6ES7223-1BM22-0XA8供应现货
1 引言
随着半导体技术的发展，可编程逻辑器件在结构、工艺、集成度、功能、速度和灵活性等方面有了很大的改进和提高，从而为高效率、高质量、灵活地设计数字系统提供了可靠性。CPLD或FPGA技术的出现，为DSP系统的设计又提供了一种崭新的方法。利用CPLD或FPGA设计的DSP系统具有良好的灵活性和极强的实时性。其价格又可以被大众接受。由于乘法器在数字信号处理系统中具有广泛的应用，本文以乘法器的处理系统中具有广泛的应用，本文以乘法器的设计为例，来说明采用可编程逻辑器件设计数字系统的方法。如果想使系统具有较快的工作速度，可以采用组合逻辑电路构成的乘法器，这样的乘法器需占用大量的硬件资源，很难实现宽位乘法器功能。本文这种用于序逻辑电路构成的乘法器，既节省了芯片资源，又能满足工作速度及原理的要求，具有一定的实用价值。
2 系统构成
该乘法器通过逐项移位相加来实现乘法功能。它从被乘数的低开始，若为1，则乘数左移后再与上一次的和相加；若为0，左移后与0相加，直到移到被乘数的高位。图1是该乘法器的系统组成框图。该控制模块的STAR输入有两个功能：
个功能是将16位移位寄存器清零和被乘数A[7…0]向8位移位寄存器加载；第二个功能为输入乘法使能信号。乘法时钟信号从CLK输入，当被乘数加载于8位移位寄存器后，它由低位到高位逐位移出，当QB=1时，选通模块打开，8位乘数B[8…0]被送入加法器，并与上一次锁存在16位锁存器中的高8位相加，其和在下一个时钟上升沿被锁存到锁存器内；当QB=0时，选通模块输出为全0。如此循环8个时钟脉冲后，由控制模块控制的乘法运算过程自动中止。该乘法器的核心元件是8位加法器，其运算速度取决于时钟频率。
3 加法器的实现
加法器的设计需要考虑资源利用率和进位速度这两个相互矛盾的问题，通常取两个问题的折衷。多位加法器的构成有并行进位和串行进位两方式，前者运算速度快，但需占用较多的硬件资源，随着位数的增加，相同位数的并行加法器和串行加法器的硬件资源占用差距快速增大。实践证明，4位二进制并行加法器和串行加法器占用的资源几乎相同，由4位二进制并行加法器级联来构成多位加法器是较好的折衷选择。以下为由两个4位二进制并行加法器级联构成8位二进制加法器的 VHDL程序：
LIBRARY IEEE；
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；
ENTITY ADDER8B IS
PORT （CIN：IN STD_LOGIC；
A ：IN STD_LOGIC_VECTOR（7 DOWNTO 0）；
B ：IN STD_LOGIC_VECTOR（7 DOWNTO 0）；
S ：OUT STD_LOGIC_VECTOR（7 DOWNTO 0）；
OUT ：OUT STD_LOGIC）;
END ADDER8B;
ARCHITECTURE struc OF ADDER8B IS
COMPONENT ADDER4B
PORT （CIN4: IN STD_LOGIC;
A4 : IN STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）;
B4 ：IN STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）;
S4 : OUT ST_D_LOGIC_VECTOR（3 DOWN-TO 0）;
COUT4 : OUT STD_LOGIC）;
END COMPONENT;
SIGNAL CARRY_OUT : STD_LOGIC;
BEGIN
U1:ADDER4B
PORT MAP（CIN4=>CIN,A4=>A（3 DOWNTO 0）,B4=>B（3 DOWNTO 0）,S4=>S（3 DOWNTO 0）,COUT4=>CARRY_OUT）;
U2 ：ADDER4B
PORT MAP（CIN4=>CARRY_OUT,A4=>A（7 DOWNTO 4）,B4=>B（7 DOWNTO 4）,S4=>S（7 DOWNTO 4）,COUT4=>COUT）;
END struc;
在上面的VHDL描述中，ADDER4B是一个4位二进制加法器，其VHDL描述是：
LIBRARY IEEE；
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；
ENTITY ADDER4B IS
PORT （CIN4 ：IN STD_LOGIC；
A4 ：IN STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）；
B4：IN STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）；
S4：OUT STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）；
COUT4：OUT STD_LOGIC；
EAND ADDER4B；
ARCHITEC_TURE behav OF ADDER4B IS
SIGNAL SINT ：STD_LOGIC_VECTOR（4 DOWNTO 0）；
SIGNAL AA，BB：STD_LOGIC_VECTOR（4 DOWNTO 0）；
BEGIN
AA<=‘0’&A4；
BB<=‘0’&B4;
SINT<=AA+BB+CIN4;
S4<=SINT（3 DOWNTO 0）;
COUT4<=SINT（4）;
END behav；
4 结束语
本文采用基于EDA技术的自上而下的系统设计方法，其设计流程如图2所示。该乘
法器的大优点是节省芯片资源，其运算速度取决于输入的时钟频率。如若时钟频率为100MHz，则每个运算周期仅需80ns，具有一定的实用价值。
1变频器的调速特性
变频调速在控制性能、节能、可靠性方面具有突出的优点，近年来由于技术的发展及价格的降低，使其在起重机这一特殊的领域也得到了成功的应用。由于可编程控制器技术的融入，使其调速控制性能更加优越。
2号装卸桥的负载是恒转矩负载，起、制动频繁，抓斗机构的负载特性在Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ象限，小车机构的负载特性在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限。经过比较，采用ABB公司生产的ACS600系列变频器。ACS600系列变频器是采用直接转矩(DTC)控制的变频器。它与矢量型变频器比较具有以下特点：
(1)从零速开始，不使用电机轴上的脉冲编码器反馈就可以实现电机速度和转矩的jingque控制，静态速度控制精度可以达到0．1%～0．5%，它可以满足绝大多数工业控制应用场合，简化控制系统。
(2)开环转矩阶跃上升时间小于5ms，而矢量型变频器开环转矩阶跃上升时间却大于100 ms，ACS600变频器的优点是明显的。
(3)变频器内部建有自适应电机模型，通过电机的初始化使每台电机的静态和动态参数都被储存在变频器的CPU中，从而实现对电机的jingque控制。
(4)具有极好的起动转矩输出性能，大起动转矩可以达到300%的额定转矩。
(5)带有满足各种不同控制需要的软件，它使得用户的使用和维护更加方便，系统更加安全可靠。
2控制系统的改造
2.1变频调速控制系统的构成
小车机构有两台电动机，设置两台变频器分别驱动，由一套PLC可编程控制器进行管理；抓斗机构设有两台变频器分别驱动升降电机和开闭电机，由另一套PLC可编程控制器进行管理。小车和抓斗机构均配有电阻箱对电机实现制动。因大车机构起制动不频繁，工况较好，这次不列入技术改造范围内，只是将主令控制器信号进入PLC管理，目的是为了避免大车电机的反接制动。
主令控制器的信号送入PLC，由PLC进行编码处理，处理后产生正／反各三档速度信号指令给变频器，这时变频器运行在给定的速度上；当主令控制器发出停止信号后，变频器立刻进入制动状态，这时制动电阻箱开始工作，电机在设定的时间内停车。PLC还对机构限位、机械抱闸及故障信号进行处理，当系统发生故障时，可以发出声光报警信号。控制系统的构成见图1。
2.2变频器参数设定
2.2.1变频器初始化
安装工作结束后，要进行常规的检查，如机械抱闸、电气控制回路等；将电机输出联轴器脱开，让电机处于空载状态。做好以上准备工作后给控制设备通电，用变频器控制面板设定电机的基本参数，进入电机初始化，这时电机处于变速运行状态，整个初始化过程大概需要3～5min。初始化完毕，装复电机联轴器。
2.2.2小车机构变频器参数设定
小车机构的两台电机分别由两台变频器来驱动，主要是调整两台变频器速度间的同步问题。由于没有安装测速编码器，速度误差的累计会引起两台电机的不同步。可利用变频器的速度微调装置来消除两台电机的速度误差。经现场调试后，效果令人满意。
小车机构变频器设置正／反各三档速度，采用顺序控制（速度控制）和积分停车，速度为零后启动机械抱闸。
2.2.3抓斗机构变频器参数设定
抓斗机构电机由两台变频器分别驱动升降电机和开闭电机，采用力矩跟随原则来解决两台电机间的力矩平衡问题。具体做法是：开闭机构采用顺序控制（速度控制），而升降机构则采用力矩控制，升降机构的力矩始终跟随开闭机构，以达到力矩平衡。在开闭机构为空载或轻载时，升降机构力矩不作跟随，这时候，升降机构也改为了速度控制，这个速度／力矩控制切换信号是PLC进行两电机力矩比较后发出的。
抓斗机构变频器上升设置三档速度，下降设置两档速度。开闭机构变频器采用顺序控制（速度控制）。升降机构变频器采用速度／力矩控制进行控制。抓斗机构变频器采用积分停车，速度为零后启动机械抱闸。
2.3PLC软件调试
本系统采用西门子S7－200系列微型可编程控制器，S7－200可编程序控制器有两种编程方法，即语句表和梯形图。梯形图比较直观，编程、调试都很方便，但编程器价格高；用语句表编程速度慢，调试起来也较麻烦，但其编程器价格低。
PLC程序运行是从起始地址0000开始到后一条地址（即END指令），做反复式巡回扫描，严格按梯形逻辑图逻辑行顺序和逻辑行逻辑元素的排列自上而下，从左到右逐字逐句处理程序。这样，继电器控制系统很难解决的结点竞争现象在这里就不会产生，从而保证了控制系统的可靠性。
力矩信号的检测是用传送语句MOVW及比较语句LDW≥来实现的。当开闭机构力矩大于设定值时，PLC输出力矩跟随信号，升降机构作力矩跟随，使开闭机构和升降机构的力矩迅速得到平衡。当开闭机构力矩小于等于设定值时，PLC的力矩跟随信号消失，这时升降机构与开闭机构一样也按速度宏进行控制。这个力矩设定值应设为＞1／2变频器额定转矩，否则容易引起两台电机速度环的振荡。
2.4原有YZR电机的改造
为了利用原有的电机，现将电机的转子回路短接后继续使用。考虑到电机为反复短时工作制，多数情况为起动、短时额定参数运行、制动，低速档通常只是一种很短暂的过渡状态，风扇的散热能力与改造前相当，而发热量则由于起动电流的控制而少于改造前，不再加装独立冷却风扇。
3改造后的效果
半山发电有限公司2号装卸桥技改项目，小车和抓斗机构分别于2001年2～6月改造完毕先后投入运行，运行情况良好，至今没发生过故障。
(1)硬件线路得到简化，主回路的接触器全部取消，提高了系统的可靠性。
(2)变频器所具有的短路、欠压、过压、过流、缺相及电机过热等保护，有效地保护了电机的安全。
(3)由于使用了变频器的软启动、匀加减速及防电机反接功能，大大减少了对设备和机械结构的冲击，延长了设备、构件的使用寿命。
(4)变频器的直接转矩(DTC)控制保证了抓斗机构不发生溜钩现象。
(5)变频器的超速保护特性保证抓斗机构不会发生超速运行状态。
(6)变频器的力矩跟随功能使得开闭机构、升降机构钢丝绳的受力始终均匀，延长了钢丝绳的使用寿命。
(7)由于变频器内部建有自适应电机模型，从而实现了电机的jingque控制，使得两台小车电机的运行保持高度同步。
(8)取消了原来用于调速的转子电阻，减少了系统的能耗。
(9)大大地减少了设备的维护工作量。
一、引言
随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。有人将其称为现代工业控制的三大支柱（即PLC，机器人，CAD/CAM）之一。目前可编程序控制器（ProgrammableController）简称PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具。
二、PLC的基本结构
PLC采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入/输出接口电路等。如果把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的信号均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其它各种运算、处理后送到输出端子，它们是PLC的输出变量，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。
三、控制方法及研究
1、FP1的特殊功能简介
(1) 脉冲输出
FP1的输出端Y7可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调节，其输出频率范围为360Hz～5kHz。
(2) 高速计数器（HSC）
FP1内部有高速计数器，可输入两路脉冲，高计数频率为10kHz，计数范围-8388608～+8388607。
(3) 输入延时滤波
FP1的输入端采用输入延时滤波，可防止因开关机械抖动带来的不可靠性，其延时时间可根据需要进行调节，调节范围为1ms～128ms。
(4) 中断功能
FP1的中断有两种类型，一种是外部硬中断，一种是内部定时中断。
2、步进电机的速度控制
FP1有一条SPD0指令，该指令配合HSC和Y7的脉冲输出功能可实现速度及位置控制。速度控制梯形图见图1，控制方式参数见图2，脉冲输出频率设定曲线见图3。
3、控制系统的程序运行
图4是控制系统的原理接线图，图4中Y7输出的脉冲作为步进电机的时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，控制步进电机运转。Y7接至PLC的输入接点X0，并经X0送至PLC内部的HSC。HSC计数Y7的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使Y7的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较准确的位置控制。实现这一控制的梯形图见图5。
控制系统的运行程序：句是将DT9044和DT9045清零，即为HSC进行计数做准备;第二句～第五句是建立参数表，参数存放在以DT20为首地址的数据寄存器区;后一句是启动SPD0指令，执行到这句则从DT20开始取出设定的参数并完成相应的控制要求。
由句可知个参数是K0，是PULSE方式的特征值，由此规定了输出方式。第二个参数是K70，对应脉冲频率为500Hz，于是Y7发出频率为500Hz的脉冲。第三个参数是K1000，即按此频率发1000个脉冲后则切换到下一个频率。而下一个频率即后一个参数是K0，当执行到这一步时脉冲停止，于是电机停转。故当运行此程序时即可使步进电机按照规定的速度、预定的转数驱动控制对象，使之达到预定位置后自动停止。
三、结束语
利用可编程序控制器可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便可靠地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作。它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体化的实现。