jí)、均勻、比值、前饋、分程和選擇性控制等）。

3.計(jì)算機(jī)控制的初級(jí)階段

20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，最初是直接數(shù)字控制(DDC)實(shí)現(xiàn)集中控制，代替常規(guī)的控制儀表。但由于集中控制的固有缺陷,未能普及與推廣就被集散控制系統(tǒng)(DCS)所替代。DCS在硬件上將控制回路分散化，數(shù)據(jù)顯示，實(shí)時(shí)監(jiān)督等功能集中化，有利于安全平穩(wěn)的生產(chǎn)。就控制策略而言，DCS仍以簡(jiǎn)單的PID控制為主,再加上一些復(fù)雜的控制算法,并沒(méi)有充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的功能。

4.綜合自動(dòng)化階段

20世紀(jì) 80年代以后出現(xiàn)了二級(jí)優(yōu)化控制 ,在DCS的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制和優(yōu)化控制。在硬件上采用上位機(jī)和DCS(或電動(dòng)單元組合儀表)相結(jié)合，構(gòu)成二級(jí)計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制。隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，DCS出現(xiàn)了開(kāi)放式系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)多層次計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的管控一體化系統(tǒng)(CIPS)。同時(shí)，以現(xiàn)場(chǎng)總線為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)以微處理器為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)之間進(jìn)行全數(shù)字化,雙向和多站通信的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(FCS)。FCS將對(duì)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來(lái)革命性變革 ,開(kāi)辟控制系統(tǒng)的新紀(jì)元。

當(dāng)前自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展的主要特點(diǎn)是:生產(chǎn)裝置實(shí)施先進(jìn)控制成為發(fā)展主流;過(guò)程優(yōu)化受到普遍關(guān)注;傳統(tǒng)的DCS正在走向國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放式系統(tǒng);綜合自動(dòng)化系統(tǒng)(CIPS)是發(fā)展方向。

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，就是包括生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度,操作優(yōu)化,先進(jìn)控制和基層控制等內(nèi)容的遞階控制系統(tǒng)，亦稱(chēng)管理控制一體化系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)管控一體化系統(tǒng))。這類(lèi)自動(dòng)化系統(tǒng)是靠計(jì)算機(jī)和及其網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此也稱(chēng)為計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)(CIPS)。這里,“計(jì)算機(jī)集成”指出了它的組成特征，“過(guò)程系統(tǒng)”指明了它的工作對(duì)象,正好與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)相對(duì)應(yīng),有人也稱(chēng)之為過(guò)程工業(yè)的CIMS。

可以認(rèn)為，綜合自動(dòng)化是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要潮流。它以整體優(yōu)化為目標(biāo),以計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)工具，以生產(chǎn)過(guò)程的管理和控制的自動(dòng)化為主要內(nèi)容,將各個(gè)自動(dòng)化 “孤島”綜合集成為一個(gè)整體的系統(tǒng)。近二十幾年來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的迅猛發(fā)展，加劇了對(duì)人類(lèi)生存環(huán)境的污染，因此,減小工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響也已納入了過(guò)程控制的目標(biāo)范圍,綜上所述,過(guò)程控制的主要目標(biāo)有保障生產(chǎn)過(guò)程的安全和平穩(wěn),達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)量和質(zhì)量，盡可能減少原材料和能源消耗,把生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的危害降低到最小程度。由此可見(jiàn)，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、降低成本、改善勞動(dòng)條件、促進(jìn)文明生產(chǎn)、保證生產(chǎn)安全和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段，是20世紀(jì)科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步的特征，是工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。

以上為過(guò)程控制系統(tǒng)的歷史，現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展方向。

電專(zhuān)111班

孟陽(yáng)

120114303113

第四篇：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)論文

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用

xx（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 研究生學(xué)院，遼寧省 沈陽(yáng)市110000）

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越多的用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)與傳感器技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，給計(jì)算機(jī)控制技術(shù)帶來(lái)了巨大的發(fā)展，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是非常重要的。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件、軟件和控制算法3個(gè)方面，一個(gè)完整的設(shè)計(jì)還需要考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，使系統(tǒng)能長(zhǎng)期有效地運(yùn)行。本文的主要目的就是在淺析計(jì)算機(jī)控制技術(shù)原理的同時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行描述。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；原理；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP29

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：

The application of computer control technology

xxxxx(Shenyang University of Technology Shenyang 110000)

Abstract: with the development of science and technology, more and more people use computer to realize control.In recent years, computer technology, automatic control technology, measurement and sensor technology, the CRT display technology, communication and network technology and the rapid development of modern microelectronics technology, computer control technology on the development, therefore, to design a good performance of the computer control system is very important.Computer control system includes three aspects: hardware, software and control algorithm, a complete design also need to consider the anti-jamming performance of the system, the system can run effectively for a long time.The main purpose of this article is on the principle of computer control technology of shallow at the same time, the development trend of computer control system is described.Key words: computer control technology;The principle;application

1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。而一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)由下列幾部分組成：被控對(duì)象、主機(jī)、外部設(shè)備、外圍設(shè)備、自動(dòng)化儀表和軟件系統(tǒng)。1.1硬件部分

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成將自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制器的功能用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，就組成了典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)(工業(yè)控制機(jī))和生產(chǎn)過(guò)程兩大部分組成。工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過(guò)程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過(guò)程包括被控對(duì)象、測(cè)量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開(kāi)關(guān)等裝置。1.2 軟件部分

軟件系統(tǒng)是控制機(jī)不可缺少的重要組成部分。只有在適當(dāng)?shù)能浖到y(tǒng)支持下，控制視才能按設(shè)計(jì)的要求正常地工作?？刂茩C(jī)的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)

用軟件兩大類(lèi)。系統(tǒng)軟件是用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各種資源管理、信息處理相對(duì) 外進(jìn)行聯(lián)系及提供服務(wù)的軟件。例如操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、語(yǔ)言加工系統(tǒng)和診斷 程序等。應(yīng)用軟件是用來(lái)使被控對(duì)象正常運(yùn)行的控制程序、控制策略及其相應(yīng)的 服務(wù)程序。例如過(guò)程監(jiān)視程序、過(guò)程控制程序和公用服務(wù)程序等。應(yīng)用軟件是在 系統(tǒng)軟件的支持下編制完成的，它隨被控對(duì)象的特性和控制要求不同而異。通常 應(yīng)用軟件由用戶(hù)根據(jù)需要自行開(kāi)發(fā)。隨著計(jì)算機(jī)過(guò)程控制技術(shù)的日趨成熟，應(yīng)用 軟件正向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的方向發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)的基本控制模塊由制造廠家提供給用 戶(hù)，用戶(hù)只需根據(jù)控制的要求，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的組態(tài)過(guò)程即可生成滿(mǎn)足具體要求的專(zhuān) 用應(yīng)用軟件，大大方便了用戶(hù)，縮短了應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)周期。提高了應(yīng)用軟件的 可靠性。

2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)上：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除測(cè)量裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等常用的模擬部件之外，其執(zhí)行控制功能的核心部件是數(shù)字計(jì)算機(jī)，所以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部 件的混合系統(tǒng)。

（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除仍有連續(xù)模擬信號(hào)之外，還有離散模擬、離散數(shù)字等 多種信號(hào)形式。

（3）由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除了包含連續(xù)信號(hào)外，還包含有數(shù)字信號(hào)，從而使 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)在本質(zhì)上有許多不同，需采用專(zhuān)門(mén)的理論來(lái)分析 和設(shè)計(jì)。

（4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，修改一個(gè)控制規(guī)律，只需修改軟件，便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的 控制規(guī)律和對(duì)控制方案進(jìn)行在線修改，使系統(tǒng)具有很大靈活性和適應(yīng)性。

（5）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)具有高速的運(yùn)算能力，一個(gè)控制器（控制 計(jì)算機(jī)）經(jīng)?？梢圆捎梅謺r(shí)控制的方式而同時(shí)控制多個(gè)回路。

（6）采用計(jì)算機(jī)控制，如分級(jí)計(jì)算機(jī)控制、離散控制系統(tǒng)、微機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，便于 實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。

3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)來(lái)自測(cè)量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入。

（2）實(shí)時(shí)控制決策：對(duì)采集到的被控量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并按已定的控制 規(guī)律決定進(jìn)一步的的控制過(guò)程。

（3）實(shí)時(shí)控制：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任 務(wù)。

4.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程計(jì)算機(jī)控制體系的軟件和硬件的組織構(gòu)造是根 據(jù)它聯(lián)系的設(shè)備不一樣，有所改變的，他們的組織結(jié)構(gòu)大致是一樣地，可以涉及 到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制任務(wù)，軟件設(shè)計(jì)等。4.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

我們依據(jù)體系設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，對(duì)體系的軟件，硬件它們的構(gòu) 造再考察它的要求，推算出合適它的的系統(tǒng)，組成一個(gè)新的系統(tǒng)。再時(shí)間很緊張 的時(shí)候可以拿現(xiàn)場(chǎng)的配件組合，再設(shè)計(jì)費(fèi)用不到位的時(shí)候工作人員可以組織自己 設(shè)計(jì)的模式，但是要注意化風(fēng)好軟件和硬件的價(jià)格及時(shí)間，控制體系結(jié)構(gòu)它的概括微型的處理器、存儲(chǔ)器、選擇好接線口、傳感器、硬件的設(shè)計(jì)與調(diào)試的基本內(nèi)容。4.2控制任務(wù)

我們要對(duì)超控設(shè)備進(jìn)行調(diào)研，研究，了解工作程序是再體系設(shè)計(jì)1前應(yīng)該做好的事，只有理解了它的要求，理解了它要接收的任務(wù)，涵蓋體系的終極目標(biāo)，數(shù)據(jù)流量還有準(zhǔn)確度，現(xiàn)場(chǎng)的要求，時(shí)間的控制，我們要嚴(yán)格按照計(jì)劃說(shuō)明操控，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)操作。4.3軟件設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)要依據(jù)體系規(guī)劃的總意見(jiàn)，確定體系下所要完成的各種功能及完成這些系統(tǒng)性能的推理和時(shí)差序關(guān)系，并用合理組成部件表格畫(huà)出來(lái)。他們是根據(jù)體系組成表格不同的功能，分別規(guī)劃出相應(yīng)的控制體系所需要的軟件。例如仿真的量輸入和仿真量輸出及數(shù)據(jù)處理還有互聯(lián)和打字版處理格式等。每一種表格都可以單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試，各種表格分別實(shí)驗(yàn)調(diào)試好以后，再按工作路線圖推理和時(shí)間順序關(guān)系將他們正確組合、互相連接、實(shí)驗(yàn)和調(diào)試。

4.4現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試

首先要按設(shè)計(jì)計(jì)劃合理組裝裝，對(duì)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行大體的演練和比較準(zhǔn)確的演練，結(jié)合演練的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)重置體系的置和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)進(jìn)行軟硬件的調(diào)試，他們的構(gòu)件組成都可以在演練數(shù)據(jù)下用對(duì)演練數(shù)據(jù)進(jìn)行試研的辦法同時(shí)進(jìn)行，同時(shí)他們要進(jìn)行統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)及推理，仿真物體是這個(gè)體系驗(yàn)證的最基本要求，而好的體系的數(shù)據(jù)調(diào)整實(shí)試要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。

5.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器手臂的自動(dòng)化的沖壓生產(chǎn)線運(yùn)行循環(huán)路線可以簡(jiǎn)單概括為：上下料機(jī)構(gòu)板材沖壓。鋼板物料的傳送、線頭板料清洗涂油、鋼板板物料料位置校正、第一臺(tái)壓床沖壓、下料機(jī)器手臂提取物料、壓床再次沖壓、依設(shè)計(jì)流程傳到下一個(gè)工序、機(jī)器人收取物料并裁剪、把它輸送到下一臺(tái)壓床、下一臺(tái)機(jī)器人接著提取物料、把物料放到輸送裝置上，工人開(kāi)始按規(guī)定型號(hào)堆積板材。用工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化的生產(chǎn)線，會(huì)更加符合現(xiàn)再經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求及技術(shù)方面的創(chuàng)新。機(jī)器人手自動(dòng)的化生產(chǎn)線適用于現(xiàn)在大規(guī)模的生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，也適合已有生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的業(yè)再次更新，工程機(jī)器人自動(dòng)的生產(chǎn)線通過(guò)改變不同的軟件，它可應(yīng)用于很多車(chē)型生產(chǎn)，它的可控制性能很好，工業(yè)機(jī)器人體系組成包括上下料結(jié)構(gòu)、清洗涂油機(jī)體系對(duì)各種型號(hào)的沖床兼上下料體系、物料輸送體系。各個(gè)分體系連接間的電氣化操控是按照統(tǒng)一操做控制和刪減控制的原則，他們?cè)俨煌郊牟倏叵到y(tǒng)中，他們是應(yīng)用了機(jī)械與構(gòu)建操控的很有代表性的一個(gè)組成，他們每個(gè)級(jí)別都應(yīng)用不一樣的互聯(lián)網(wǎng)工程和軟硬件控制，以達(dá)到不同的設(shè)計(jì)效果實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。各部分操控體系采用具有現(xiàn)場(chǎng)總線形式的PtC操控方法，他有獨(dú)立操控和智能操控的特點(diǎn)。為確保控制體系正常運(yùn)轉(zhuǎn)，我們?cè)谲?chē)間總的線路全部采用西門(mén)子Proflbus總線及di數(shù)字化的局域計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式包交換技術(shù)體系。每個(gè)監(jiān)督控制結(jié)構(gòu)的PiC之間及PiC與上～個(gè)機(jī)械間的聯(lián)系全部采用了現(xiàn)代化的集成板的局域電腦互聯(lián)網(wǎng)的分布式包交換技術(shù)，供監(jiān)控體系相互聯(lián)系時(shí)應(yīng)用。沖床機(jī)的運(yùn)動(dòng)中樞應(yīng)連接Ethetnet csrd與機(jī)器人的操控體系聯(lián)網(wǎng)，操控體系與工業(yè)機(jī)器人的聯(lián)系方式是通過(guò)Proflbus．DP的總路線連接的他們實(shí)現(xiàn)了信息的互換和連接。連接體系采用了HMI SIEMENS的觸摸技術(shù)，在每一個(gè)可操控的部件上都放置一個(gè)顯示屏，它應(yīng)用了Proflbus的數(shù)據(jù)連接。各個(gè)部件都安裝了信息指示燈和緊急開(kāi)關(guān)，屏幕可看到系統(tǒng)信息及顯示錯(cuò)誤出現(xiàn)在那里，與這個(gè)設(shè)備有聯(lián)系的的i＼O 信號(hào)在HMi上顯示，他們以紅燈和黃燈區(qū)分。系統(tǒng)如果發(fā)現(xiàn)哪里有情況，將會(huì)鳴笛警報(bào)，顯示屏上將會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題出現(xiàn)在那里，以便維修人員查找。這個(gè)體系還有演練數(shù)字場(chǎng)景的能力，在磨擬演練中，它的壓力和轉(zhuǎn)動(dòng)速度可能會(huì)影響到生產(chǎn)還有可能會(huì)發(fā)生操作控制與機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不同步的可能，體系是通機(jī)器人的離線程序控制的機(jī)器人的運(yùn)行路線，來(lái)減少生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)休整周期。機(jī)器人沖壓設(shè)備再生產(chǎn)中使用面很廣，他改變了傳統(tǒng)的勞動(dòng)模式，改善了勞動(dòng)條件及強(qiáng)度，確保了生產(chǎn)的安全，提高生產(chǎn)的進(jìn)度及產(chǎn)品的合格率，它不但材料的生產(chǎn)流程還減少了浪費(fèi)，節(jié)約了時(shí)間，縮小了生產(chǎn)成本，隨著生產(chǎn)線的制作、調(diào)試設(shè)備的周期設(shè)計(jì)時(shí)間不斷提前，機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線越來(lái)越為汽車(chē)主機(jī)廠所接受，成為沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的主流。

6.豎爐球團(tuán)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

結(jié)合球團(tuán)生產(chǎn)的特點(diǎn)，將豎爐球團(tuán)T藝分解為四組，即配料烘干組、潤(rùn)磨旁路組、造球組、豎爐組根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。系統(tǒng)的控制設(shè)備主要分布在總控室和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制站，其中豎爐組控制箱全部放在總控室。按照豎爐自動(dòng)系統(tǒng)的控制要求和各設(shè)備的功能，系統(tǒng)可分為四層，各層設(shè)備和功能如下。

第一層為處于系統(tǒng)底層—— 檢測(cè)元器件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該層主要有電動(dòng)蝶閥、放散閥、各種儀器儀表、變頻器以及快切閥等。主要完成生產(chǎn)設(shè)備的操作和工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)，執(zhí)行來(lái)自PLC的程序指令，并做出相應(yīng)的操作或顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)參數(shù)。

第二層為PLC控制層，包括CPU模塊，PS模塊，DI、DO、AI、AO模塊，ET200M模塊和各種網(wǎng)絡(luò)通信接口適配器等 主要完成整個(gè)系統(tǒng)PLC站的控制網(wǎng)絡(luò)集成，負(fù)責(zé)接收從設(shè)備層傳送的信息、數(shù)據(jù)和上位機(jī)控制的命令，并將這些命令再反饋到設(shè)備層，完成中央信息層與設(shè)備層之間的信息、數(shù)據(jù)、命令傳輸及交換

第三層為中央信息層，即上位機(jī)控制層。監(jiān)控上位機(jī)是j臺(tái)研華IPC一610H工控機(jī)(配有Windowsxp操作系統(tǒng)，并安裝STEP75．4西門(mén)子編程軟件和組態(tài)軟件)，一臺(tái)為操作員站，一臺(tái)為T(mén)程師站，另外一臺(tái)作為操作員站和工程師站的熱備；兩臺(tái)彩色噴墨打印機(jī)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等組成。通過(guò)上位機(jī)，操作人員可以遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的運(yùn)行，完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的控制，歷史數(shù)據(jù)的記錄、查看，報(bào)警與故障的提示和處理等功能

第四層為網(wǎng)絡(luò)和其他外部保護(hù)設(shè)備 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、不間斷電源(UPS)、信號(hào)避雷器和隔離器，用于發(fā)生斷電、雷擊或電磁干擾等情況，各種設(shè)備仍能安全穩(wěn)定地運(yùn)行且信號(hào)正確無(wú)誤傳送。

7.總結(jié)

計(jì)算機(jī)控制就是用計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)動(dòng)態(tài)對(duì)象或過(guò)程進(jìn)行控制。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，用計(jì)算機(jī)代替自動(dòng)控制系統(tǒng)中的常規(guī)控制設(shè)備，對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，這是對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)所使用的技術(shù)裝備的一種革新。通過(guò)大量的閱讀關(guān)于計(jì)算機(jī)控制的文章，了解到了計(jì)算機(jī)控制與我們密切相關(guān)，無(wú)處不在。也隨著社會(huì)的發(fā)展，人們也越來(lái)使用計(jì)算機(jī)來(lái)控制，對(duì)與一些企業(yè)來(lái)說(shuō)使用計(jì)算機(jī)控制，雖然技術(shù)或者一些儀器需要大量的資金，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)方面來(lái)看，它節(jié)省了人力物力。從算機(jī)控制的技術(shù)應(yīng)用的方面的考慮，我認(rèn)為計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)發(fā)展?jié)摿€是很大的，值得我們?nèi)W(xué)習(xí)去研究?？傊S著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的逐漸發(fā)展，計(jì)算機(jī)的操作控制正逐步的進(jìn)入到生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。所以我們要不斷創(chuàng)新改革，創(chuàng)作出一個(gè)更好的控制體系是非常有意義的。

參考文獻(xiàn)

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第五篇：教室日光燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳感器應(yīng)用課題

題 目

教室日光燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

專(zhuān) 業(yè) 電氣控制與自動(dòng)化

班 級(jí) 電氣工程與自動(dòng)化2010級(jí)2班

姓名/學(xué)號(hào)

2012年 11月 24日

教室日光燈控制系統(tǒng)

教室日光燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：常言道“眼睛是心靈的窗戶(hù)”,而燈則是指引心靈的方向標(biāo)。在生活中，我們無(wú)時(shí)無(wú)刻不在地使用著燈,當(dāng)我們?cè)谛@的時(shí)候我們需要來(lái)到教室里學(xué)習(xí),然而當(dāng)大家離開(kāi)教室時(shí)有許多教室的燈依然亮著,這樣就會(huì)造成大量資源浪費(fèi),因此我們?cè)O(shè)計(jì)一種既不浪費(fèi)國(guó)家電力又很方便實(shí)用的照明燈系統(tǒng)是很有實(shí)用價(jià)值意義的一件事。

關(guān)鍵詞：傳感器；PLC;延時(shí)電路

教室日光燈控制系統(tǒng)

1課題研究的目

（1）鍛煉學(xué)生自學(xué)能力和靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力,寫(xiě)作能力和口頭表達(dá)能力（2）鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神

2課題設(shè)計(jì)的原理

當(dāng)教室里有人時(shí)，日光燈就亮，當(dāng)無(wú)人的時(shí)候，經(jīng)過(guò)幾分鐘，燈熄滅。在白天光線很亮的情況下，即使教室中有人，日光燈也不亮。

3設(shè)計(jì)思路

(1).該設(shè)計(jì)需要兩種傳感器，熱感應(yīng)傳感器與光線傳感器。(2).“當(dāng)無(wú)人的時(shí)候，經(jīng)過(guò)幾分鐘，燈熄滅?！庇纱丝芍陔娐分袩岣袘?yīng)傳感器應(yīng)該串聯(lián)一個(gè)時(shí)間繼電器。

(3).“在白天光線很亮的情況下，即使教室中有人，日光燈也不亮。”由此可知光線傳感器應(yīng)該實(shí)現(xiàn)電路的關(guān)斷功能。

(4).要使該電路正常工作，那么光線傳感器不應(yīng)放置在教室內(nèi)部，因?yàn)樵撾娐房刂频娜展鉄舯旧肀銜?huì)影響光感應(yīng)傳感器，使電路失效。

(5).電路有多種控制方法，我們選擇PLC作為電路的控制部分，因?yàn)镻LC.編程簡(jiǎn)單而且可以用PLC內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)代替時(shí)間繼電器，節(jié)省成本、簡(jiǎn)化電路。

4資料查找（1）熱釋電傳感器

熱釋電傳感器又稱(chēng)人體紅外傳感器，被廣泛應(yīng)用于防盜報(bào)警、來(lái)客告知及非接觸開(kāi)關(guān)等紅外領(lǐng)域。

壓電陶瓷類(lèi)電介質(zhì)在電極化后能保持極化狀態(tài)，稱(chēng)為自發(fā)極化。自發(fā)極化隨溫度升高而減小，在居里點(diǎn)溫度降為零。因此，當(dāng)這種材料受到紅外輻射而溫度升高時(shí)，表面電荷將減少，相當(dāng)于釋放了一部分電荷，故稱(chēng)為熱釋電。將釋放的電荷經(jīng)放大器可轉(zhuǎn)換為電壓輸出。這就是熱釋電傳感器的工作原理。

當(dāng)輻射繼續(xù)作用于熱釋電元件，使其表面電荷達(dá)到平衡時(shí)，便不再釋放電荷。因此，熱釋電傳感器不能探測(cè)恒定的紅外輻射。（2）光線傳感器

教室日光燈控制系統(tǒng)

2002年的 諾基亞7650(7650還帶有揚(yáng)聲器感應(yīng))開(kāi)始，便有了光線傳感器，它的好處就是可以根據(jù)手機(jī)所處環(huán)境的光線來(lái)調(diào)節(jié)手機(jī)屏幕的亮度和鍵盤(pán)燈。比

如在光線充足的地方，屏幕很亮，鍵盤(pán)燈就會(huì)關(guān)閉；相反，在暗處，鍵盤(pán)燈就會(huì)亮，屏幕較暗(與屏幕亮度的設(shè)置也有關(guān)系)，這樣既保護(hù)了眼睛又節(jié)省了能量，一舉兩得。而且光線傳感器在進(jìn)入睡眠模式的時(shí)候，會(huì)發(fā)出藍(lán)色周期性閃動(dòng)的光，甚是好看。

光線傳感器位于前攝像頭旁邊的一個(gè)小點(diǎn)，如果在光線充足的情況下（室外或者是燈光充足的室內(nèi)），大概在2-3秒之后，鍵盤(pán)燈會(huì)自動(dòng)熄滅，即使你再操作機(jī)子，鍵盤(pán)燈也不會(huì)亮, 除非到了光線比較暗的地方，又一個(gè)鍵盤(pán)燈才會(huì)自動(dòng)的亮起來(lái)； 如果在光線充足的情況下，你試著用手將光線感應(yīng)器遮上，2-3秒之后，鍵盤(pán)燈會(huì)自動(dòng)亮起來(lái)，這個(gè)就是光線感應(yīng)器的作用，是起到一個(gè)節(jié)電的功能，畢竟這個(gè)機(jī)子很費(fèi)電。

怎樣檢測(cè)光線感應(yīng)器是否有問(wèn)題, 下面來(lái)看看你的光線傳感器是不是正常工作的：

在待機(jī)狀態(tài)下，將手機(jī)的副攝像頭左邊的光線傳感器置于臺(tái)燈或強(qiáng)光下，按“掛斷”鍵，手機(jī)鍵盤(pán)燈應(yīng)熄滅，LCD背景燈應(yīng)常亮。

在待機(jī)狀態(tài)下，將手機(jī)的副攝像頭左邊的光線傳感器用手指遮住，按“掛斷”鍵，手機(jī)鍵盤(pán)燈應(yīng)開(kāi)啟，LCD背景燈應(yīng)稍暗。

如果你的鍵盤(pán)燈不能像上述一樣變化，而是在任何情況下都是常亮的話(huà)，那你的機(jī)器就是有問(wèn)題的了。

（3）時(shí)間繼電器原理

在交流電路中常采用空氣阻尼型時(shí)間繼電器,它是利用空氣通過(guò)小孔節(jié)流的原理來(lái)獲得延時(shí)動(dòng)作的。它由電磁系統(tǒng)、延時(shí)機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)三部分組成。

時(shí)間繼電器可分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型兩種類(lèi)型。

空氣阻尼型時(shí)間繼電器的延時(shí)范圍大(有0.4～60s和0.4～180s兩種)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但準(zhǔn)確度較低。

當(dāng)線圈通電（電壓規(guī)格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）時(shí)，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時(shí)下移，使瞬時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)。但是活塞桿和杠桿不能同時(shí)跟著銜鐵一起下落，因?yàn)榛钊麠U的上端連著氣室中的橡皮膜，當(dāng)活塞桿在釋放彈簧的作用下開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，橡皮膜隨之向下凹, 上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，活塞桿下降到一定位置，便通過(guò)杠桿推動(dòng)延時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作，使動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。從線圈

教室日光燈控制系統(tǒng)

通電到延時(shí)觸點(diǎn)完成動(dòng)作，這段時(shí)間就是繼電器的延時(shí)時(shí)間。延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短可以用螺釘調(diào)節(jié)空氣室進(jìn)氣孔的大小來(lái)改變。吸引線圈斷電后，繼電器依靠恢復(fù)彈簧的作用而復(fù)原?？諝饨?jīng)出氣孔被迅速排出。[2]（4）接觸器

接觸器（Contactor）狹義上是指能頻繁關(guān)合、承載和開(kāi)斷正常電流及規(guī)定的過(guò)載電流的開(kāi)斷和關(guān)合裝置。它應(yīng)用于電力、配電與用電。接觸器廣義上是指工業(yè)電中利用線圈流過(guò)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開(kāi)觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。（5）PLC 可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，），它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。

PLC的優(yōu)點(diǎn)

1.使用方便，編程簡(jiǎn)單

采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。

2.功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高

一臺(tái)小型PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶(hù)使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。PLC可以通過(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。3.硬件配套齊全，用戶(hù)使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)

PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶(hù)選用，用戶(hù)能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和小型交流接觸器。

硬件配置確定后，可以通過(guò)修改用戶(hù)程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。

4.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器，由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。

教室日光燈控制系統(tǒng)

PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，PLC已被廣大用戶(hù)公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。5.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少

PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。

PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)梯形圖的時(shí)間比設(shè)計(jì)相同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。

PLC的用戶(hù)程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，通過(guò)PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。6.維修工作量小，維修方便

PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故

5所需元件

熱釋電傳感器(SEBBA SB0072)光線傳感器(SENBA D57系列)時(shí)間繼電器（SXJ48-V）接觸器(ZAJ9)PLC(西門(mén)子S7-200 CPU224)6項(xiàng)目電路設(shè)計(jì)

整個(gè)電路分兩部分：控制電路與工作電路

（1）控制電路：以PLC為控制中心，熱釋電傳感器、光線傳感器作為PLC的兩個(gè)輸入端，PLC的輸出端接控制日光燈開(kāi)關(guān)的線圈。（2）工作電路：包括接觸器與日光燈（3）系統(tǒng)原理框圖

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（4）PLC程序設(shè)計(jì) PLC梯形圖如下：

如圖所示，熱釋電傳感器與光線傳感器分別接PLC的X0、X1兩輸入端，線圈Y0接接觸器。① 當(dāng)光線傳感器得到感應(yīng)時(shí)，即白天光線充足時(shí)，X1的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，線圈不得電，電路無(wú)法工作。當(dāng)光線傳感器X1無(wú)信號(hào)或弱信號(hào)輸出時(shí)，即夜晚光線不足時(shí)，電路才能正常工作。② 當(dāng)有人進(jìn)入教室，熱釋電傳感器得到感應(yīng)，此時(shí)X0的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，線圈Y0得電并自鎖，此時(shí)日光燈亮。當(dāng)所有人離開(kāi)教室，熱釋電傳感器停止感應(yīng)，電路啟動(dòng)斷電延時(shí)程序，經(jīng)180秒（3分③ 鐘）后，線圈斷電，日光燈滅。

傳感器位置圖示

教室日光燈控制系統(tǒng)

光線傳感器位置a：此位置位于上方墻角，受到日光燈光照的干擾較小，適用于抗干擾力強(qiáng)，精度高，價(jià)格較昂貴的光線傳感器。

光線傳感器位置b：此位置位于窗臺(tái)，基本上完全不受室內(nèi)日光燈光線的干擾，但是傳感器本身卻易受到雨水等因素的影響，適用于抗干擾能力弱，精度較低，價(jià)格便宜的光線傳感器。

7總結(jié)

本次課程設(shè)計(jì)選題是由我們小組3人討論決定的，完成設(shè)計(jì)我們小組用時(shí)2個(gè)星期。在課題可行性的方面上我們覺(jué)得這個(gè)課題很適合我們現(xiàn)階段的能力，在我們確定課題后，隨即我們就分工任務(wù)。各自負(fù)責(zé)自己的部分，然后在一起討論確定最佳的設(shè)計(jì)。

在編寫(xiě)課題設(shè)計(jì)時(shí)，我們一致認(rèn)為最先確定設(shè)計(jì)的主要模塊。開(kāi)始認(rèn)為在這個(gè)主要模塊設(shè)計(jì)時(shí)不會(huì)花費(fèi)很多的時(shí)間，之后才知道原來(lái)簡(jiǎn)單的事情自己動(dòng)手也是這么的復(fù)雜。在很多細(xì)節(jié)的地方我們沒(méi)有注意到。隨后我們參考了很多的文獻(xiàn)，也在網(wǎng)上收集了資料。不斷修改，不斷完善了我的課程設(shè)計(jì)。

在元器件的選擇上，雖然沒(méi)有要求做出實(shí)物，但是我們依然考慮到設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)適用，我們?cè)诰W(wǎng)上收集了設(shè)計(jì)需要的元件。

這次課題設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們運(yùn)用知識(shí)，分析問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力。鍛煉我們團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,通過(guò)這次課題設(shè)計(jì)我們也得到了深刻的感受。

參考文獻(xiàn)：

教室日光燈控制系統(tǒng)

[1] 郁有文 常建 程繼紅.傳感器原理及工程應(yīng)用 第三版;西安電子科技大學(xué)出版社,2008 [2] 宋伯生.PLC編程理論 第二版;機(jī)械工業(yè)出版社 ,2009 [3] 李建興.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)；機(jī)械工業(yè)出版社，2004