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高效率音频功率放大器的研制白林景,邵光存,李岸然,常兴连,王振伟(山东省科学院激光研究所,山东济宁 272100) 摘 要:本设计以高效率D类功率放大器为中心,输出开关管采用高速场效应管,连接成互补对称H桥式结构,兼有输出1: 1双变单电路和输出短路保护功能,比较理想地实现了输出功率大于2w,平均效率可达到75%的高效音功率放大器。关键词:D类音频功率放大器; PWM调制器; H桥功率放大器中图分类号: TN722. 1 文献标识码:A引言全球音频领域数字化的浪潮以及人们对音频节能环保的要求,要求我们尽快研究开发高效、节能、数字化的音频功率放大器。传统的音频功率放大器工作于线性放大区,功率耗散较大,虽然采用推挽输出,仍然很难满足大功率输出;而且需要设计复杂的补偿电路和过流,过压,过热等保护电路。D类开关音频功率放大器的工作于PWM模式,将音频信号与采样频率比较,经过自然采样,得到脉冲宽度与音频信号幅度成正比例变化的PWM波,经过驱动电路,加到MOS的栅极,控制功率器件的开关,实现放大,放大的PWM信号送入滤波器,还原为音频信号。从而实现大功率高效率的音频功率放大器。系统电路本文采用H型桥式D类功率放大电路,电路如图一所示。图一 音频功率放大器电路(1) 三角波产生电路利用NE555构成的多谐振荡器以恒流源的方式对电容线性冲、放电产生三角波。接通电源瞬间,NE555芯片的3脚输出高电平,二极管D2、D3 截止,D1、D4 导通, Vcc通过T1 , T2 , R1 ,D1 对电容C1 恒流充电,当C1 上电压达到2 /3Vcc时,NE555芯片的输出发生翻转,即3脚输出低电平,此时,D2、D3 导通, D1、D4 截止,电容C1 通过D2 , T3 ,T4 , R2 恒流放电,直到C1电压等于1 /3Vcc,电容又开始充电,如此循环,电容C1上可以得到线性度良好的三角波。为了提高带负载能力,输出通过由LM358A组成的电压跟随器。输出三角波频率的计算:电阻R1 上电压等于T1 的VVbe≈ 0. 7V,故流过R1 的电流I = 0. 7V /300Ω = 2. 33mA,忽略T1 的基极电流,则流过R1 的电流即为T2 的射级电流,约等于T2 的集电极电流,故C1 的充电电流约为2mA,同理, C1 的放电电流约为2mA。设充电时间为t1 ,放电时间为t2 ,则有:23Vcc =13Vcc +i ×t1C13Vcc =23Vcc -i ×t2C可得三角波的周期: T = t1 + t2 =2Vcc ×C3 ×i故三角波频率为: f =3 ×i2Vcc ×C(2)前置放大电路 前置放大电路采用低噪声、高速运放的NE5532运算放大器,组成增益可调的同相宽带放大电路。功放最大不失真输出时,负载上等效正弦波的电压峰峰值为VP - P ,载波调制的调制波(正弦波)最大峰峰— 27 —值为VP - Pm ax ,对应的调制放大增益为AV2 =VP - PVP - Pm ax,运算放大电路中反馈电阻为R8 ,反相端电阻R7 ,则前置放大器的增益AV1为:AV1 = 1 +R8R7,通过选取调制波的峰值电压VP - Pm ax和调整R8 的阻值,可实现整个功率放大单元的电压增益连续可调。(3)脉宽调制( PWM)电路 采用高速、精密的比较器芯片,以音频信号为调制波,频率为f的三角波为载波,两路信号均加上1 /2Vcc的直流偏置电压,通过比较器进行比较,得到幅值相同,占空比随音频幅度变化的脉冲信号。(4)驱动电路 驱动电路由施密特触发器芯片和三极管组成,两个三极管组成的互补对称式射极跟随器。PWM信号经过驱动电路后,形成两个前后沿更加陡峭的倒相脉冲,两脉冲之间有一定的死区时间,防止了桥式驱动电路出现直通现象。(5) H型桥式驱动电路 由场效应管组成的功率开关管和四阶巴特沃兹LC滤波电路组成。T9、T12导通, T10、T11截止时,负载上的电压降VM AB0 =Vcc; T10、T11导通,T9、T12截止时,负载上的电压降VAB = - Vcc,因此,负载上的电压降可达到2倍的电源电压。解调信号放大后经过LC滤波送到扬声器。(6)短路保护电路 短路(或过流)保护电路采用0. 1过流取样电阻与扬声器串联方式, 0. 1电阻上的取样电压经过由NE5532组成的减法放大器进行放大。电压放大倍数为:Av =R19R17经放大后的音频信号再通过由D9、C9、R20组成的峰值检波电路,检出幅度电平,送给电压比较器U7的“ + ”端,U7的“—”端电平设置为5. 1v,由R22和稳压管D12组成,比较器接成迟滞比较方式,一旦过载,即可锁定状态。正常工作时,通过0. 1上的最大电流幅度Im =Vcc /(R + 0. 1) , 0. 1上的最大压降为0. 1 ×Im ,经放大后输出的电压幅值为Vim ×AV = 0. 1 ×Im ×AV ,检波后的直流电压稍小于此值,此时比较器输出低电平, T13截止,继电器J1不吸合,处于常闭状态,电源Vcc通过常闭触点送给功放。一旦扬声器两端短路或输入电流过大, 0. 1上电流、电压增大,经过电压放大、峰值检波后,大于比较器反相端电压,则比较器翻转为高电平并自锁, T13导通,继电器吸合,切断功放Vcc电源,功放电路得到保护。R21、C11、D10、D11组成开机延时电路,防止开机瞬间比较器自锁,关机后C11上的电压通过D10快速放掉,以保证再开机时C11的起始电压为零。讨论D类放大器工作于开关状态,无信号输入时无电流,而导通时,没有直流损耗。事实上由于关断时器件尚有微小漏电流,而导通时器件并没有完全短路,尚有一定的管压降,故存在较少直流损耗,实际效率在80% - 90% ,是实用放大器中效率最高的。参考文献:[ 1 ]Wing - Hong, Lau , IEEE Trans. Realization ofDigitalAudi2o Amp lifier Using Zero - Voltage - Switched PWM PowerConverter, Circuits Syst . Vol 47,NO. 3,March 2000.[ 2 ]Ashok Bindra. All - digital App roach HikesAudio Quality InConsumer Product.[ 3 ]李子升,吴锦铭,钟国新. 高效率音频功率放大器.[ 4 ]李振玉,姚光圻. 高效率放大及功率合成技术. 中国铁道出版社, 1985.[ 5 ]陈伟鑫. 新型实用电路精选指南. 电子工业出版社.[ 6 ]瞿安连. 应用电子技术. 北京科学出版社, 2003.[ 7 ]王金明等编著. 数字系统设计. 电子工业出版社出版.[ 8 ]全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选. 1994 - 1999.[ 9 ]虎永存,现代音响技术, D类放大器的原理和电路, 1998年第5期.[ 10 ]无线电2004合订本第2、3期. 无线电杂志社,人民邮电出版社.这个是从付费论文网站上买的，真珍贵的
30kHz高频开关电源变压器的设计2) 48V50A开关电源整流模块主电路设计3) 12232液晶显示程序4) A题直流稳定电源5) ISD2560芯片在汽车报站器的应用6) ISD2560语音芯片在排队机系统中的应用7) LC振荡器制作方案8) MCS51单片机应用系统设计9) RCC电路间歇振荡的研究10) RCC电路间歇振荡现象的研究11) UC3842应用于电压反馈电路中的探讨12) UC3843 是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流变换器应用而设计13) UC3843A的内部等效电路框图14) VHDL基本语法单元15) 八路抢答器16) 别墅区可视对讲系统17) 波形发生器（A题）18) 采用CoolSET-ICE2B265的30瓦开关电源设计19) 出租车多功能计费器的设计20) 出租车计费器设计与实现21) 单端反激开关电源变压器设计22) 单片机应用系统设计技术教学大纲23) 单片机游戏设计24) 单片机在家用电器中的应用25) 低成本DC-DC转换器34063的应用26) 电压 控 制 LC 振 荡 器27) 电源输入端口的电磁兼容设计28) 调频收音机设计29) 调频无线话筒接收机电路30) 对“C51语言应用编程的若干问题”31) 发射三极管32) 高频高效DC-DC模块电源33) 高频开关电源34) 高压开关电源的应用电路设计35) 红外电路36) 基于AT89C51SND1C单片机的MP3硬件播放器的实现37) 基于AT89C205 1和ISD2560的录放音系统设计 38) 基于CPLD／FPGA的出租车计费39) 基于CPLD／FPGA的出租车计费器40) 基于CPLD和接触式图像传感器的图像采集系统41) 基于CPLD控制的DDS数字频率合成器设计42) 基于D类功放的宽范围可调开关电源的设计43) 基于GPS的高精度无误差倒计时牌的设计44) 基于μPD78F0034单片机的出租车计费器的设计与实现45) 基于大容量IC卡AT45D041的出租车数据采集系统46) 计算机控制灯阵列47) 开关电源EMC设计48) 开关电源保护电路的研究49) 开关电源测试参考50) 开关电源冲击电流控制51) 开关电源电感器的选用52) 开关电源高频变压器设计——正激式53) 开关电源论文最终54) 开关电源原理及其应用55) 开关电源原理与维修56) 开关式稳压电源的工作原理57) 开关稳压电源的设计58) 扩频通信59) 两种调制60) 论文—多点无线数据传输系统61) 频率记62) 汽 车 尾 灯 设 计63) 汽车智能MP3无线发射器的设计64) 数字显示“L、C”表的制作电路65) 无线识别装置66) 无线遥控设计67) 液体点滴速度监控装置68) 一种输出电压4～16V开关稳压电源的设计69) 用AT89C2051设计超声波测距仪70) 于CPLD／FPGA的出租车计费器
你这个电源功率有点大，而且电流要可调节。已经比较专业了。估计在学校的学生很难完成，主要是高频变压器的设计。估计你这个论文现成的难找。我设计过，没有这么大功率，电流也不可调节。要科技调节，我想到用单片机来控制结合运放电路和比较器来完成
毕业设计大全
这个还达不到毕业设计的水平，顶多是电路课程的大作业。220V首先得用变压器变成低压交流，比如2A×5Ω=10V，留5V余量，得有个220V变15V交流的变压器。然后用桥式整流变成直流，加电容滤波。得到15V~18V的直流电压。之后去看看LM358、TL431等器件的手册，里面有恒流电路，找到合适的晶体管照做就好了，这个电路不复杂。若有效率什么的要求才会比较复杂。
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真愁人 现在的本科生 毕业设计都发上来让人答 找你们班上的同学不行啊
电流恒流源可以等效为恒流源并接一个恒流源内阻RS的模型；外接负载再与恒流源并接。1）根据负载电阻的两端电压V除以负载电阻R,得出负载电阻电路中流过的电流IL;2) 用电流恒流源输出的总电流I减去负载电流IL，得到流过电流恒流源内阻RS的电流IRS;3) 用负载电阻两端的电压V除以流过恒流源内阻RS的电流IRS,即可得到电流恒流源的内阻阻值。 zxl5，就是恒流源输出的电流，恒流源输出的电流理想等效为一部分流过内阻RS,一部分流过外接负载，回去看看电路书吧 ; 计算恒流源内阻，当然是在负载一定的情况下进行的，输入电压也变，负载也变，测量根本就没意义。
提供一些电子信息工程专科毕业论文的题目，供参考。精密检波器的设计简易电子血压计的设计电子听诊器的设计简易数码相机的设计直流电机转动的单片机控制高频功率合成网络的研究多功能气体探测器车用无线遥控系统家用门窗报警器智能型全自动充电器医用病房多路呼叫系统多功能数字钟数字电压表的设计与仿真虹膜识别技术的认识及其在电子学科的发展探讨基于Orcad的电子线路特性分析及优化设计恒温热熔胶枪的设计步进电机的数字控制器设计虹膜图像的预处理（算法分析及探讨）四位密码电子锁的设计旋转LED屏的制作基于PC机的LCD实时显示控制系统设计（pc机部份）基于PC机的LCD实时显示控制系统设计（单片机部份）ICL7135的串行采集方式在单片机电压表中的应用用89C51和8254-2实现步进式PWM输出桌面行走智能小车双音频电话信息传输系统车库控制管理系统（基于PC机）车库控制系统车位识别（基于PC机）数控音频功率放大电路刚体转动实验平台的改进设计谐振频率测试仪高频宽带放大器的制作高频窄带放大器的设计宽带功率放大器的设计程控滤波器的设计高频电压测试棒的制作基于TMS320VC5402的DSP创新试验系统U-BOOT在ARM9（AT91RM9200）上的移植ARM9（AT91RM9200）启动过程的研究与启动代码的设计基于ARM9（AT91RM9200）的嵌入式Linux移植调试环境的研究与建立嵌入式Linux在ARM9（AT91RM9200）上的移植ARM9（AT91RM9200）简易JTAG仿真器设计基于单片机的电动机测速系统基于单片机的单元楼门铃及对讲系统基于单片机的自来水管的恒流控制基于单片机的电子脉搏测量仪基于单片机的自来水水塔控制系统洗衣机控制系统设计基于力敏传感器的压力检测湿敏传感器应用电路系统设计基于气敏传感器的大气环境测量系统设计基于光敏传感器的机器人控制电路设计基于温敏传感器的应用电路设计基于磁敏传感器的检测电路设计超声波传感器在倒车雷达系统中的应用温度传感器在现代汽车中的应用电子秤中的应变片传感器光电开关在自动检测的应用热释电传感器的应用浅谈各种接近开关基于单片机的自行车码表设计基于单片机的图形温度显示系统基于单片机的自动打铃器设计基于EDA技术的自动打铃器设计通用示波器字符（图案）显示电路设计基于EDA技术的时钟设计用matlab实现数字电子技术数据传输电路设计在matlab环境下实现同步计数器电路仿真锂电池充电器的设计与实现脉冲调宽(PWM)稳压电源作光源的设计与实现压电式传感器的应用矩形脉冲信号发生器的设计可编程交通控制系统设计多功能数字钟实用电子称多点温度检测系统可编程微波炉控制器系统设计智能型充电器显示的设计电子显示屏电源逆变器数字温度计简易数字电压表声光双控延迟照明灯可遥控电源开关无刷直流电机控制装置整流电路的设计PLC控制系统与智能化中央空调PLC在电梯变频调速中的应用PLC在输电线路自动重合闸的应用异步电机变频调速系统的设计电机故障诊断系统的设计数控稳压源4-20mA电流环设计单总线多点温度检测系统单片机控制的手机短信发送设备简易恒温浸焊槽设计单片机控制的手机短信发送设备基于MATLAB的IIR数字滤波器设计与仿真基于MATLAB的FIR数字滤波器设计与仿真平稳随机信号功率谱估计及在MATLAB中的实现智能红外遥控电风扇的设计单片机控制的消毒柜数字秒表的设计基于VGA显示的频谱分析仪设计基于FPGA红外收发器设计基于FPGA 的FSK调制器设计基于FPGA的多频电疗仪的设计基于FPGA幅度调制信号发生器设计基于FPGA全数字锁相环设计单片机之间的串口数据通信微机与单片机间的串口数据通信模型自适应系统控制器设计神经网络PID控制器设计带误差补偿环节的PID控制系统具有模糊系统控制的PID控制系统限电自动控制器单片机实现三位电子秒表开关稳压电源设计新型锂电池充电器自制温度检测报警器限流直流稳压电源设计微波测速计自由落体实验仪风力发电机转速控制风力发电电池组运行状态检测光伏电能的储存及合理应用控制装置车库门自动开闭小功率风力发电机研制利用车内电源（12V）给笔记本电脑供电电源（19V）基于PWM控制的七彩灯设计红外遥控电风扇基于串口通信的GPS定位系统数控电压源20mA电流环模块设计基于GSM的汽车防盗系统的设计
先拟题，如：浅谈数控机床故障判断与维护【论文关键词】：数控技术;数控机床;故障;维护【论文摘要】：数控技术是用数字信心对机械运动和工作过程控制的技术。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，更使制造业成为工业化的象征。数控机床是集高、精、尖技术于一体，集机、电、光、液于一身的高技术产物。具有加工精度高、加工质量稳定可靠、生产效率高、适应性强、灵活性好等众多优点，在各个行业受到广泛欢迎，在使用方面，也是越来越受到重视。但由于它是集强、弱电于一体，数字技术控制机械制造的一体化设备，一旦系统的某些部分出现故障，就势必使机床停机，影响生产，所以如何正确维护设备和出现故障时能及时抢修就是保障生产正常进行的关键。1.数控机床的维护对于数控机床来说，合理的日常维护措施，可以有效的预防和降低数控机床的故障发生几率。首先，针对每一台机床的具体性能和加工对象制定操作规程建立工作、故障、维修档案是很重要的。包括保养内容以及功能器件和元件的保养周期。其次，在一般的工作车间的空气中都含有油雾、灰尘甚至金属粉末之类的污染物，一旦他们落在数控系统内的印制线路或电子器件上，很容易引起元器件之间绝缘电阻下降，甚至倒是元器件及印制线路受到损坏。所以除非是需要进行必要的调整及维修，一般情况下不允许随便开启柜门，更不允许在使用过程中敞开柜门。另外，对数控系统的电网电压要实行时时监控，一旦发现超出正常的工作电压，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件的损坏。所以配电系统在设备不具备自动检测保护的情况下要有专人负责监视，以及尽量的改善配电系统的稳定作业。当然很重要的一点是数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，要注意将电刷从直流电动机中取出来，以免由于化学腐蚀作用，是换向器表面腐蚀，造成换向性能受损，致使整台电动机损坏。这是非常严重也容易引起的故障。 摘自无忧无虑论文网
大学是干嘛的地方？无论多高的学历和职称，不会设计、制造教具，不会设计、制造教学仪器，不会维修仪器和设备；用你父母的钱进口教学仪器模仿了委托工厂仿制就是佼佼者；用你父母的钱请校外的人来维修设备、从校外采购配件；用你父母的钱请教学仪器生产企业提供教学实验讲义，将作者填上他们的名字就有教学突出成就奖；教你背诵的公式和外语，永远也比不上美国麻省理工学院在网上公开的教材内容。学生也不要埋怨学费贵，除了上面教师的原因，你们自己的基础实验、专业课就上的迷迷糊糊的，高额投资下的创新实验项目、挑战杯、科技竞赛、毕业论文、商业开发，都见不得阳光，将真金白银变成了一堆堆的垃圾！！！！
电梯控制系统设计基于西门子PLC的电梯控制系统
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plc及其有关设备，都应按照易于与工业控制形成一个整体，易于扩充其功能的原则来设计。下面是我为大家精心推荐的plc毕业设计论文，希望能够对您有所帮助。
浅谈PLC的应用
【摘 要】可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计的。可编程控制器采用可编程序的存储器，用来在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入或输出，控制各类型的机械或生产过程。可编程控制器在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
【关键词】可编程控制器;模拟量
可编程控制器是可编程序控制器(Programmable Controller)的简称，通常缩写为PC。但它不是个人计算机的PC(Personal Computer)。也不仅是(但包括)早期的可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)、可编程顺序控制器PSC(Programmable Sequenec Controller)及可编程矩阵控制器PMC(Programmable Matrix Controller)。
可编程控制器及其有关设备，都应按照易于与工业控制形成一个整体，易于扩充其功能的原则来设计。目前 ，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、 交通 运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：
1.开关量逻辑控制
取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.工业过程控制
在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节 方法 。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
3.运动控制
可编程控制器可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.数据处理
可编程控制器具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5.通信及联网
可编程控制器通信含可编程控制器间的通信及可编程控制器与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
可编程控制器是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证可编程控制器的正常运行，要提高可编程控制器控制系统可靠性，一方面要求可编程控制器生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。本文介绍了一个智能交通灯系统的设计。该智能交通灯控制系统可以实现的功能有：对某市区的四个主要交通路口进行监控;各路口有固定的工作周期，并且在道路拥挤时中控中心能改变其周期;对路口违章的机动车能够即时拍照，并提取车牌号。在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。
随着城市和经济的发展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交通信号灯，才使车流、人流有了规范，同时，减少了交通事故发生的概率。然而，交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺畅。
交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出行进或停止的指令，使各同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口畅通和安全。
十字路口交通信号灯现场示意图如图1所示，南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯，为确保交通安全，要求如下。
1)采用PLC构成十字路口的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。系统上电后，交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45°时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图2所示工作时序周而复始，循环往复工作。SA1手柄指向中间0°时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，。SA1手柄指向右45°时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮。
2)正常控制时
①当东西方向允许通行(绿灯)时，南北方向应禁止通行(红灯);同样，当南北方向允许通行(绿灯)时，东西方向应禁止通行(红灯)。②在绿灯信号要切换为红灯信号之前，为提醒司机提前减速并刹车，应有明显的提示信号：绿灯闪烁同时黄灯亮。③信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。
信号灯动作的时序图如图2所示，它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮。
3)输入/输出信号分配
随着微处理器、网络通信、人―机界面技术的迅速发展，工业自动化技术日新月异，各种产品竞争激烈，新产品不断涌现。PLC也由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据，加之与DCS、pid调节器、工业pc等技术相结合，使之不再是一种简单的控制设备，而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。可编程控制器在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
PLC工程应用分析
摘要：文章针对PLC工程应用开发过程中的使用特点，研究了PLC硬件组成、软件结构，分析了PLC控制使用的工作过程，最后探讨了PLC编程语言语句，对PLC在控制系统的应用有一定指导意义。
关键词：PLC工程;硬件系统;软件系统;编程语言语句;控制系统 文献标识码：A
中图分类号：TP27 文章编号：1009-2374(2015)34-0033-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.017
可编程序控制器(Programmable Logical Controller，PLC)是一种新型的工业自动化装置，PLC的核心是微处理器，由自动化、通信、计算机技术三者融合而成。PLC的特征是具有简单灵活的可编程性、能够抵抗恶劣工作环境的高抗压能力以及适应性能强。PLC凭借体积小、价格便宜、重量轻等优势，广泛应用于工业控制上，在热电厂自动化工程的应用也日益广泛。
1 PLC的结构研究
不同型号可编程逻辑控制器的结构及组成基本原理相同，研究可编程控制原理应该从硬件结构与软件开发入手。
1.1 PLC的硬件组成部分
PLC的硬件系统组成部分包括CPU板、输入和输出电路、存储器扩展接口等。
1.1.1 CPU板：PLC的核心系统就是CPU板，CPU板中包含中央处理器、只读存储器、随机存储器、并行接口及串行接口等等组成部件。CPU板在PLC的作用是运算和控制程序，对不同的逻辑运算、算术运算以及系统整体的部件起到管理、控制的作用。随机存储器和只读存储器配备在PLC程序内部，具有存储各种系统程序的作用。并行接口和串行接口实现中央处理器与每一个接口电路之间的信息交换。
1.1.2 输入/输出电路：输入电路包括直流输入和交流输入两种电路。输入电路能够对现场输入设备所提示的控制信号程序进行接收，接收后光电耦合器可将控制信号隔离进行程序编码，从而转换为PLC程序中的标准使用的信号格式，再经过CPU实现信号读入，从而传输至存储器内。
输出电路在PLC中，主要作用是实现输出信号，在PLC系统中的控制信号输出时，输出电路负责将控制信号传送至其他外部输出设备中，实现输出电路的工作。输出电路的形式分为三种：(1)继电器形式的输出电路，该形式的输出电路对继电器的线圈进行控制，使继电器的触点发生通断，从而达到电气隔离的目的;(2)晶体管输出型电路，该电路运用光电耦合器达到电路开关晶体管出现通断的目的，以此来对输出设备进行控制;(3)可控硅输出型，以可控硅为媒介对输出设备进行控制，当触发可控硅，即可出现电路通断。
1.1.3 存储器扩展接口：是只读存储器与随机存储器所运用的扩展卡盒。扩展卡盒常用的类型有三种：(1)COMS ROM，COMS可由主板上的锂电池提供备用电量，该卡盒的优点在于停电或断电故障下确保数据及程序不会丢失;(2)可擦除可编程ROM卡盒，该卡盒在写入时需要运用专门的编程器，才能将调试好的ROM内的资料进行写入，在擦写时，透过紫外线照射可见内部芯片，从而擦除其内的数据，且在写入时，需具备一定的编程电压，可以重复进行擦除和编程;(3)EEPROM卡盒，电可擦可编程只读存储器，是一种断电情况下也不会出现数据丢失，实施编程与擦除操作时运用专用编程器即可实现。
1.1.4 输入/输出扩展接口：CPU与输入、输出扩展接口之间通过总线连接法进行连接，它对所有的扩展单元均可连接，从而让信号点数规模具备更强的灵活性。输入/输出扩展接口也可与模拟量、高速脉冲等其他适配器进行连接，从而扩展、增强PLC的作用。
1.1.5 编程器及其接口：编程器在PLC中的作用是对数据和信息的输入进行调试、编辑以及检测输入数据的安全性。正常运行状态下的PLC不需要编程器进行编程数据，所以编程器作为PLC部件中独立设计的存在。PLC上通常设有一个编程器专用接口，该接口适应于连接不同类型的编程器，以便完成对PLC程序的写入及调试。
1.2 对可编程控制的研究分析
一个控制系统如要实现自身的控制功能，必须借助相应的控制程序才能得以实现。控制程序分为以下两种类型：
1.2.1 固定布线程序控制。在旧模式下的继电器中，如果要对各种程序进行控制，继电器的电路连接需为布线形式，输入设备的作用是将控制信号送入控制系统，如按钮开关、传感器等。输出设备的作用是将被控制者的动作进行控制。该设备对输出的控制信号的控制方式是由连线来完成的。接线完成后，控制程序也随之确定，如需要重新对控制程序改动时，需要将原先控制程序的整个连线重新布线连接，制定新的连接方式。在复杂的控制系统中，该类型的程序控制难度较大，编程可行性不高。
1.2.2 可编程序控制。可编程序控制对系统进行控制时，只需运用专用编程器，通过相应的程序语言实现编程，将控制程序下装至存储器中，最后借助可编程序控制器对编程实施各项操作。如要改动可编程系统，只需将程序存储器中的程序语言进行相应改动，通过编程器即可完成，无需改动电路连接重新布线。通俗地说就是使用特定的软件程序语言编写程序代码实现被控对象的各种动作控制。
2 PLC工程的工作原理
PLC的核心电子部件是微处理器，也可视为由继电器、定时器、状态器等的综合组成部件。PLC中，输入继电器通过外部开关进行驱动，输出继电器则安装有许多触点。PLC开展工作，其实就是执行程序。PLC在工作状态下，CPU以分时操作为工作原理，在一个周期内执行相应的操作，即CPU的程序扫描。CPU在对程序进行运算处理时速度很快，因此从宏观角度看其数据结果可发现CPU的程序运算似乎是在极短时间内完成。PLC对程序的执行过程分为以下三个部分：
2.1 输入处理 PLC在执行程序过程中，运用重复扫描来完成。执行前，CPU将所有的输入信号以地址中出现的编码顺序为标准编程至输入存储器中，随后开始开展程序执行。在CPU执行程序时，即使输入状态发生了变化，但输入寄存器中的数据内容不会随着输入状态的变化而发生变化，直至扫描周期结束CPU才对输入状态进行重新读取。
2.2 程序执行
PLC在执行程序时，依据顺序对用户程序进行扫描。完成一条程序的执行后，所需信息将经过寄存器由程序读出，并参与程序运算，接着再将程序执行的数据结果编程到相关的寄存器中。
2.3 输出处理
当PLC将所有指令全部执行结束后，PLC会把所有程序结果输入到输出锁存寄存器中，最终传送至程序执行终端。
3 PLC的软件系统组成部分
一个完整的PLC控制系统由硬件系统和软件组成，两者结合构成复杂的控制功能。在PLC软件系统中，分为系统程序和用户程序。
系统程序在PLC中的作用是管理、服务和翻译用户程序，可将其视为一个软件平台。系统程序的质量与PLC的性能具有直接联系，系统程序质量好，则PLC的性能强，反之性能弱。系统软件是固定存在于程序中的，无法自行修改或存取。用户程序即应用程序，是用户根据控制系统的要求运用程序语言进行编制的应用，其存放于系统程序指定的存储位置。
4 PLC的编程语言
运用面向顺序和面向过程对程序进行控制的“自然语言”，即为PLC的编程语言，PLC的编程语言有很多，如梯形图、逻辑方程式、语名表或布尔代数式等语言种类。下面对常用的PLC编程语言进行介绍。
PLC的基本指令(如三菱FX2系列为例)如下所示：
4.1 逻辑联取及输出(LD/LDI/OUT)指令
LD/LDI指令用于取常开触点/常闭触点于母线相连。另外，在分支开始处，这些指令与后述的ANB(块与)指令组合使用;OUT指令用于驱动输出继电器，辅助继电器、状态器、定时器及计数器的线圈，但不能用来驱动输入继电器的线圈。对于定时器、计数器的线圈，在输出指令(OUT)后必须设定适当的常数。
4.2 触点串联指令
AND(与)，ANI(非)指令，AND为常开触点串联连接，ANI即常闭触点串联连接，AND与ANI均可用于对触电进行串联连接，同时运算于逻辑。对串联触点并不限制其个数，是可以重复使用的程序指令。
4.3 触点并联指令
OR(或)，ORI(或非)指令，OR常开触点并联连接，ORI常闭触点并联连接，两者可对触点进行并联连接或使用于逻辑运算。对并联触点的设置并不限制其个数，是可以重复使用的程序指令。当两个以上触点的串联电路块进行并联连接时，应使用后述的ORB(块或)指令。
4.4 串联电路块的并联指令(ORB)块
串联电路块是指将两个以上的触点电路进行串联连接，一般情况下，一个串联电路块就是一条线路分支。在对串联电路块实施并联连接的形式时，各分支的始端用LD或LDI指令，在分支的终点用ORB指令。在多重并联电路中，若每个串联电路块的终点分别使用ORB指令，则并联的串联电路块的数量不受限制。ORB指令与后述的ANB指令一样都是无操作元件号的独立指令。
4.5 并联电路块的串联指令
ANB(块与)并联电路块的串联连接两个以上的触点并联接的电路称为并联电路块，通常每一个并联电路块称为一条分支。在进行并联电路块的串联连接时，各分支的始端用LD或LDI指令，并联电路块结束后，使用ANB指令，实现与前面的电路串联。
ANB指令与前述的ORB指令一样，都是无操作元件号的独立指令。若多个并联电路块依次与前一电路串联，则ANB指令的使用数量不受限制。
4.6 主控触点指令
MC(主控)，MCR(主控复位)，MC主控电路块起点，MCR主控电路块终点。
在编程过程中，经常会遇到几个逻辑行同时受一个触点或一组触点的控制，受到一个公共条件的控制，叫做主控，这时就可以使用MC/MCR指令进行编辑。当主控条件满足时，执行MC和MCR之间的指令。执行MC指令后，使母线移至MC主控触点之后，执行MCR指令后，母线又返回到原来的位置上。MC和MCR指令必须配对使用。
4.7 置位和复位指令
SET(置位)，RST(复位)，SET令元件自保持ON，令元件自保持OFF，清除数据寄存器。当执行SET指令时，将对应的操作元件(Y，M，S)置位，并具有自保持功能。当执行RST指令时，将对应的操作元件(Y，M，S)置位，并具有自保功能。使用RST指令还可以数据寄存器D、变址寄存器V和Z清零。
4.8 END(程序结束)指令
END输入输出处理程序回到第“0”步。
5 结语
在使用PLC系统设计时，要求输入点数很多。尤其对于需要进行多个位置、多点控制的热电厂系统，对输入点数要求较为突出。所以，能够有效地减少系统的输入点，有效地降低PLC的成本。在进行PLC控制系统的设计时，要求运用以下的技巧和要点：(1)在设计时，根据软件的控制功能不同进行相应设计，如果是梯形图，则设计方式应采用模块化形式;(2)在使用循环扫描时，应保持指令与指令、模块与模块之间的时序关系不变，使程序在设计功能基础上正常运行;(3)对于自动关门、换速、自动切换时间等需要进行调节的参数项目，使其与程序分离。因此，在需要进行调整参数时，无需将程序进行改动，方便快捷、便于调试，同时能够使软件的可靠性有效提高;(4)对于串联开关、联动开关，比如层门之间的连锁开关、轿顶和轿厢之间，可将其设置为一个输入点;(5)对于具备相同作用的开关信号，如安全触板的开关以及大门开关，可将其采用并联的形式输入PLC内;(6)采用组合式按钮输入法，应用该方法时应使用两个输入点数，把按钮键进行组合，再由程序自动对组合信号进行识别和复原;(7)进行编码的输入：运用二进制编码，在按钮开关中输入识别信号，再自动转接到PLC程序进行复原、识别，可以非常有效地减少PLC输入点数。
参考文献
[1] 朱善君，等.可编程序控制系统原理、应用、维护[M].北京：清华大学出版社，1992.
[2] 王兆义.可编成控制器教程[M].北京：机械工业出版社，2000.
作者简介：王琼(1980-)，男，浙江嵊州人，上虞杭协热电有限公司热控工程师，研究方向：电厂自动化控制系统管理与维护、硬件的日常维护及软件编程。
电梯控制系统设计基于西门子PLC的电梯控制系统
电子式多功能电能表的设计与实现 本文阐述了电子式多功能电能表的设计方法、硬件设计的技术关键和软件设计流程。并以NEC的uPD78F0338单片机为例,实现了一款具有四种费率、六条负荷曲线和两套费率结构的三相四线电子式多功能电能表 电子式多功能电能表主要针对国内市场三相用电的工业用户。随着电力行业改革深入,工业三相用电对多功能电能表的需求大量增加。目前国内多功能表种类少、价格较高、功能不完善,往往仅是针对某些地区的特定要求开发,缺乏通用性,某些产品未能完全达到国标的要求。本文介绍的电子式多功能电能表正是为了适应这种市场需求而设计的。 这是一款智能型高科技电能计量产品,该表可以同时计量正/反向有功电能、正/反向无功电能、四象限无功电能,还具有多费率控制,负荷曲线记录,各相失压、过压、频率超限记录,数据LCD显示等多种功能。主站可以通过RS-485总线或手持红外抄表器对该电表进行查表、设表、抄表等操作。 软件代码全部采用C/C++语言编写,编码效率高,可维护性好,便于实现模块化设计,可根据用户的需求方便地对功能模块进行裁剪。而且代码经过优化,其生成的目标代码大小和执行效率已与汇编代码相差无几。该产品的技术指标全面符合GB/T 17215-1998《1级和2级静止式交流有功电度表》、DL/T614-1997《多功能电能表》和DL/T645—1997《多功能电能表通信规约》的要求。 多功能电能表的总体结构和硬件设计 多功能表总体结构 电子式多功能电能表硬件的核心MCU主控制器,它负责按键输入扫描、工作状态检测,计量数据的读入、计算和存储、电表参数的现场配置以及与外界的通信控制等。其主要功能单元包括MCU主控制器单元、电量计量模块、红外和RS—485通信模块、校表模块、EEPROM存储阵列等;其他辅助模块主要有:时钟日历电路、工作异常报警电路、按键输入电路、复位和看门狗电路、开关电源模块和后备电池电路、大屏幕液晶显示模块和LED显示模块。多功能表总体结构框图如图1所示。 高性能主控制器单元 主控制器采用NEC公司8位单片机中的高档产品uPD78P0338。该款单片机为120脚QFP封装,单片集成有60KBFlash、一个异步通信串行口、40x4段LCD驱动器、高达10MHz的总线时钟和10路10位精度的ADC,并可通过简单的接口进行在系统编程,极大地方便在线调试和软件升级。并且支持高级语言,较好地满足了多功能表任务繁多、数据量庞大、算法较复杂的功能要求。 串口复用通信单元 通信电路模块主要包括TSOPl838红外接收头、红外发射二极管、载波电路、MAX487专用485收发电路、驱动/开关二极管和其他元件。 本电能表为便于用户抄表,设计有红外本地抄表和RS-485集中抄表两种串行抄表方式,因为uPD78F0338仅有一个串口,故通信电路设计时采用串口复用技术。由9012、9014和若干电阻等器件组成互补开关,由MCU的一个I/O口来控制红外和RS-485通信方式的切换,如图2所示。 高精度电量计量模块 计量模块由高精度专用电能计量芯片SA9904,电流互感器和其他外围电路元件组成。SA9904是Sames公司生产的一款三相双向功率/电能计量芯片,可以计量有功/无功功率、电压、频率、相序异常等,可以单独计量每一相的用电信息,符合IEC521/1036标准,可达到1级交流电能表的精度要求,各数据寄存器具有24位精度,可通过三线SPI接口与CPU交换数据。从而可以较好地适应多功能表需要计量多种电量数据的要求。SA9904引脚及其外围电路图如图3所示。 其中,CLK、DO、DI构成与MCU控制器的接口,用于传输控制命令和测得的电量数据,IIps、IIPt、IIPr用来对电流取样,IVPl、IVP2、IVP3用来对电压取样。 时钟日历模块 时钟电路采用EPSON生产的RTC-4553实时时钟芯片。内部集成了32.768kHz的石英晶体振荡器,简化外围电路,并可以根据需要进行自由设置以得到较高的频率;同时集成有时钟和日历计数器,可选择24或12小时显示模式,时钟可通过软件方式进行间隔30秒的调整,并提供0.1Hz或1024Hz的定时脉冲输出,以便于在电能表的外部对时钟精度进行定期检查。RTC-4553引脚及其外围电路图如图4所示。其中,SCK、Sin、Sout与主处理器接口,用于发送控制指令或者传输日期时间数据,本系统日历时钟模块采用电池作后备电源,以确保在停电状态下,日期时间的准确无误。 多功能电能表的软件设计 数据结构设计 多功能电能表涉及的数据类型种类繁多。按字节分包括单字节、双字节、三字节、四字节和六字节等,按表征的意义分有时间、时刻、电压、电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、次数、功率因数、门限、状态字、系数、表号等。复杂的数据类型对数据结构的设计提出了较高的要求,本实现方案通过采用多种数据寻址方式和多种类型存储器较好地解决了这一问题。 数据结构设计要点 系统的数据存放方式有:内部ROM、RAM和外挂EEPROM。 内部ROM用来存放大量的常数表格,RAM用于存放临时变量和堆栈,本方案需要2.5KB左右的RAM,串行EEPROM则存储各种用户电量数据和设表参数,通过12C总线与CPU交换数据,电能表按设计需求的最大要求大约需要250KB的EEPROM,本方案采用8片256位EEPROM通过级联来实现。 数据寻址方式 EEPROM数据访问采用两种方式;直接地址访问,通过数据的EEPROM地址直接读写数据;数据ID寻址,通过数据的编码读写数据。 通信口复用功能设计 红外通信和RS-485共用一个串行口(RxD/TxD)通信,由于串行口通信开始都有一低电平位(0),因此将红外接收端(与485接收端用一三极管隔开)引到一中断引脚INTP1,通过其引发的中断可判断串行口数据是否来自红外。发送时按时应方式发送,使其不互相干扰。由于红外通信和遥控接收用同一接收管,因此在判断红外来源的中断中启动定时器INTTM4检测红外接收端,如果检测到脉冲宽度为9ms或0.56ms,则判断为红外遥控,并根据定时检测遥控编码;否则判断为红外产生的串行口接收中断,并将定时检测关闭。 红外38.4kHz调制信号由CPU内部分频输出(P05/PCL)。f=fx/27=4.9152/128=38.4kHz。 因红外发送字节之间可选有15～20ms的延时,而485通信则不需要延时。数据发送在发送中断中进行,红外通信在发送操作后立即关闭发送中断允许,待延时时间到后再允许发送中断。 多功能表程序流程图 多功能表主程序流程主要包括初始化、数据校验、负荷曲线修补和事务处理等,其流程图如图5所示。 日常事务处理流程集中体现了多功能表的大部分主要功能,包括费率处理、计量数据采集及处理、自动抄表、电能脉冲输出、校表模块和掉电检测及处理模块等,其流程图如图6所示。
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