時間：2023-02-28 15:37:22
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇控制器設(shè)計論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
關(guān)鍵詞：PCI總線接口控制器S5933甚高速紅外控制器HHH（1,13）編解碼
PCI（PeripheralComponentInterconnect）局部總線[1]是一種高性能、32位或64位地址數(shù)據(jù)多路復(fù)用的同步總線。它的用途是在高度集成的外設(shè)控制器件、擴展卡和處理器/存儲器系統(tǒng)之間提供一種內(nèi)部的連接機構(gòu)，它規(guī)定了互連機構(gòu)的協(xié)議、機械以及設(shè)備配置空間。PCI局部總線因具有極小延遲時間、支持線性突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、兼容性能以及系統(tǒng)能進行全自動配置等特點受到業(yè)界青睞。PCI總線規(guī)范2.1版本還定義了由32位數(shù)據(jù)總線擴充為64位總線的方法，使總線寬度擴展，并對32位和64位PCI局部總線外設(shè)做到向前和向后兼容。
目前微機之間的紅外通信是基于IRDA-1.1標準的紅外無線串行SIR通信，參考文獻[2]給出了基于ISA總線的紅外無線串行通信卡的設(shè)計及實現(xiàn)，該通信卡的數(shù)據(jù)速率為9.6kbps～115.2kbps，工作距離0～3m。但由于RS-232端口的最高數(shù)據(jù)速率上限為115.2kbps，不能滿足IRDA-1.4規(guī)范甚高速紅外VFIR16Mbps速率要求，所以使用了PCI同步總線擴展外設(shè)的方法設(shè)計甚高速紅外控制器。雖然ISA總線的傳輸速率能滿足甚高速紅外控制器設(shè)計要求，但目前許多微機系統(tǒng)已經(jīng)逐漸淘汰ISA/EISA標準總線。原因是高速微處理器和低速ISA總線之間不同步，造成擴展外設(shè)只能通過一個慢速且狹窄的瓶頸發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，使CPU高性能受到嚴重影響。
1HHH（1,13）編解碼
2001年5月，紅外無線數(shù)據(jù)協(xié)會IRDA了紅外串行物理層規(guī)范IRDA-1.4[4]；它與前期的物理層規(guī)范的主要區(qū)別在于增加甚高速紅外VFIR16Mbps數(shù)據(jù)速率的編解碼技術(shù)和幀結(jié)構(gòu)，而其它如視角范圍、發(fā)射器最小（大）光功率和接收器靈敏度等規(guī)范基于相同。紅外串行物理層規(guī)范IRDA-1.4規(guī)定數(shù)據(jù)速率小于4Mbps采用RZI（歸零反轉(zhuǎn)）調(diào)制，最大脈沖寬度是位周期的3/16或1/4；數(shù)據(jù)速率4Mbps采用4PPM（脈沖位置調(diào)制）；數(shù)據(jù)速率16Mbps采用HHH（1,13）碼。
IRDA提出的VFIR編解碼技術(shù)-HHH（1,13）碼是碼率為2/3，（d,k）=(1,13)的RLL（run-length-limited）碼；它是一種功率消耗和頻帶利用率相對折中的高效編碼，其中參數(shù)d、k分別表示在兩個''''1''''之間最小和最大的''''0''''的數(shù)目，參數(shù)d決定接收信號中有無碼間干擾ISI，參數(shù)k決定接收器能否從接收序列中恢復(fù)時鐘。HHH(1,13)碼的帶寬效率使數(shù)據(jù)通信能夠選擇成本很低、上升/下降時間為19ns的LED。功率效率避免了LED的熱問題，它能保證1m距離范圍內(nèi)保持鏈接。1m距離16Mbps鏈路可達到過去4Mbps鏈路的驅(qū)動電流和功耗。HHH（1,13）碼和4PPM碼（用于4Mbps）的顯著區(qū)別是HHH(1,13)碼決不允許一個紅外脈沖緊跟前一個紅外脈沖，脈沖之間應(yīng)該保持一個chip時間差。由于光電管工作區(qū)域內(nèi)有少量載流子的慢輻射，使LED或光電二極光表現(xiàn)出拖尾效應(yīng)，HHH（1,13）碼能夠兼容拖尾效應(yīng)，從而允許在chip時間周期內(nèi)脈沖的擴展。
雖然HHH（1,13）碼的設(shè)計過程比較復(fù)雜，但IRDA-1.4標準已經(jīng)詳細給出了編譯碼邏輯方程和電路，所以實現(xiàn)起來比較容易。筆者使用AlteraMAX+plusII進行邏輯功能仿真，并用GW48EDA實驗系統(tǒng)進行硬件偽真，驗證HHH（1,13）碼編譯碼電路設(shè)計的正確性。
2甚高速紅外VFIR控制器的硬件設(shè)計
由于PCI總線規(guī)定了嚴格的電氣特性，開發(fā)PCI總線的應(yīng)用具有很大難度，因此使用AMCC（AppliedMicroCorporation）公司推出的PCI接口控制器S5933實現(xiàn)紅外控制器PCI總線接口規(guī)范[5]。甚高速紅外VFIR控制器原理框圖如圖1所示。選用Altera公司的FLEX10K系列現(xiàn)場可編程門陣列器件實現(xiàn)S5933與紅外TX/RXFIFO、寄存器的傳輸控制和邏輯時序以及紅外接口控制邏輯和紅外收發(fā)器接口功能模塊（CRC校驗、編解碼以及串/并轉(zhuǎn)換）。甚高速紅外VFIR控制器工作原理如下：首先由AMCCS5933外部非易失性串行EEPROMAT24C02下載PCI配置空間，然后主機通過直通（PassThru）寄存器數(shù)據(jù)訪問方式向紅外接口控制寄存器寫控制命令[3]。紅外接口控制邏輯根據(jù)控制命令發(fā)出控制信號，使整個紅外控制器處于準備狀態(tài)。當上層協(xié)議發(fā)出數(shù)據(jù)發(fā)送事件時，紅外接口控制邏輯發(fā)出消息，通知主機啟動S5933總線主控讀操作，把上層數(shù)據(jù)寫到外部紅外TXFIFO數(shù)據(jù)緩沖器；同時紅外接口控制邏輯根據(jù)TXFIFO狀態(tài)把TXFIFO的數(shù)據(jù)發(fā)送到紅外收發(fā)器接口，進行鎖存、并/串轉(zhuǎn)換、CRC校驗和編碼，最后通過VFIR收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)。同理VFIR收發(fā)器接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過譯碼、CRC校驗、串/并轉(zhuǎn)換和鎖存，寫入RXFIFO數(shù)據(jù)緩沖器。紅外接口控制邏輯觸發(fā)上層協(xié)議發(fā)出數(shù)據(jù)接收事件接收數(shù)據(jù)，主機啟動S5933總線主控寫操作向上層協(xié)議遞交數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸完成上層協(xié)議發(fā)回消息，通知數(shù)據(jù)接收完成。下面重點分析S5933與紅外TX/RXFIFO、紅外寄存器組訪問控制邏輯以及紅外接口控制邏輯和紅外接發(fā)器接口功能。
2.1紅外TX/RXFIFO與紅外控制寄存器組控制邏輯
AMCCS5933支持3個物理總線接口：PCI總線接口、擴充總線接口和非易失性EEPROM總線接口。非易失性EEPROM用于映射PCI的配置空間及設(shè)備BIOS的初始化；擴充總線可以與外設(shè)設(shè)備互連。主機和外設(shè)之間可以利用S5933的郵箱寄存器、FIFO寄存器、直通寄存器（Pass-Thru）數(shù)據(jù)傳輸方式雙向傳輸數(shù)據(jù)。
紅外寄存器組包括紅外接口控制寄存器和狀態(tài)寄存器。本文中甚高速紅外控制利用S5933直通寄存器單周期數(shù)據(jù)傳送向紅外接口控制寄存器寫控制字，由Pass-Thru邏輯控制電路把地址和數(shù)據(jù)分離開，直通地址寄存器（APTA）經(jīng)374鎖存并譯碼，選通紅外接口控制寄存器，同時把直通數(shù)據(jù)寄存器（PTDA）的低字寫入紅外控制器；該接口控制寄存器的數(shù)據(jù)寬度為16位，包括紅外控制器始能、工作模式（UART、SIR、MIR、FIR、VFIR）的設(shè)置，接收或發(fā)送數(shù)據(jù)的選擇以及滿足SIR模式下多波特率的分頻數(shù)。紅外接口控制寄存器結(jié)構(gòu)定義如圖2。
同理使用直通寄存器方式獲取紅外接口狀態(tài)寄存器的狀態(tài)。紅外接口狀態(tài)寄存器結(jié)構(gòu)定義如圖3。
為滿足高速數(shù)據(jù)傳輸，利用S5933FIFO寄存器總線主控方式下的同步猝發(fā)（Burst）操作（DMA傳送）完成主機與紅外TX/RXFIFO的數(shù)據(jù)傳輸。PCI接口首先初始化S5933作為總線主控設(shè)備，然后由PCI接口向主控讀/寫地址寄存器（MRAR/MWAR）寫入要訪問的PCI存儲空間地址，向主控讀/寫計數(shù)器（MRTC/MWTC）寫入要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。S5933提供了4個專用引腳RDFIFO#、WRFIFO#、RDEMPY#和WREULL#控制內(nèi)部FIFO與外部FIFO的數(shù)據(jù)傳輸接口邏輯。接收/發(fā)送FIFO的數(shù)據(jù)寬度都是32位，分別由4片8位數(shù)據(jù)總線的IDT72220FFO數(shù)據(jù)位擴展實現(xiàn)。該FIFO既為PCI接口提供數(shù)據(jù)緩沖，又為紅外收發(fā)器接口提供訪問數(shù)據(jù)。S5933與紅外TX/RXFIFO、紅外寄存器組的數(shù)據(jù)訪問控制邏輯如圖4。
2.2紅外接口控制邏輯
根據(jù)紅外接口控制寄存器控制字，紅外接口控制邏輯實現(xiàn)外部RX/TXFIFO與紅外收發(fā)器接口之間的數(shù)據(jù)傳輸和邏輯時序。它的工作原理如下：根據(jù)控制字，首先啟動紅外收發(fā)器接口CRC校驗、編解碼器和可編程時鐘（RX/TXFIFO讀/寫時鐘RCLK、WCLK和編解碼時鐘fclock），然后根據(jù)控制字的TX/RX位決定是接收還是發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)時，TXFIFO緩沖器不為空，TXFIFO的EF信號就觸發(fā)紅外接口控制邏輯發(fā)TXFIFO讀操作信號ENR#，讀取TXFIFO的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)寬度32位）傳給紅外收發(fā)器接口進行CRC校驗、編碼以及并/串轉(zhuǎn)換。同理當甚高速紅外控制器接收數(shù)據(jù)時，紅外收發(fā)器接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過譯碼、串/并轉(zhuǎn)換（數(shù)據(jù)寬度32位），然后觸發(fā)紅外接口控制邏輯發(fā)出紅外接收FIFO的寫操作信號ENW#，把接收數(shù)據(jù)寫入紅外接收FIFO。當RXFIFO寫滿后，觸發(fā)控制邏輯發(fā)出S5933FIFO寫信號WRFIFO#，上層協(xié)議啟動PCI接口初始化S5933為同步主控寫操作實現(xiàn)紅外接收FIFO到主機內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳畀。另外紅外接口邏輯還實現(xiàn)紅外接口狀態(tài)寄存器狀態(tài)的配置，以方便上層協(xié)議了解紅外控制器工作狀態(tài)。
2.3紅外收發(fā)器接口
紅外收發(fā)器接口的設(shè)計與實現(xiàn)是紅外控制器成功的關(guān)鍵。該接口需要實現(xiàn)各種工作模式（SIR、MIR、FIR、VFIR）的編解碼器和硬件CRC校驗、設(shè)計比較復(fù)雜。編碼器前、譯碼器后，數(shù)據(jù)都要進行硬件CRC校驗實現(xiàn)差錯控制。SIR模式采用RZI（歸零反轉(zhuǎn)）編碼，信號為高電平，調(diào)制為低電平；信號為低電平，調(diào)制為高電平脈沖，最大脈沖寬度是位周期的3/16。MIR模式也采用RZI（歸零反轉(zhuǎn)）編碼，但最大脈沖寬度是位周期的1/4。FIR模式采用4PPM（脈沖位置調(diào)制）調(diào)制，它的原理是被編碼的二進制數(shù)據(jù)流每兩位組合成一個數(shù)據(jù)碼元組（DBP），其占用時間Dt=500ns，再將該數(shù)據(jù)碼元組（DBP）分為4個125ns的時隙（chip），根據(jù)碼元組的狀態(tài)，在不同的時隙放置單脈沖。由于PPM通信依賴信號光脈沖在時間上的位置傳輸信息，所以解調(diào)時先保證收發(fā)雙方時隙同步、幀同步，然后根據(jù)脈沖在500ns周期中的位置解調(diào)出發(fā)送數(shù)據(jù)。考慮到紅外收發(fā)器通信距離突然變化引發(fā)脈沖寬度擴展，發(fā)生碼間干擾，導(dǎo)致譯碼出錯，因此根據(jù)HiroshiUno提出的新算法[7]簡化4PPM譯碼過程，并通過實驗驗證該算法比最大似然譯碼算法結(jié)構(gòu)更簡單，功耗更低，而且更容易實現(xiàn)。
VFIR模式采用HHH（1，13）編解碼技術(shù)。編碼器原理：為了正確實現(xiàn)編碼，要求在計算內(nèi)部碼字C=(c1,c2,c3)之前，在nT(T表示一個chip時間)時刻到達編碼器輸入端的輸入數(shù)據(jù)碼元組d=(d1,d2)經(jīng)過3個編碼周期（每個編碼周期是3T）的延時后進行邏輯計算，得到下一狀態(tài)矢量值N=(s1,s2,s3)，即與輸入數(shù)據(jù)有關(guān)的N出現(xiàn)在（n+9T）時刻；再經(jīng)過一個編碼周期，即（n+12T）時刻，狀態(tài)N賦給內(nèi)部狀態(tài)矢量S=(s1,s2,s3)，同時計算與輸入數(shù)據(jù)碼元組d=(d1,d2)有關(guān)的內(nèi)部碼字矢量C=(c1,c2,c3)，再經(jīng)過一個編碼周期，內(nèi)部碼字C賦給輸出碼字矢量Y=(y1,y2,y3)。由此可見16Mbps的數(shù)據(jù)速率經(jīng)過編碼器變?yōu)?4Mchip/s編碼速率，整個編碼過程延時5個編碼周期即15個chip。注意編碼器初始狀態(tài)S應(yīng)設(shè)置為（1，0，0）。譯碼器原理：輸入數(shù)據(jù)R=(r1,r2,r3)經(jīng)過鎖存器延時得到矢量Y4=(y10,y11,y12)，對Y4進行不同的延時得到Y(jié)3、Y2及Y1。這里矢量Yi是Y4的4-I次延時（由鎖存器實現(xiàn)延時）；對Y4進行或非運算得到Zd，再將Zd進行不同的延時得到Zc和Zb。這里Zc、Zb、Zd是變量，然后將Y4、Y3、Y2、Y1、Zb、Zc、Zd進行邏輯運算、延時分別得到矢量X1=(x1,x2)、X2=(x3,x4)、X3=(x5,x6)；最后將x1、x2經(jīng)過鎖存器得到譯碼器輸出矢量值U=(u1,u2)。整個譯碼過程延時4個周期即12個chip。可見HHH（1,13）編譯碼電路比較簡單，利用FPGA基于門級描述即可實現(xiàn)，但必須注意鎖存器時鐘fclock=1/3fchip。VFIR模式增加線性反饋移位寄存器（LFSR）實現(xiàn)加擾和解擾功能提高系統(tǒng)性能，減少誤碼。
圖4S5933與紅外接收/發(fā)送FIFO，紅外寄存器組數(shù)據(jù)訪問控制邏輯圖
3甚高速紅外VFIR控制器的軟件設(shè)計
由于雙燃料發(fā)動機是在原有柴油發(fā)動機的基礎(chǔ)上改裝而成，因此發(fā)動機必須符合一定的工作狀態(tài)，才可以通過轉(zhuǎn)換在雙燃料狀態(tài)下工作，或者在一定條件下，發(fā)動機在雙燃料狀態(tài)下才具有良好的效果。一般情況下，當發(fā)動機水溫高于50℃時，發(fā)動機才適合在雙燃料狀態(tài)工作。為了更好地使用和保護發(fā)動機，燃料轉(zhuǎn)換機構(gòu)應(yīng)該保證在發(fā)動機水溫滿足一定的條件進，才可以轉(zhuǎn)換到雙燃料工作狀態(tài)。為實現(xiàn)燃料轉(zhuǎn)換的順利進行，研制了燃料轉(zhuǎn)換控制機構(gòu)。
1系統(tǒng)方案設(shè)計
轉(zhuǎn)換機構(gòu)的邏輯控制單元主要用來接收司機的轉(zhuǎn)換信號X1、發(fā)動機的水溫信號X2、高壓天然氣的壓力信號X3及燃料轉(zhuǎn)換機構(gòu)工作狀態(tài)的反饋信號X4等，先進行一定的邏輯判斷，發(fā)出適當?shù)闹噶睿瓿芍付ǖ娜蝿?wù)。然轉(zhuǎn)換機構(gòu)示意圖如圖1所示。
然轉(zhuǎn)換機構(gòu)的機械執(zhí)行部分必須能夠?qū)⑦壿嬁刂茊卧闹噶钚盘柣癁闄C械運行，以實現(xiàn)燃料轉(zhuǎn)換的目的，這一功能由開關(guān)電磁鐵完成。在方案設(shè)計中，要求開關(guān)電磁鐵的兩種位置對應(yīng)機械執(zhí)行部分的兩種工作狀態(tài)，即雙燃料工作狀態(tài)和純柴油工作狀態(tài)。通過機械部分的連動，傳動機構(gòu)切斷或連接加速踏板的運動，控制調(diào)速器控制桿的運動狀態(tài)。當加速踏板對調(diào)速器起作用時，調(diào)速器控制桿決定發(fā)動機的運動，此時邏輯控制部分關(guān)閉高壓天然氣閥與電控單元（ECU），這就是純柴油工作狀態(tài)。當加速踏板的運動向調(diào)速器控制桿的傳遞被機械部分切斷時，調(diào)速器控制桿被固定在怠速油量位置，邏輯控制單元開啟天然氣高壓閥并給電控單元（ECU）發(fā)送工作信號，這就是雙燃料工作狀態(tài)。這樣，司機只需板動轉(zhuǎn)換開關(guān)，由它發(fā)出指令，邏輯控制單元根據(jù)接收的信號作出判斷，同時驅(qū)動外沿器件，即可實現(xiàn)純柴油與雙燃料兩種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換[1]。
2邏輯控制單元設(shè)計
邏輯控制單元主要實現(xiàn)信號的接收、判斷和發(fā)送。主要由三個部分組成，即邏輯判斷部分、外沿接口部分和電源轉(zhuǎn)換部分。
邏輯控制單元的工作過程如下：外沿接口部分將接收的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳遞給邏輯判斷部分后，由邏輯判斷部分判斷轉(zhuǎn)換條件是否滿足，并發(fā)出控制指令；再由外沿接口部分將指令轉(zhuǎn)化為對應(yīng)器件能識別的信號，如驅(qū)動電源閥的大電流等。電源部分主要是將汽車電瓶的12V電壓轉(zhuǎn)換為邏輯控制單元上電子元件所需要的電壓（5V）。
2.1邏輯判斷部分
邏輯判斷部分接收外沿接口部分傳來的數(shù)字信號，進行判斷后發(fā)出適應(yīng)的指令。
在此規(guī)定：在司機將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到雙燃料工作位置時，轉(zhuǎn)換信號x1=1，而純柴油位置時，X1=0；當水溫達到雙燃料狀態(tài)的要求時，水溫信號x2=1，否則x2=0；當高壓天然氣在允許使用的最小壓力以上時，天然氣氣壓信號x3=1，否則x3=0；當機械部分處于雙燃料工作狀態(tài)時，反饋信號x4=1，當機械部分恢復(fù)純柴油工作狀態(tài)時，反饋信號x4=0。邏輯判斷部分發(fā)出的指令有：啟動開關(guān)電磁鐵信號Y1（供電時開關(guān)電磁鐵工作，將機械部分轉(zhuǎn)換至雙燃料工作狀態(tài)時Y1=1，否則Y1=0），啟動高壓天然氣電磁閥信號Y2（供電時電磁閥開啟時Y2=1，否則電磁閥關(guān)閉Y2=0），故障信號Y2（有故障時故障信號燈供電Y3=1，否則，Y3=0），啟動電控單元（ECU）信號Y4（給ECU供電使其工作時Y4=1，否則Y4=0）。
由以上分析得出以下各輸出信號與輸入信號的邏輯關(guān)鍵式：
Y1=X1X2X3
Y2=X1X2X3X4
Y3=X1X4+X1X2X3X4
X4=X1X2X3X4
由于邏輯關(guān)系比較簡單，采用TTL電路，由74系列的芯片完成其邏輯判斷功能，邏輯部分的電路圖如圖2所示[2]。圖中，7411和7408是與門，7404是反相器，7402是或非門。輸入信號是X1、X2、X3、X4，輸出信號是Y1，Y3，Y4。由于Y2=Y4，所以高壓天然氣的電磁閥和電控單元（ECU）的驅(qū)動電路都可以由Y4來控制。
2.2外沿接口電路
因為有些器件的輸出信號是模擬量，如水溫傳感器輸出的是可連續(xù)變化的電壓信號，邏輯控制單元無法直接接收并辨識判斷，因此就需要有外沿接口電路將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。
外沿接口電路的另一個作用就是將邏輯判斷部分的指令轉(zhuǎn)化為一些器件所需的電信號，如電流信號等。
2.2.1電壓比較器
在邏輯控制單元中，有兩處需要用到電壓比較器，一個是水溫傳感器的接口，另一個是天然氣壓力傳感器的接口。
對比較器LM311給定一個參考電壓，當輸入電壓低于參考電壓時，比較器輸出的電壓為低電平，高于參考電壓時，輸出電壓為高電平。
2.2.2驅(qū)動電路部分
在燃料轉(zhuǎn)換機構(gòu)的驅(qū)動器件中，開關(guān)電磁鐵和高壓天然氣截止閥需要較強的工作電流，驅(qū)動電路部分采用固態(tài)繼電器，將邏輯判斷部分的指令轉(zhuǎn)換為較強的電流信號。
圖3為高壓天然氣截止閥的驅(qū)動電路，器件01為固態(tài)繼電器。當發(fā)動機處于雙燃料狀態(tài)工作時，燃料轉(zhuǎn)換機構(gòu)工作，邏輯判斷部分發(fā)出指令，使Y4=1，為高電平，經(jīng)U2（7404，反相器）后，B點的電熱UB為低電平，面A點的電勢UA比點B高，這時固態(tài)繼電器的輸入端接通，輸出端也導(dǎo)通。輸出端CD一旦接通，電磁閥HPVALVE兩端就會加上12V的額定工作電壓，使減壓器前的高壓天然氣閥門打開，天然氣經(jīng)減壓進入發(fā)動機。當邏輯判斷部分發(fā)出的指令使電磁閥關(guān)閉時，Y4=0，經(jīng)反相器后，B為高電平，UA=UB，固態(tài)繼電器的輸入端沒有電流通過，輸出端不導(dǎo)通，電磁閥在彈簧力的作用下恢復(fù)常閉狀態(tài)。
圖4為開關(guān)電磁鐵的驅(qū)動電路，其中器件U8是74123芯片，器件02、03是固態(tài)繼電器，線圈PUSH是開關(guān)電磁鐵的吸入線圈，HOLD則是其維持線圈，電源VDD為24V。當然轉(zhuǎn)換機構(gòu)轉(zhuǎn)換到雙燃料工作狀態(tài)時，從74123的B腳輸入的Y1從低電平向高電平跳轉(zhuǎn)，迷種變化會讓74123的輸出端Q輸出一個瞬時的高電平脈沖電流，維持時間為ΔT。經(jīng)反相器7404后，A點的電勢UA將會出現(xiàn)同樣脈寬的低電平，固態(tài)繼電器02的輸入端也有ΔT時間的電流通過，這時固態(tài)繼電器02的輸出端出現(xiàn)ΔT時間的導(dǎo)通。在這段時間內(nèi)，很強的吸入電流通過開關(guān)電磁鐵的吸入線圈，產(chǎn)生足夠的電磁力吸入電磁鐵的鐵芯。脈寬ΔT的選擇應(yīng)該參考開關(guān)電磁鐵的性能參數(shù)設(shè)定，既要滿足吸入鐵芯的要求，又不能太長導(dǎo)致線圈燒毀。
ΔT是通過選擇電阻R10和電容C3的值來確定的。本處ΔT取為1秒，R10=1000Ω，C3=1000μF。
從產(chǎn)生機理上講，開關(guān)電磁鐵的維持電流與高電壓天然氣電磁閥的工作電流是同樣的機理：當Y1=1時，存在維持電流，鐵芯維持在吸入狀態(tài)；當Y1=0時，不存在維持電流，鐵芯在回位彈簧的作用下恢復(fù)原來的伸出位置。
2.3電源部分
電源部分是以VOLTREG（7805）為核心的調(diào)壓電路。汽車電瓶上提供的是12V電源，而邏輯控制單元的芯片的工作電壓都是5V，因此需進行電壓轉(zhuǎn)換。圖5為電源部分的電路圖，輸入12V，輸出點VCC的電壓為5V。
可編程控制器課程單元，是對于在電子電器以及拖動設(shè)備中設(shè)置的邏輯控制單元原理和應(yīng)用方式進項簡潔介紹的課程單元，早期的PLC只能做些開關(guān)量的邏輯控制，因而叫PLC。近年來，PLC采用微處理器作為中央處理單元，不僅有邏輯控制功能，還有算術(shù)運算、模擬量處理甚至通信聯(lián)網(wǎng)功能，正確應(yīng)稱為PC。但為了與個人計算機有所區(qū)別，仍稱其為PLC。盡管功能在逐步強大，但是由于該技術(shù)是依托于成熟的儲存模塊，通過寫入讀出進行控制過程設(shè)置的一項實用性技術(shù)，其現(xiàn)實應(yīng)用雖是集通信技術(shù)、計算機技術(shù)以及自動化技術(shù)為一體的新型自動控制裝置，但組裝方便，編程簡單，適合大規(guī)模格式化應(yīng)用，因此對學習者的基礎(chǔ)要求和編程能力沒有特殊要求，可以作為一種實用性技術(shù)作為教學目標。尤其是對于學習電力自動化和電子電器的學生，學好可編程自動化課程對于熟悉自動化控制原理以及將來在工作實踐中，能夠得心應(yīng)手的處理電器問題以及簡單設(shè)計一些控制單元有著決定性的作用，因此對于中等職業(yè)學校的可編程控制器教學單元課程設(shè)計的好壞，不僅決定了學校自動化控制專業(yè)的水平，也同時決定了學校的畢業(yè)生是否能夠順應(yīng)社會，成為社會上可造之材的關(guān)鍵課程，不得不引起電子電器以及自動化控制專業(yè)的專業(yè)課程所重視，并花大力氣解決教學課程設(shè)計等工作。
2可編程控制器教學的主要課程目標
可編程控制器技術(shù)，是現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱之一，其目標就是實現(xiàn)設(shè)計意圖和設(shè)備運行的即時通信。隨著教育的發(fā)展，教會學生了解可編程控制器的原理，以及工作特點是課程的首要任務(wù)，也是教育要面向未來的最基本要求，這是現(xiàn)代工業(yè)對對課程設(shè)計的主要現(xiàn)實要求。而對課程目標而言，就是要順應(yīng)這一時代要求，把這一體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強的實用技術(shù)方法傳授給學生，使得學生能夠按照從業(yè)需求掌握相關(guān)知識和技能。
3教學課程的設(shè)計重點選擇
課程設(shè)計的基礎(chǔ)來源于所教授單元的結(jié)構(gòu)體系，對于可編程控制器技術(shù)而言，它是設(shè)備電氣系統(tǒng)的心臟和交互傳輸中心，可編程控制器就是這一完整單元的承載者和實現(xiàn)者，而對于中等職業(yè)學校的學生而言，控制原理主要作為了解，而控制輸入單元的設(shè)計和運行原理就需要加大力度去了解，并加以熟練掌握，達到能夠簡單設(shè)計和故障排除的職業(yè)需求。同時對于中等職業(yè)學校的學生而言，執(zhí)行機構(gòu)由控制元件和開關(guān)系統(tǒng)指揮各類機械的運行對于這類學生是主要的學習目標，因此重中之重應(yīng)該安排這部分的教學設(shè)計。
4課程設(shè)計的主要方法和教學途徑分析
4.1入門教育
可編程控制器科目的學習，對于中等職業(yè)技術(shù)學校的學生而言，很容易產(chǎn)生畏難情緒，以為像計算機編程語言一樣晦澀難懂，從而產(chǎn)生畏難情緒。因此初始教案的設(shè)計就應(yīng)當有針對性的進行設(shè)計，從學生的興趣愛好入手，充分利用學生對知識的渴望和新鮮感，加以正確有效的引導(dǎo)。從身邊的PLC應(yīng)用入手，講解相應(yīng)專業(yè)同可編程控制器應(yīng)用的關(guān)系，給學生描繪可編程控制器在城市便捷交通控制、生活設(shè)施，以及市場上流行的數(shù)控加工中心、機械手，甚至3D打印機應(yīng)用的廣泛實例，激發(fā)學生獲取知識的欲望和好奇心，覺得它就在我們身邊。同時教師還可以配合激勵機制聯(lián)系就業(yè)市場的需求（有較多單位提出“懂得PLC者優(yōu)先”），從而激發(fā)了學生的學習欲望。
4.2課程進度設(shè)計要素
根據(jù)學生素質(zhì)參次不齊的現(xiàn)狀，中等職業(yè)教育可控制編程器課程單元應(yīng)當是從簡單應(yīng)用入手，增加學生學習的信心和勇于探索的內(nèi)在需求。在現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的今天，信息的來源層出不窮，充分發(fā)揮校園信息平臺，利用互聯(lián)網(wǎng)和各類科學技術(shù)講座，不斷灌輸自動化對生活的改變，讓學生身處可編程控制器帶來的驚喜改變中，把課程設(shè)計融入學生的個人生活中去，循序漸進讓學生從內(nèi)心里接受知識，接受不斷進取、不斷獲取新知識新技能的內(nèi)在動力。在享受科技發(fā)展帶來的便利和科技進步之余，也將自己融入科技進步的洪流中去，真正成為知識的主人。
4.3把課堂教學變成互動參與的知識殿堂
教學的主體最終還是學生自身，因此在課程設(shè)計上需要著重增加學生的主動性和參與度，可以采用老師下課題，分組收集相關(guān)知識點的方式，讓學生對所學內(nèi)容進行外延和內(nèi)涵的擴展活動，從學生收集的圖片資料和其他應(yīng)用范例中獲取營養(yǎng)，在獲取知識的同時培養(yǎng)同學之間的合作意識和競爭意識，增添了學生學習的信心和對課程的濃厚興趣。對于可編程控制器這一實用但略顯枯燥的課程而言，直觀教學的方法無疑可以帶來良好的課程效果，在增加感性認識的同時，可以拓寬學生的知識視野，同時可以培養(yǎng)學生的觀察能力，同時也可以采用互動環(huán)節(jié)，讓同學們自助設(shè)計和制作示教板和器具以及簡易控制單元，從而使學生對理論知識，學生在感性直觀教學中易于理解、掌握。
4.4充分利用多媒體教學手段
中等職業(yè)技術(shù)學校的生源一般都來自城市周邊，對于工業(yè)化的理解并不直觀，尤其對于大型設(shè)備，大型流水線以及數(shù)控加工中心的認識一般都缺乏必要的認識。在實習和學習之前，充分利用多媒體輔助教學，就可以解決這一難題，充分利用多媒體技術(shù)制作教案，用豐富的設(shè)備設(shè)施充分體現(xiàn)可編程控制器的應(yīng)用。同時對于晦澀難懂的理論也可以直觀的分化出來，把編程輸入和控制流程，直到各種控制動作的實現(xiàn)都一一展現(xiàn)在學生的面前，達到控制過程直觀呈現(xiàn)的效果，充分理解可編程控制器的控制原理，細化程序的設(shè)計理念和操作方法，摒棄枯燥的填鴨教學以避免給學生帶來畏難情緒。
4.5利用好實驗手段，展示課程魅力，提高學生學習興趣
眾所周知，實驗課是電子電器類課程最能吸引學生好奇心和創(chuàng)造性的科目，不但可以起到理論課的補充作用，更是強化學習效果的重要手段，在現(xiàn)代教學理念中還把實驗課作為檢驗學生學習能力和動手能力的主要考察方向，因此做為一個良好的課程設(shè)計，可謂不能不加以充分認識和利用。通過實驗，學生們充分的動手實驗，觀察現(xiàn)象和結(jié)論，不僅可以加深理解所學的基礎(chǔ)知識，同時通過實際的模擬實驗，可以直接了解將來工作中手動編程器的使用情況，是學生們走上社會后直接面對工作的捷徑，從而提高學生的社會適應(yīng)性，增強學生的就業(yè)競爭力；而不單單是一種學習知識了解技能的工具。因此對于以造就實用型復(fù)合人才為培養(yǎng)目標的中等職業(yè)學校，充分利用好實驗手段，是教學課程設(shè)計的關(guān)鍵命題。
5結(jié)語
OPC作為微軟公司的對象鏈接和嵌入技術(shù)應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域，為工業(yè)自動化軟件面向?qū)ο蟮拈_發(fā)提供一項統(tǒng)一的標準，解決了應(yīng)用軟件與各種設(shè)備驅(qū)動程序之間的通信問題。它把硬件廠商和應(yīng)用軟件開發(fā)商分離開來，為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用建立了橋梁，大大提高了雙方的工作效率。應(yīng)用程序與OPC服務(wù)器之間必須有OPC接口，OPC規(guī)范提供了兩套標準接口:Custom標準接口和OLE自動化標準接口，通常在系統(tǒng)設(shè)計中采用OLE自動化標準接口。OLE自動化標準接口定義了以下3層接口，依次呈包含關(guān)系。OPCServer(服務(wù)器):OPC啟動服務(wù)器，獲得其他對象和服務(wù)的起始類，并用于返回OPCGroup類對象。OPCGroup(組):存儲由若干OPCItem組成的Group信息，并返回OPCItem類對象。OPCItem(數(shù)據(jù)項):存儲具體Item的定義、數(shù)據(jù)值、狀態(tài)值等信息。3層接口的層次關(guān)系如圖2所示。
2菇棚溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計
2．1菇棚的溫度控制原理
寧夏南部山區(qū)杏鮑菇生產(chǎn)基地采用大棚式培養(yǎng)方式，作為對杏鮑菇生長起最重要影響的因素，溫度顯得尤為重要［8］。菇棚溫度采用自動記錄儀對溫度進行檢測，利用空調(diào)對菇棚溫度進行調(diào)節(jié)。由于溫度控制系統(tǒng)具有大時變、非線性、滯后性等特點，采用模糊控制非常合適［9－10］。本文對菇棚的溫度進行了控制設(shè)計，最終采用模糊PID控制方案，達到對溫度的實時控制，從而將出菇階段的溫度控制在14～17℃的范圍之內(nèi)。菇棚溫度控制系統(tǒng)的原理如圖3所示。圖3中，虛線框內(nèi)的部分在工業(yè)控制環(huán)境中大多由PLC等控制設(shè)備完成，而這些設(shè)備很難實現(xiàn)模糊PID的控制功能。因此，將虛線框部分在Simulink中實現(xiàn)，把在Simulink中創(chuàng)建的模糊PID控制器直接應(yīng)用到現(xiàn)場設(shè)備中。菇棚實時溫度控制系統(tǒng)原理圖如圖4所示。圖4中，該系統(tǒng)以PCACCESS軟件作為OPC服務(wù)器，用MATLAB/OPC工具箱中的OPCWrite模塊和OPCRead模塊與Simulink進行數(shù)據(jù)交換。傳感變送裝置檢測溫度后將電信號傳送給S7－200PLC的模擬量輸入模塊EM231，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后得出溫度值;PCACCESS軟件從PLC中讀取溫度值，通過OPCRead模塊傳送給Simulink;在Simulink中與設(shè)定的溫度值進行比較后，進行模糊PID計算，將結(jié)果通過OPCWrite模塊傳送給PCACCESS軟件，經(jīng)PCACCESS軟件寫入到PLC中，計算分析得出數(shù)字量，輸出到模擬量輸出模塊EM232，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為電信號送給溫控裝置(空調(diào))，實現(xiàn)對菇棚溫度的模糊PID控制。
2．2模糊PID控制系統(tǒng)
2．2．1模糊PID控制器的設(shè)計菇棚的溫度控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，很難建立精確的數(shù)學模型，而常規(guī)的PID控制則需建立被控對象的精確數(shù)學模型，對被控過程的適應(yīng)性差，算法得不到滿意的控制效果。單純使用模糊控制時，控制精度不高、自適應(yīng)能力有限，可能存在穩(wěn)態(tài)誤差，引起振蕩［11－12］。因此，本文針對PID控制和模糊控制的各自特點，將兩者結(jié)合起來，設(shè)計了模糊PID控制器，可以利用模糊控制規(guī)則對PID參數(shù)進行在線修改，從而實現(xiàn)對菇棚溫度的實時控制，將出菇階段的溫度控制在14～17℃的范圍之內(nèi)。基于上述分析，將菇棚溫度作為研究對象，E、EC作為模糊控制器的輸入，其中E為設(shè)定溫度值與實際溫度值的差值。PID控制器的3個參數(shù)KP、KI、KD作為輸出。設(shè)輸入變量E、EC和輸出變量的KP、KI、KD語言值的模糊子集均為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}={負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}，誤差E和誤差變化率EC的論域為{－30，－20，－10，0，10，20，30}，KP的論域為{－0．3，－0．2，－0．1，0，0．1，0．2，0．3}，KI的論域為{－0．06，－0．04，－0．02，0，0．02，0．04，0．06}，KD的論域為{－3，－2，－1，0，1，2，3}。為了論域的覆蓋率和調(diào)整方便，均采用三角形隸屬函數(shù)。根據(jù)對系統(tǒng)運行的分析和工程設(shè)計人員的技術(shù)知識和實際操作經(jīng)驗，得出KP、KI、KD的模糊控制規(guī)則表，如表1所示。利用Simulink工具箱，建立系統(tǒng)的模糊PID控制器的模型，如圖5所示。2．2．2系統(tǒng)的仿真菇棚溫度的傳遞函數(shù)采用G(s)=e－τsαs+k。其中，α為慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)，α=10．3s/℃;k=0．023;τ=10s，為純滯后時間。設(shè)定菇棚溫度值為15℃，常規(guī)PID控制器的仿真結(jié)果如圖6所示，模糊PID控制器的仿真結(jié)果如圖7所示。結(jié)果表明，菇棚溫度控制系統(tǒng)采用模糊PID控制器具有超調(diào)小、抗干擾能力強等特點，能較好地滿足系統(tǒng)的要求。
3Simulink與S7－200PLC數(shù)據(jù)交換的實現(xiàn)
PCACCESS軟件是專用于S7－200PLC的OPC服務(wù)器軟件，它向作為客戶機的MATLAB/OPC客戶端提供數(shù)據(jù)信息。在菇棚溫度控制系統(tǒng)中，模糊PID控制器的輸出值和反饋值就是Simulink與S7－200PLC進行交換的數(shù)據(jù)。實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的具體步驟如下:1)打開軟件PCACCESSV1．0SP4，在“MicroWin(USB)”下，單擊右鍵設(shè)置“PC/PG”接口，本文選用“PC/PPI(cable)”。然后，右鍵單擊“MicroWin(USB)”進入“新PLC”，添加監(jiān)控S7－200PLC，本文默認名稱為“NewPLC”。右鍵單擊所添加的新PLC的名稱，進入“NewItem”添加變量，本文為輸出值“wendu1”和反饋值“wendu2”，設(shè)置完成，如圖8所示。PCACCESS軟件自帶OPC客戶測試端，客戶可以將創(chuàng)建的條目拖入測設(shè)中心進行測試，觀察通信質(zhì)量，如圖9所示。測試后的通信質(zhì)量為“好”。2)打開MATLAB，在工作空間輸入命令“opctool”后，將彈出OPCTool工具箱的窗口，在該窗口的MAT-LABOPCClients對話框下單擊右鍵，進入“AddClient”添加客戶端，用戶名默認“l(fā)ocalhost”，ServerID選擇“S7200．OPCServer”;與PCACCESS軟件連接成功后，在“S7200．OPCServer”中添加組和項，把在PCACCESS軟件中創(chuàng)建的兩個變量“wendu1”和“wendu2”添加到項中，操作完成后結(jié)果如圖10所示。3)新建Simulink文件，導(dǎo)入模糊PID控制器模型，調(diào)用OPCWrite模塊、OPCRead模塊和OPCConfigura-tion模塊，設(shè)置OPCWrite模塊和OPCRead模塊的屬性，把OPC工作組中的變量“wendu1”添加到OPCWrite模塊中，把變量“wendu2”添加到OPCRead模塊中，設(shè)置完成后兩個模塊與控制器相連，如圖11所示。這樣，基于Simulink和S7－200PLC的模糊PID實時溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計就完成了。
4結(jié)論
傳感器芯體上面集成了測溫電阻與加熱電阻，測溫電阻能實時監(jiān)測傳感器芯體的當前溫度，且反饋到控制電路的輸入端，作為溫度誤差信號的一個輸入端，形成閉環(huán)控制。電路框圖如圖1所示，測溫電路把當前芯體溫度值轉(zhuǎn)化為電壓值，該值是一個微弱信號值，必須經(jīng)過高信噪比前置放大電路放大到合適的電壓輸出值，再經(jīng)過系統(tǒng)放大，然后輸送給PID環(huán)節(jié)進行控制輸出，控制輸出產(chǎn)生寬度可調(diào)脈沖信號驅(qū)動加熱電路，給傳感器芯體加熱。傳感器當前溫度與設(shè)定溫度溫差值越大，誤差電壓信號越大，經(jīng)過PID控制輸出脈寬開通時間越長，加熱功率越大，反之亦然，從而實現(xiàn)了恒溫控制。
二、系統(tǒng)控制設(shè)計
2.1溫度與加熱功率
傳感器芯體溫度與加載在芯體上的正熱能與負熱能大小有關(guān)。若傳感器芯體溫度維持在環(huán)境溫度以上，則傳感器芯體加載的正熱能來自電能，由焦耳定律可以知道若給定電阻R上加熱電流為I，加熱時間為T，那么有I2RT的電能轉(zhuǎn)換成熱能；而傳感器芯體加載的負熱能可以是傳感器芯體與周圍環(huán)境的溫度差而產(chǎn)生的熱對流及熱傳導(dǎo)帶來的熱能轉(zhuǎn)移。這種正熱能與負熱能對溫度的影響體現(xiàn)為傳感器芯體的加熱功率與制冷功率，它們共同決定了傳感器芯體的穩(wěn)定溫度。假設(shè)傳感器芯體工作環(huán)境溫度為25℃，傳感器芯體氣體濃度響應(yīng)最佳溫度為80℃，因熱傳導(dǎo)和熱對流損失的負熱能為某個可測量值且保持恒定，那么該點環(huán)境下芯體溫度只與加熱功率有關(guān)。如上所述，給芯體合適電流，那芯體就可以維持設(shè)定點溫度，若環(huán)境溫度上下波動，芯體加熱與制冷的功率隨溫度發(fā)生變化，要使芯體繼續(xù)維持在設(shè)定點溫度，只需要調(diào)節(jié)芯體上電流的大小。在25℃環(huán)境下，實際測得加熱功率與芯體溫度的關(guān)系，加熱功率為0．45W時芯體即可穩(wěn)定工作在設(shè)定溫度80℃。
2.2溫度測量
為了更加準確地測量敏感芯體溫度場的溫度，在氫敏芯體上集成了一個測溫電阻與一個加熱電阻。測溫電阻、加熱電阻和氫敏電阻版圖設(shè)計經(jīng)過溫度場仿真實現(xiàn)最佳耦合。因而測溫電阻能真實反映氫敏電阻當前工作溫度。測溫電阻材料采用高純鉑電阻鍍膜而成，實際測試的測溫電阻溫度特性，從圖中可以看出測溫電阻具有良好的溫度線性關(guān)系。該測溫電阻的溫度系數(shù)因為采用薄膜沉積工藝制備，溫度系數(shù)沒有標準PT100大，但并不影響使用。電阻經(jīng)過測溫電橋檢測，輸出反映溫度的電壓信號。這個信號在控制區(qū)域非常微弱，為了提高溫度測量精度，采用四線制檢測電路，減少測溫鉑電阻引線長度與鉑電阻通電電流對溫度測量的影響。
2.3溫度控制環(huán)路
通常溫度系統(tǒng)是大慣性系統(tǒng)，具有較大的滯后性，往往需要具有超前調(diào)節(jié)的微分環(huán)節(jié)。氣體傳感器芯體體積很小，無論是加熱還是制冷，芯體對溫度都有快速響應(yīng)，采用比例積分［3］控制就可以獲得不錯的效果。
2.3.1比例環(huán)節(jié)
比例環(huán)節(jié)具有快速調(diào)節(jié)能力，比例系數(shù)越大靜差越小，過大容易震蕩。電路如圖4所示，其增益為－RP1／RP2，試驗測試比例系數(shù)為－4時控制效果較好。
2.3.2積分環(huán)節(jié)
積分環(huán)節(jié)可以消除系統(tǒng)靜差，當系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差時，積分環(huán)節(jié)的輸出會持續(xù)增大使得控制作用加強，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。積分系數(shù)越小，積分作用越明顯，控制精度越高。積分電路如圖5所示，其增益為－1／RI1CI1S，其中S為拉式算子。經(jīng)調(diào)整時間常數(shù)RI1CI1為4．7s比較合適。采用PWM通斷控制模式，能最大化利用加熱功率。在導(dǎo)通瞬間，加熱電壓完全加載在加熱電阻上，電流峰值會比較大，因此需要控制加熱電阻合適的阻值。另外PWM控制存在完全導(dǎo)通的情況，雖然在本電路應(yīng)用中不會帶來壞的影響，但是為了調(diào)整最大加熱功率以達到控制最大加熱溫度的目的，在PID輸出環(huán)節(jié)采用穩(wěn)壓二極管，控制PID輸出電壓的幅度，保證PWM能夠輸出一定寬度的死區(qū)。
2.3.3微分電路
微分環(huán)境對輸入快速變化的情況具有較大的反應(yīng)輸出，能提高控溫系統(tǒng)對環(huán)境溫度波動的快速響應(yīng)能力。
2.3.4PWM產(chǎn)生電路
PWM電路［4］采用簡單分立器件搭建，具體電路如圖7所示，主要構(gòu)成有比較器產(chǎn)生限閾值翻轉(zhuǎn)波形，然后經(jīng)過積分電路充放電產(chǎn)生標準鋸齒波，鋸齒波在與PID環(huán)節(jié)輸出電壓比較，產(chǎn)生脈寬隨溫度誤差調(diào)整的波形，該波形輸出給驅(qū)動加熱電路。
三、實驗結(jié)果
樣機進行了穩(wěn)定動態(tài)過程的短時間測試和穩(wěn)定點長時間測試。短時間測試樣機溫度曲線，其中可以看出樣機到達溫度設(shè)定點90％的時間非常短，大概為120s，整體控溫精度在0．15℃以內(nèi)。當環(huán)境溫度波動時控溫點會隨著擾動，很快就能回到設(shè)定的溫度值，動態(tài)響應(yīng)非常快。樣機控溫效果穩(wěn)定點長時間監(jiān)測曲線如圖9所示，從該圖可知整體控溫精度在0．15℃以內(nèi)更加明顯，說明樣機電路控溫點不會隨時間飄移，也不隨環(huán)境緩慢變化的溫度波動漂移。
四、結(jié)束語
關(guān)鍵詞：行車空調(diào)空氣焓值法取樣風機空氣混合箱流量箱
0前言
在冶金企業(yè)的煉鋼、焦化、初軋、煉鐵等工廠中，通常采用高溫行車空調(diào)對高溫車間行車操縱室進行局部空氣調(diào)節(jié)，以改善操作人員的工作條件，提高勞動效率。高溫行車空調(diào)的工作環(huán)境比較惡劣，具有環(huán)境溫度高、空氣污染較為嚴重、行車運行時振動大等特點。環(huán)境溫度可達45℃，甚至達到60℃以上，這些都對空調(diào)器的性能和可靠性提出了更高要求。因此，有必要建立高溫行車空調(diào)專用的熱工性能實驗室，根據(jù)相關(guān)標準的要求對其各項性能指標進行嚴格測試，以達到優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，提高競爭力的目的[1～3]。
空氣焓值法實驗裝置主要由絕熱庫房，空氣再處理裝置，空氣取樣裝置，空氣接受混合裝置，風量測量裝置及電氣控制等部分組成。高溫行車空調(diào)作為特種空調(diào)的一種，目前我國尚無專門的測試規(guī)范。根據(jù)一些生產(chǎn)廠家的技術(shù)資料，行車室內(nèi)的空氣干球溫度一般取28～30℃。且根據(jù)文獻[4]，本文采用空氣焓值法測定高溫行車空調(diào)的制冷量，著重探討空氣取樣測量裝置的設(shè)計方法，通過對取樣風機、溫濕度測量箱、空氣接收混合箱和循環(huán)風量測量箱的合理設(shè)計，達到盡可能高的測試精度。
用空氣焓值法測量空調(diào)器性能，需要測量空調(diào)器室內(nèi)側(cè)進出口處空氣焓值及空調(diào)器的循環(huán)風量。因為目前無直接測量焓值的設(shè)備，只能靠間接測量獲得，即需通過測量當?shù)氐拇髿鈮毫Α⒖諝飧汕驕囟群蜐袂驕囟惹蟮谩？照{(diào)器循環(huán)風量測試采用差壓法，即通過測量空氣經(jīng)過噴嘴的壓力降及噴嘴前的空氣參數(shù)間接計算出空氣流量[4，5]。
1空氣取樣及測量裝置設(shè)計
1.1總體設(shè)計
空氣取樣及測量裝置主要由取樣風機、取樣笛管及溫濕度測量箱組成。利用取樣風機及取樣笛管引入空調(diào)器進出口的典型樣本空氣，將其送入溫濕度測量箱測量。要求如下：
（1）取樣風機與取樣笛管相互獨立，兩者間用鋁箔軟管連接，無需保溫；
（2）溫濕度測量箱采用有機玻璃膠合而成，主要由風道、水盒（用于測量濕球溫度）、補水杯組成。其標準流通截面尺寸為100mm×100mm，長250mm；
（3）取樣笛管采用不銹鋼管焊接而成，包括匯合管和笛管。每根笛管開有吸風口，兩邊等量交錯開孔。
1.2取樣風機的選擇
（1）風量計算
取樣風機的風量V可按公式（1）計算：
（1）
式中：vt為溫濕度測量箱內(nèi)垂直于溫度傳感器方向的風速，取5m/s；At為測量箱內(nèi)流通截面積，取0.01m2。計算結(jié)果為0.05m3/s（180m3/h）。
（2）風壓計算
空氣取樣裝置的風阻包括取樣笛管到風機進口的沿程阻力及局部阻力。可用圖1的模型表示。為計算簡便，對空氣取樣系統(tǒng)的各段風管作如下簡化：
A．1-2為取樣笛管段：1-2的阻力由三部分組成：笛管吸風阻力，笛管合流阻力及匯合管合流阻力；
圖1空氣取樣系統(tǒng)風道壓力損失模型?
B．2-3為連接軟管段：在此按最不利管路情況模擬：有四個90°的彎頭，中心彎曲半徑為ф100，同時管長按拉伸計算。2-3的阻力由兩部分組成：風管沿程阻力和四個彎頭阻力；
C．3-4為溫濕度測量箱段：3-4阻力由兩部分組成：風管到測量箱的突然擴大與測量箱到風機入口的突然縮小阻力；
D．4-5為風機段：空氣從風機出口排出時存在阻力，因風機尚未選定，故暫不做考慮。
根據(jù)以上分析，計算結(jié)果匯總于表1。風機所需的風壓為：
（2）
式中：P為風機所需全壓，Pa；v為出風口的風速，m/s；P為總風阻，Pa；ρ為空氣密度，取1.2kg/m3。計算結(jié)果為P=247Pa。
（3）風機選擇
由于整個裝置的風阻較大，且希望風機出口具有較大的全壓，以減小對被測空調(diào)器回風口的影響，同時也使安裝方便，根據(jù)所需風量180m3/h及風壓247Pa（全壓），可按相關(guān)風機樣本的風量和全壓參數(shù)選擇風機型號。取樣風機選用意大利NICOTRA公司的離心風機，型號為DD146/190，其主要參數(shù)為風量300m3/h，全壓410Pa。
2空氣混合箱和流量箱的一體化設(shè)計
2.1空氣混合箱設(shè)計
空氣混合箱用于接收并精確測量被測空調(diào)器室內(nèi)側(cè)出風溫濕度。因為空調(diào)器出風溫度與環(huán)境溫度相差較大，為了減少出風溫濕度測量裝置的漏熱量，將溫濕度測量裝置置于混合箱內(nèi)。具體要求如下：
表1空氣取樣系統(tǒng)風阻匯總管段號構(gòu)件名稱重要參數(shù)局部阻力系數(shù)ξ壓力損失P=ξρv2/2
1-2側(cè)孔吸風支面積比：0.106風量比：0.125支風速：4.8m/s支風速：4m/s0.050.69
主0.98.64
總9.33
笛管合流（選取最不利管路a）支通道面積比：0.25風量比：1主風速：1m/s支風速：4m/s11.82113.47
主0.3250.2
總113.67
匯合管合流支匯合管風速：5m/s出口風速：6.4m/s1.319.5
主0.819.66
2-3風管內(nèi)沿程阻力空氣流量：0.05m3/s管徑：100mm查得Rm=8.5Pa管長：4m中心彎曲半徑等于管直徑的90°彎風速：6.4m/s34
四個彎頭0.2221.64
3-4突然擴大面積比：0.79計算風速：6.4m/s0.051.23
突然縮小0.143.44
總計222.5
（1）箱體采用δ=100mm雙面彩鋼聚氨酯保溫板，以使漏熱量不大于5%；
（2）取樣管采用φ100mm不銹鋼開孔圓管，開孔率為4%，均勻開孔，引風管為φ400mm不銹鋼管；
（3）混合箱進口處靜壓測量采用壁面測壓法。取壓板結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示，材質(zhì)為青銅，壓力出管尾部有螺紋，用于連接帶螺帽的三通接頭；
（4）為了提高氣流均勻性，需要增加各氣流間的相互擾動，故我們考慮在接受室出口前設(shè)置混合器，其形式如圖3所示。
根據(jù)混合箱內(nèi)的風速小于0.77m/s[4]以及最大接受風量，可計算出箱體空氣流動方向的最小截面積。對于制冷量范圍為2000～20000kW，風量范圍為400～4000m3/h的高溫行車空調(diào)器[6]，可求得箱體最小截面積為1.44m2，取35%的安全余量，則為0.507m2。最后確定箱體截面尺寸為1300×1500（寬×高）。
2.2流量箱總體設(shè)計
流量測量箱主要包括噴嘴、噴嘴前后的整流板及取壓板。其用不銹鋼板焊接而成，并與混合箱合為一體，這樣既節(jié)省了材料又增強了系統(tǒng)的緊湊性，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。噴嘴前后箱壁設(shè)有取壓板，將四周的取壓管匯合后接到壓差變送器，以測量噴嘴前后壓差P。
圖3混合器示意圖
在噴嘴后正壁面上開設(shè)操作門，用來手動開關(guān)噴嘴及檢查噴嘴開關(guān)狀態(tài)。具體要求如下：
（1）箱體采用δ=50mm雙面不銹鋼聚氨酯保溫板；
（2）為使噴嘴前后空氣充分混合均勻，在噴嘴前后各設(shè)置一塊整流板，整流板由不銹鋼板加工，開孔率為50%左右；
（3）為防止因風機震動影響風量測量，流量箱與調(diào)零風機分離放置，兩者之間采用鋁箔軟管連接。
圖4空氣測量裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖
2.3噴嘴的選擇計算
根據(jù)高溫行車空調(diào)器的風量范圍、設(shè)計要求及相關(guān)標準[4～6]，選用長徑低比值標準噴嘴4只（0.20<B<0.50，β=d/D，d為噴嘴喉部直徑，D為上游管道內(nèi)徑），其中d為ф80的噴嘴1只，ф110的噴嘴3只。噴嘴的結(jié)構(gòu)尺寸見圖5，其技術(shù)數(shù)據(jù)如表2所示。噴嘴的選擇遵循了使設(shè)計風量范圍400～4000m3/h處于噴嘴組合中間范圍內(nèi)的原則，各噴嘴風量范圍相互之間有一定的迭加，總的風量測試范圍為271～4254m3/h。
表2噴嘴的技術(shù)數(shù)據(jù)dmm材料流量范圍m3/hD1mmD2mmHmmhmmLmmn
80鑄鋁L104271-6631962261571314
110515-11972662961871806
圖5噴嘴的結(jié)構(gòu)尺寸?
3結(jié)論
作為一個完整的空調(diào)器熱工性能測試系統(tǒng)，每一部分的準確嚴格設(shè)計都十分關(guān)鍵，直接關(guān)系到測量結(jié)果的準確性和可靠性。本文僅就處于核心地位的空氣取樣裝置、溫濕度測量裝置及風量測量裝置的設(shè)計問題進行了討論。本設(shè)計以常規(guī)空調(diào)測試標準為參考，在設(shè)計中充分考慮高溫行車空調(diào)的工作條件及特點，在系統(tǒng)設(shè)計、標準件選擇、運行操作等方面均以可靠、方便、降低成本為出發(fā)點，在提高特種空調(diào)器熱工性能測試精度及可靠性方面做了一些有益的嘗試。
參考文獻
1.李安桂.特種空調(diào)機.北京：科學出版社，2001.
2.陸甘華，茅清希，吳利瑞.某大型鋼鐵企業(yè)煉鋼車間行車電氣室空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀的調(diào)查研究.建筑熱能通風空調(diào)，2002，（6）：12-14.
3.何立江，鄔志敏，周大漢.R134a工質(zhì)用于高溫空調(diào)器的理論及實驗研究.流體機械，2003，31（10）：41-43.
1．1被控對象分析
蒸發(fā)器的示意所示，其工作流程大致可描述為：待濃縮的稀液從蒸發(fā)器上部進入蒸發(fā)器E1201，吸收過熱蒸汽提供的熱量，稀液中的水分變成二次蒸汽從蒸發(fā)器頂部排出，濃縮液從蒸發(fā)器底部排出；濃縮液濃度不能在線測量；稀液流量為F1201，稀液管線上設(shè)閥門V1201；濃縮液流量為F1202，濃縮液管線上設(shè)閥門V1202；二次蒸汽流量為F1203，二次蒸汽管線上設(shè)閥門V1203；從蒸發(fā)器中部通入滿足工藝要求的過熱蒸汽，蒸汽流量為F1105，過熱蒸汽管線上設(shè)閥門V1105；換熱后的過熱蒸汽變?yōu)槔淠懦觥Ｕ舭l(fā)器為真空操作，蒸發(fā)器液位為L1201，溫度為T1201，壓力為P1201。
1．2工藝流程分析蒸發(fā)器的工藝流程可以具體描述為：
1）打開稀液流量閥V1201，向蒸發(fā)器E1201注入稀液，并使蒸發(fā)器液位穩(wěn)定在80％左右。
2）打開過熱蒸汽流量閥V1105和二次蒸汽流量閥V1203，向蒸發(fā)器通入過熱蒸汽，使蒸發(fā)器溫度達到108℃，并保持穩(wěn)定。
3）待濃縮液濃度達到7．5％時，開啟濃縮液流量閥V1202，開始連續(xù)出料，使?jié)饪s液流量達到4．63kg／s，并保持流量平穩(wěn)。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計
2．1控制要求與技術(shù)指標
（1）控制要求
基礎(chǔ)過程控制（BPCS）的任務(wù)是保證蒸發(fā)器溫度、濃縮液濃度以及濃縮液流量均符合工藝要求。根據(jù)工藝要求可以將BPCS的控制任務(wù)分解為：建立蒸發(fā)器液位、提升蒸發(fā)器溫度、蒸發(fā)器提升負荷運行、濃縮液濃度控制、蒸發(fā)器溫度控制、蒸發(fā)器液位控制、濃縮液流量控制。
（2）系統(tǒng)安全要求
現(xiàn)代過程控制系統(tǒng)包括基本過程控制系統(tǒng)(BPCS)和安全儀表系統(tǒng)（SIS）。蒸發(fā)過程可能會出現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)壓力過大而引起事故，因此SIS系統(tǒng)的設(shè)計非常重要。
2．2控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計
考慮到安全可靠和經(jīng)濟適用的同時兼顧，本方案選擇了西門子的PLCS7416－2F，與PCS7BOX構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，兩個CPU同時具有基礎(chǔ)控制系統(tǒng)（BPCS）和安全控制系統(tǒng)（SIS）的功能，正常運行狀態(tài)下PCS7BOX執(zhí)行BPCS功能，PLCS7416－2F執(zhí)行SIS功能。BPCS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)共用一個工程師站和一個操作員站，這樣避免了傳統(tǒng)DCS和SIS之間復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，節(jié)省了成本與安裝費用，系統(tǒng)中備件品種少，經(jīng)濟性好，并且可以互為代用，便于維護。BPCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)之間的通信連接采用光纖實現(xiàn)，使系統(tǒng)的安全可靠性大大提高。此外，PCS7BOX和冗余PLC相互獨立，冗余系統(tǒng)的存在與否不影響控制系統(tǒng)的正常運行。用PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)擴展此系統(tǒng)，使此系統(tǒng)一方面可與管理系統(tǒng)對接，另一方面具有了良好的可擴展性，能方便地實現(xiàn)監(jiān)控功能，同時使此系統(tǒng)的維護也變得更加方便。
3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)
3．1儀表供配電設(shè)計
為保證供電的安全和可靠，設(shè)計供電系統(tǒng)時，應(yīng)按照用電儀表的電壓等級和電源類型進行設(shè)計。本方案采用二級供電方式，由第一級總供電箱直接向設(shè)置在底層的各二級供電箱供電，并在第二級供電系統(tǒng)中同樣設(shè)置總供電箱、分供電箱。供電系統(tǒng)可采用多回路供電的配電方式，將各分供電箱分別接到總供電箱上的各組端子上，這樣在靈活分配用電負荷的同時能夠分散端子故障所帶來的影響。
3．2輸入／輸出模塊配置
BPCS和SIS的輸入／輸出模塊配置相類似，以BPCS為例，在分析控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。確定了BPCS所需配置的I／O點數(shù)后，即可進行輸入／輸出模塊的選擇。本方案選擇西門子公司的分布式I／O產(chǎn)品ET200M。
3．3系統(tǒng)控制柜設(shè)計
接下來是系統(tǒng)控制柜的設(shè)計，包括主控制柜和分控制柜的設(shè)計，確定控制柜以及輸入輸出模塊后，繪制系統(tǒng)輸入輸出模塊的接線原理圖。
3．4系統(tǒng)組態(tài)
在SIMATICManager中完成系統(tǒng)組態(tài)。系統(tǒng)硬件組態(tài)如圖3上半部分所示，左邊是BPCS系統(tǒng)的硬件組態(tài)，右邊是SIS系統(tǒng)的硬件組態(tài)。通信網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)如圖3的下半部分所示，完成BPCS功能和SIS功能的DCS和PLC均掛接在PROFIBUS總線上。PCS7BOX和IM153－2分別是BPCS的CPU和ET200M通信模塊；AS400F和IM153－2FO則是SIS的CPU和ET200M通信模塊。
4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)
4．1控制程序總體設(shè)計
根據(jù)程序的功能以及程序執(zhí)行情況，控制程序可以被劃分為3個部分：
1）啟動組織塊OB100。OB100在PLC啟動時執(zhí)行一次，通過該組織塊可以實現(xiàn)初始化操作。
2）主程序OB1。OB1由操作系統(tǒng)不斷地循環(huán)調(diào)用。通過OB1可以進行系統(tǒng)常規(guī)處理，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運行狀態(tài)，比如更新程序中的標志，并進行相應(yīng)處理。
3）循環(huán)中斷OB35。循環(huán)中斷組織塊按照設(shè)定的時間間隔執(zhí)行中斷程序。在循環(huán)中斷中完成模擬量采集、數(shù)字濾波、PID運算，最后是控制量輸出。
4．2控制程序設(shè)計與實現(xiàn)
（1）S7CFC編程語言
CFC（ContinuousFunctionChart，連續(xù)功能圖）用圖形的方式連接程序庫中的各種功能塊，包括從簡單的邏輯操作到復(fù)雜的閉環(huán)和開環(huán)控制等領(lǐng)域。編程的時候?qū)⑿枰墓δ軌K復(fù)制到圖中并用線連接起來即可。定時中斷程序即采用CFC來編寫。
（2）定時中斷的整體結(jié)構(gòu)
在定時中斷中進行模擬量采集、數(shù)字濾波、PID運算以及控制信號輸出，同時實現(xiàn)參數(shù)超限時的報警和停車。程序的控制單元主要有：溫度控制、液位控制、濃度控制等。不同被控量所需定時中斷的時間間隔均不相同，定時時間要根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試情況來確定。
4．3推理程序設(shè)計與實現(xiàn)
經(jīng)過分析，可以看出被控對象的特點是多回路、多參數(shù)、強耦合。因此控制策略為：將復(fù)雜大系統(tǒng)分解成相對獨立的簡單子系統(tǒng)進行處理，控制律力求簡單實用。其中，根據(jù)對被控對象的分析，發(fā)現(xiàn)濃縮液濃度不可在線測量。為了實現(xiàn)濃度的準確控制，采用了推理控制策略，利用可實時測得的稀液流量、濃縮液流量以及二次蒸汽流量，通過推理運算實現(xiàn)濃度的間接控制。推理控制算法采用SCL（類似于C語言）進行編程，并將其編譯成模塊，供CFC編程調(diào)用。BPCS部分主要采用連續(xù)功能圖CFC實現(xiàn)。
4．4系統(tǒng)安全SIS設(shè)計
作為保證生產(chǎn)安全的重要措施，安全控制系統(tǒng)主要包含安全儀表和信號報警兩部分。大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程要求安全儀表系統(tǒng)和信號報警遵循失效安全原則，使工業(yè)設(shè)備在發(fā)生故障的時候轉(zhuǎn)入預(yù)定義的安全狀態(tài)。在本方案中，包括了報警指示、緊急停車聯(lián)鎖等安全控制。緊急停車聯(lián)鎖在蒸發(fā)器裝置的機械設(shè)備故障、某些過程參數(shù)越限、系統(tǒng)自身故障或稀液進料中斷時，對系統(tǒng)實施緊急停車。緊急停車聯(lián)鎖能自動產(chǎn)生一系列預(yù)先定義的動作，使工藝裝置和人員處于安全狀態(tài)。
4．5系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計
控制系統(tǒng)使用西門子WinCC組態(tài)軟件對操作員站進行了組態(tài)，實現(xiàn)對蒸發(fā)器的實時控制及調(diào)整、系統(tǒng)運行監(jiān)控與管理。WinCC使生產(chǎn)過程的狀態(tài)能夠以文字、圖像、曲線和報警等多種形式清晰地表達出來，同時能夠記錄生產(chǎn)過程中發(fā)生的事件，供歷史查詢使用，還可以組態(tài)可打印的報表。
5系統(tǒng)運行與驗證控制
關(guān)鍵詞：企業(yè)內(nèi)部控制；問題；研究
內(nèi)部會計控制是企業(yè)管理者為保證會計記錄與實物資產(chǎn)相一致，確保企業(yè)計劃順利完成與相關(guān)財務(wù)資料真實可靠而設(shè)立的一系列會計管理規(guī)章制度的總稱。它是保證企業(yè)正常運轉(zhuǎn)的前提與基礎(chǔ)。在企業(yè)會計系統(tǒng)高速發(fā)展的今天，內(nèi)部控制系統(tǒng)如何適應(yīng)市場經(jīng)濟發(fā)展的要求，如何滿足現(xiàn)代企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)營方式與管理目標的需要，是一個全新的理論課題，因此，必須不斷健全和完善企業(yè)會計內(nèi)部控制，為企業(yè)經(jīng)濟的健康發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。
一、建立健全會計內(nèi)部控制制度在現(xiàn)代企業(yè)中的作用
1. 建立健全會計內(nèi)部控制制度是法律、法規(guī)的必然要求，也是經(jīng)濟全球化的迫切需要
建立健全會計內(nèi)部控制制度對于及時發(fā)現(xiàn)和糾正企事業(yè)單位的各種錯誤和營私舞弊現(xiàn)象及違法行為，確保法律法規(guī)履行具有特殊的作用。在新舊體制轉(zhuǎn)軌階段，現(xiàn)代企業(yè)經(jīng)營中低效率以及人為的損失、浪費現(xiàn)象較為普遍，無章可循、有章不循、弄虛作假、違規(guī)操作等不正當行為時有發(fā)生。《會計法》以及財政部所頒布的《會計內(nèi)部控制規(guī)范》中都明確要求單位必須建立健全會計內(nèi)部控制制度，加強內(nèi)部監(jiān)督，以保證會計信息的真實性和合法性。
2. 建立健全會計內(nèi)部控制制度保證會計信息的真實性和準確性
健全的會計內(nèi)部控制，可以保證會計信息的采集、歸類、記錄和匯總過程，從而真實的反映現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的實際情況，并及時發(fā)現(xiàn)和糾正各種錯弊，從而保證會計信息的真實性和準確性。
3. 建立健全會計內(nèi)部控制制度有效的防范現(xiàn)代企業(yè)經(jīng)營風險
在現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動中，現(xiàn)代企業(yè)要達到生存發(fā)展的目標，就必須對各類風險進行有效的預(yù)防和控制，會計內(nèi)部控制作為現(xiàn)代企業(yè)管理的中樞環(huán)節(jié)，是防范現(xiàn)代企業(yè)風險最為行之有效的一種手段。它通過對現(xiàn)代企業(yè)風險進行有效評估，不斷的加強對現(xiàn)代企業(yè)經(jīng)營風險薄弱環(huán)節(jié)的控制，把現(xiàn)代企業(yè)的各種風險消滅在萌芽之中，是現(xiàn)代企業(yè)風險防范的一種最佳方法。
4. 建立健全會計內(nèi)部控制制度能維護財產(chǎn)和資源的安全完整。
健全完善的會計內(nèi)部控制能夠科學有效的監(jiān)督和制約財產(chǎn)物資的采購、計量、驗收等各個環(huán)節(jié)，從而確保財產(chǎn)物資的安全完整，并能有效的糾正各種損失浪費現(xiàn)象的發(fā)生。
5. 能夠保證企業(yè)高效率的經(jīng)營。科學的內(nèi)部控制制度，能夠合理地對企業(yè)內(nèi)部各個職能部門和人員進行分工控制、協(xié)調(diào)和考核，促使企業(yè)各部門及人員履行職責、明確目標，保證企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動有序、高效地進行。
二、當前企業(yè)會計內(nèi)部控制存在的問題
目前，我國現(xiàn)代企業(yè)組織管理體制尚未形成規(guī)范化的模式，因而影響和制約了現(xiàn)代企業(yè)的投資決策能力和市場競爭能力，導(dǎo)致現(xiàn)代企業(yè)會計內(nèi)部控制失效。
1. 控制環(huán)境失效
會計內(nèi)部控制環(huán)境是指一個現(xiàn)代企業(yè)的風氣或氛圍。它直接影響著現(xiàn)代企業(yè)員工的控制意識，是會計內(nèi)部控制所有其他要素的基礎(chǔ)。控制環(huán)境失效，將直接影響現(xiàn)代企業(yè)會計內(nèi)部控制制度的實施以及實施的效果，并影響其他控制要素作用的發(fā)揮。目前，我國現(xiàn)代企業(yè)的股權(quán)高度集中，即使將上市現(xiàn)代企業(yè)的流通股全部買進，也不能取得現(xiàn)代企業(yè)的控制權(quán)，資本市場對經(jīng)營者的約束非常有限。現(xiàn)代企業(yè)董事會很大程度上由內(nèi)部人組成，對經(jīng)營人員的監(jiān)督有限，缺乏對高層經(jīng)理的評估和有效激勵，容易造成經(jīng)營的決策失控。
2. 財會系統(tǒng)失效
財會系統(tǒng)是現(xiàn)代企業(yè)為了匯總、分類、分析、記錄、報告現(xiàn)代企業(yè)交易，并保持對相關(guān)資產(chǎn)與負債的受托經(jīng)濟責任而建立的方法和記錄。現(xiàn)代企業(yè)應(yīng)重視財務(wù)財會工作，合法建立和有效利用財會信息系統(tǒng)，并讓相關(guān)的部門和人員知悉其在相關(guān)會計內(nèi)部控制中的作用和責任。財會賬務(wù)處理不真實，弄虛作假，使財會信息失真；收入不實，支出不當；現(xiàn)代企業(yè)資金使用效率低下，損失浪費嚴重；財會監(jiān)督乏力，現(xiàn)代企業(yè)財產(chǎn)物資的安全與完整受到影響；資金的籌集、投放、分配等環(huán)節(jié)缺乏應(yīng)有的宏觀約束機制和調(diào)控手段。
3. 控制程序失效
控制程序是為了確保管理指令得以執(zhí)行，保證現(xiàn)代企業(yè)經(jīng)營目標的實現(xiàn)而建立的政策和程序，是針對風險采取的必要行為。控制程序失效的表現(xiàn)主要為：各項經(jīng)濟活動運行不暢，購、銷、存或者供、產(chǎn)、銷脫節(jié)；預(yù)算的制定、執(zhí)行、分析等環(huán)節(jié)不能相互協(xié)調(diào)，相互制約；經(jīng)濟活動的授權(quán)、主辦、核準，執(zhí)行、記錄和復(fù)核等步驟不能按程序合理分工，職責不清，相互扯皮：管理混亂，各種監(jiān)控系統(tǒng)形同虛設(shè)，信息反饋渠道不暢。
三、現(xiàn)代企業(yè)會計內(nèi)部控制設(shè)計
1. 組織結(jié)構(gòu)控制需要解決的問題
組織結(jié)構(gòu)控制是指對現(xiàn)代企業(yè)組織結(jié)構(gòu)設(shè)置、職務(wù)分工的合理性以及有效性所進行的控制。在組織機構(gòu)方面主要體現(xiàn)在兩個層面：一是法人治理結(jié)構(gòu)方面，涉及到董事會、經(jīng)理設(shè)置和相互關(guān)系問題。現(xiàn)代企業(yè)缺乏規(guī)范的法人治理結(jié)構(gòu)設(shè)置，存在職責不清等問題，使現(xiàn)代企業(yè)目標發(fā)生偏移；二是現(xiàn)代企業(yè)管理部門的設(shè)置。這里探討的主要是現(xiàn)代企業(yè)治理結(jié)構(gòu)方面的問題。現(xiàn)代企業(yè)由于業(yè)務(wù)崗位設(shè)置的先天缺陷而未得到分離，這同現(xiàn)代企業(yè)對不相容職務(wù)是否應(yīng)該加以分離的認識以及業(yè)務(wù)流程的復(fù)雜程度有關(guān)；沒有認識到應(yīng)該加以分離這進一步驗證了現(xiàn)代企業(yè)財務(wù)負責人對不相容職務(wù)的認識水平還停留在一個較低的層次。
2. 會計內(nèi)部控制
會計內(nèi)部控制應(yīng)該與其經(jīng)營管理過程相結(jié)合，成為生產(chǎn)經(jīng)營過程的一個組成部分，而不應(yīng)游離于它的基本活動之外。現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的全過程，也就是資金運動的全過程。要維護現(xiàn)代企業(yè)的整體利益，強化對所屬現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的過程控制，達到控制和減少風險、改善會計狀況、擴大會計成果的目的，就必須將會計內(nèi)部控制滲透到現(xiàn)代企業(yè)的會計管理和資金運動之中，強化對現(xiàn)代企業(yè)會計管理和資金運動的過程控制。
3. 預(yù)算控制
總部應(yīng)運用科學方法制定預(yù)算標準，對下屬現(xiàn)代企業(yè)的年度預(yù)算，應(yīng)根據(jù)經(jīng)營目標進行審查、幫助挖潛，力求預(yù)算合理，并以此約束現(xiàn)代企業(yè)的支出。對于現(xiàn)代企業(yè)預(yù)算控制的內(nèi)容，筆者認為，現(xiàn)代企業(yè)對預(yù)算控制應(yīng)該以資本預(yù)算為中心。即現(xiàn)代企業(yè)確定發(fā)展戰(zhàn)略和經(jīng)營目標，并按照管理層進行分解，確定關(guān)鍵的預(yù)算指標，如銷售額、資本的保值增值、資本性投資的金額和時間分布、投資效益，重大籌資計劃等，作為責任預(yù)算的基礎(chǔ)。對于一般性的預(yù)算內(nèi)容，可以不作為現(xiàn)代企業(yè)預(yù)算控制的重點。
4. 風險防范控制
引入先進管理思想，運用現(xiàn)代風險管理手段和方法，借鑒先進企業(yè)的成功經(jīng)驗，結(jié)合自身管理實踐，逐步樹立管理創(chuàng)新的思想；在現(xiàn)代企業(yè)管理層樹立謹慎而不悲觀、果斷而不冒進的經(jīng)營風格。現(xiàn)代企業(yè)須樹立風險意識，針對各個風險控制點，建立有效的風險管理系統(tǒng)，通過風險預(yù)警、風險識別、風險評估、風險報告等措施，對財務(wù)風險和經(jīng)營風險進行全面防范和控制。
5. 內(nèi)部審計控制
內(nèi)部審計作為現(xiàn)代企業(yè)最高管理層控制現(xiàn)代企業(yè)的工具，對現(xiàn)代企業(yè)的各種財務(wù)資料的可靠性和完整性、現(xiàn)代企業(yè)資產(chǎn)運用的經(jīng)濟有效性等進行審核，并評價現(xiàn)代企業(yè)及其成員現(xiàn)代企業(yè)的會計內(nèi)部控制是否有效，減少舞弊行為。
四、現(xiàn)代企業(yè)會計內(nèi)部控制的保障機制
1. 完善現(xiàn)代企業(yè)的會計內(nèi)部控制環(huán)境
控制環(huán)境包括員工的誠實性和道德觀、員工的勝任能力、管理者的管理哲學和經(jīng)營風格、組織結(jié)構(gòu)、授予權(quán)利和責任的方式、人力資源政策和實施等。控制環(huán)境構(gòu)成了一個單位的氛圍。首先，現(xiàn)代企業(yè)全體員工尤其是管理層應(yīng)當樹立會計內(nèi)部控制理念。會計內(nèi)部控制能否有效關(guān)鍵看現(xiàn)代企業(yè)員工有沒有會計內(nèi)部控制觀念，特別是看管理層是否重視會計內(nèi)部控制制度。其次，完善現(xiàn)代企業(yè)和成員的現(xiàn)代企業(yè)治理。第三，加強人力資源投資，提高員工素質(zhì)。第四，建立積極向上的現(xiàn)代企業(yè)文化。
2. 健全組織機構(gòu)及其責任，內(nèi)部管理控制是整個會計內(nèi)部控制系統(tǒng)的主體部分，其范圍涉及現(xiàn)代企業(yè)經(jīng)營管理各部門、各環(huán)節(jié)，它通過建立和改進有關(guān)的管理政策和程序，有效控制現(xiàn)代企業(yè)運行。（1）健全組織機構(gòu)。把握好集權(quán)和分權(quán)的關(guān)系，建立適合現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展和市場要求的組織機構(gòu)，以及適合現(xiàn)代企業(yè)組織結(jié)構(gòu)，行之有效的激勵與約束管理機制。（2）明確權(quán)責分派。對組織中全部活動的職責和權(quán)限進行合理有效地分配，特別對敏感職位之間的財務(wù)分工要準確合理；為執(zhí)行任務(wù)和承擔職責的組織成員配備所需資源，確保他們的經(jīng)驗和知識與職責權(quán)限相匹配；使所有員工了解他們的工作行為、職責承擔形式和認可方式以及與達成組織目標之間的聯(lián)系。（3）落實人力資源政策及實務(wù)。包括各崗位制定工作說明書和管理任務(wù)清單，健全人事管理、招聘、選拔、培訓(xùn)、人員發(fā)展、績效考核、薪酬等在內(nèi)的人力資源管理制度和相關(guān)流程、工作表格。（4）建立內(nèi)部記錄與報告體系。包括對各類投入產(chǎn)出等的記錄與計算、產(chǎn)品或服務(wù)的質(zhì)量統(tǒng)計與分析、原始記錄管理、各種統(tǒng)計臺賬的登記和統(tǒng)計表格的編制。（5）加強決策與執(zhí)行過程控制。建立經(jīng)營計劃的種類、內(nèi)容、權(quán)力機構(gòu)和組織管理、與經(jīng)營計劃相關(guān)的資金管理控制等經(jīng)營決策程序；建立對產(chǎn)品或服務(wù)的生產(chǎn)周期、投入與完工時間和交貨日期等的時間控制制度；健全對人身、財產(chǎn)、單據(jù)、.印鑒和文件資料等的安全控制制度。
3. 建立風險評估機制和財務(wù)預(yù)警系統(tǒng)
在市場經(jīng)濟條件下，現(xiàn)代企業(yè)面臨的經(jīng)濟環(huán)境日趨復(fù)雜，不可避免地會遇到各種風險，為防范風險，現(xiàn)代企業(yè)應(yīng)建立風險評估機制。現(xiàn)代企業(yè)的風險評估主要應(yīng)包括籌資風險評估、投資風險評估、信用風險評估和合同風險評估等內(nèi)容。現(xiàn)代企業(yè)在建立風險評估機制時應(yīng)成立專業(yè)的風險管理部門來制訂風險管理政策，將風險管理的重點放在籌資和投資兩個方面，并對子現(xiàn)代企業(yè)進行風險管理的授權(quán)、控制和評估。
