自動控制入門  
     
     
  自動控制介紹  
     
    為什麼要自動控制    
             
      自動控制是希望能經由程式的處理和計算,以進行動作的控制。例如電梯需要偵測是否到達固定的位置、是否有人正在經過來確保電梯的安全、冷氣機需要偵測溫度後來控制冷氣的強弱、汽車需要偵測到油門、煞車等各項動作後,經過程式的計算來控制汽車行駛的動作,而飛機更需要經過程式的高速處理來控制飛行的動作。      
             
    甚麼是自動控制    
             
      自動控制是指在接收到各種偵測信號的輸入後,能以程式來進行計算和判斷,處理需要的控制動作,再轉換成為適當的輸出信號去控制各式各樣的電機,以達成自動控制希望達成的目的。      
             
           
     

 

     
    自動控制的基本架構    
             
      能夠讓程式進行運作的硬體,這樣的硬體通常被稱為CPU,在CPU的外圍再加上一些輸入輸出信號的處理硬體,稱之為MPU或是MCU。子動控制通常是以MPU/MC為程式運算核心,再加上各種輸入輸出單元,搭配適合處理各種電子信號的電子電路所組成。      
             
           
     

 

     
  電的介紹  
             
    電是什麼    
             
      電是靜止或移動的電荷所產生的物理現象。      
      物質是由叫做"原子"和"分子"的小顆粒組合而成的,而將原子和原子結合在一起的,是一種叫做"電子"的更小的東西。      
             
           
             
      如圖所示,在原子的周圍,有一些電子不停地環繞著,就像環繞地球旋轉的月亮一樣,一旦原子與原子排列起來形成分子,電子就會像在花叢中飛舞的蜜蜂一樣運動起來。      
             
    電到底是什麼?    
             
      在電子中,有些只在分子周圍不停地旋轉,有些則可以自由飛舞。如圖所示,在水等物質中,因為有很多分子,所以並不是全都合而為一的。因此,水會根據容器的形狀來改變自己的外形。而在金屬中,由於分子全部都更堅固地結合在一起,因此質地堅硬。而電子可以在其中自由地飛舞,這就叫做"自由電子"。這種自由電子,通常會朝各個方向運動,一旦它能朝確定的方向流動,便構成了電。如果有人問你"電是什麼東西呢?",你可以回 答"電是在金屬線中遊蕩的電子這種小粒子的流動"。      
             
           
     
在一群原子中移動的電子
     
             
      自然界中也會產生這種流動。比如冬天或乾燥氣候時想要開門,會發出劈裏啪啦的聲音嚇人一跳。這叫"靜電",也是屬於電的一種 。不過,這只是在物體局部上發生的極短時間的現象,所以很難用來讓電燈發光。      
      我們通常使用的電,不是靜電,而是運動的電。也就是說,如果不是按固定的方向、以接近穩定的強度流動的電,都無法使用。而發電就是要能夠產生出這種運動的電來。      
     

 

     
           
     
許多電子在依導體內移動 形成電流
     
             
           
     
電燈泡電路
     
             
    電的單位    
             
      電壓      
      電荷上攜帶的能量,單位為伏特(V)。      
      電流      
      是指單位時間內通過導線某一截面的電荷,每秒通過1庫侖的電荷量稱為1安培(A)。      
     

 

     
  二進位數位邏輯介紹  
             
    最早的二進位系統-電報機    
             
           
             
    摩斯密碼    
             
      摩斯密碼是世界上最重要的密碼技術之一,1843年美國發明者山繆摩斯建立了這一套摩斯密碼的系統。摩斯密碼是由"."(短音)與"-"(長音)所組成 的,它是在電話尚未被發明之前,用於長距離的電報電訊技術。因為摩斯密碼的簡易使用,人們在戰爭時期或是突發狀況中會使用到它,而摩斯密碼的傳訊可以有許 多的變化,它可以利用聲音或是閃光燈的長短來分別表示"."與"-"。摩斯密碼表如下圖所示。      
             
           
             
    基本邏輯構成的要素-位元(Bit)    
             
      數位信號是由0(高電位)與1(高電位)表式的信號方式,基本單位為位元。每個位元表示一個0或1的信號。      
             
           
             
           
     
示波器顯示的數位信號
     
             
    由8個位元組成二進位數位資料-Byte    
             
           
             
    數位系統    
             
           
     

 

     
  數位計算機系統介紹  
     

 

     
           
     

 

     
  基本控制方式介紹  
             
    數位控制(DI/DO控制(Digital Input/Digital Output))    
      一個位元(Bit)的控制,用來接收/控制 開/關的動作。      
             
           
             
           
     

 

     
    類比控制(AD/DA控制(Analog Input/ Analog Output))    
             
      類比信號的接收或控制      
             
           
             
           
     

 

     
    脈衝寬度調變控制(PWM(Pulse Width Modulation)控制)    
             
      利用數位信號的時間差的控制,大多使用於控制伺服轉向機控制轉動角度等控制。      
             
           
     

 

     
           
     

 

     
    脈衝控制(Pulse控制)    
             
      利用傳送的數位信號數量的接收/控制,大多應用於需要使馬達到達精密位置的控制。      
     

 

     
           
             
    通訊控制    
             
      利用一組特殊的碼來接收/控制。      
             
           
     
PC-PC乙太網路通訊
     
             
           
     
單晶片RS232通訊
     
             
           
     
PC-單晶片RS232通訊
     
             
    經常使用的通訊:    
      1.Ethernet乙太網路      
      2.PCI Bus並列通訊      
      3.SCSI傳列通訊      
      4.RS232串列通訊      
      5.RS485串列通訊      
      6.USB串列通訊      
      7.I2C串列通訊      
      8.SPI串列通訊      
             
  自動控制系統介紹  
             
    常用的自動控制方式    
             
      電腦控制(PC控制架構)      
      單晶片控制(MPU/MCU控制架構)      
      可程式化邏輯控制器(PLC控制架構)      
             
    PC控制架構    
             
      PC具有強大的運算能力,同時具備有最豐富的各種開發的資源及工具,因此PC常被使用來進行需要龐大資料計算能力,或是需要整合多種功能,如高精密的定位控制、資料庫、複雜的使用者操作介面、使用機器視覺等的自動控制。      
             
      下面是一個常用的PC自動控制架構:      
             
           
             
     

     
     
觸控螢幕線性測試機
     
             
           
     
程式執行畫面
     
             
   

   
     
使用Borland C++ Builder製作執行程式畫面
     
             
       
     
使用Borland C++ Builder製作執行程式
     
             
    MPU/MCU控制架構    
             
      MPU(Micro Processor Unit)/MCU(Micro Controller Unit)一般被稱為微處理器、微控制器或是單晶片,是被設計專門用來進行各種自動控制使用的,由於其非常低廉的成本,經常被製作成為專門針對特定應用的功能控制,例如家電用品、玩具等的控制,如冷氣機、洗衣機、遙控飛機、遙控車等,也常被應用在在嚴苛環境中使用的設備,如太空船、飛機、船舶、軍事武器系統等。      
      以MPU製作的各種控制器充滿在現今人類的生活當中,是最普遍被使用的自動控制方式。      
             
      以下是CEVT公司出品的MPU控制系統:      
             
           
     

 

 

     
       
   
使用MPU控制器的設備 (自動平面印刷鋼板蝕刻機) 內部機電安裝
   
               
   
   
    使用MPU控制器的設備 (電解機) FujiFilm蝕刻藥水控制機 內部機電安裝    
         
           
   
使用MicroChip Pic單晶片製作程式
   
             
    PLC控制架構    
             
    PLC(Programmable Logic Controller)通常被稱為可程式邏輯控制器或是可程式控制器,是專門被設計來在工業上方便設計及使用的自動控制器,PLC通常被設計為各種應用模組,可以根據需要選擇各種功能模組來組成需要的自動控制系統。    
    PLC通常使用階梯圖的方式編寫控制程式,設計者只需要經過簡單的訓練就可以開始設計需要的控制功能,是工業界應用最為廣泛的自動控制系統。    
             
      以下是三菱的Q系列PLC的架構:      
             
           
     

 

     
       
     
三菱Q系列PLC
三菱Q系列PLC
     
               
       
     
階段圖設計畫面
階梯圖監試偵錯畫面
     
               
   
   
     
PLC的人機介面
     
             
           
     
使用PLC的配電盤
     
             
           
     
使用PLC的配電盤
     
             
             
             
             
     
     
     
     
     
     
     
   

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