臺灣博碩士論文加值系統

自動化控制系統是一般工業界節省人力與成本常用方法，然而於運行時常會有許多狀況發生，例如系統當機，儀器停滯等等，都需等待人員發覺或系統通知人員來排除重置或關機，因而造成許多電力能源浪費，加上傳統儀器無待機模式，電源損耗更多。所以本研究利用電流感測電路與低成本微處理器8051來監控負載變化。當自動化控制系統測試平台發生狀況或者已完成工作，都先關閉電源再等相關測試人員來處理與記錄，進而達到節能目的。本研究除了提供一個獨立電源監控模組外，同時利用串列埠將自動化控制系統與個人電腦加以整合，達到雙重監控功能。最後，用一600W電源供應器與電子負載來虛擬自動化控制系統於運行時之用電狀況。在各種負載狀況下進行實驗測試，由實測結果得知所採用之電流感測器電路具良好的線性度，適合用於所提之節能監控模組，同時亦驗證了本研究之可行性。採用本研究之模組可將自動化系統於待機停滯時之耗能完全省去，只需提供約0.6W功率供監控模組使用。

Automation control systems have been widely used in the industry for saving the labor cost. However, while the systems are unexpectedly crashed or idled, the manpower is still required to manually shut down the systems. Lots of energy would be wasted because of the waiting time for resetting the automation control systems especially the traditional systems without standby mode control. In this study, a current sensing circuit and a low cost 8051 microchip are integrated into an energy saving monitoring module for automation control systems. A personal computer is also adopted and connected by RS-232 interface for monitoring and controlling the systems. Finally, a 600W power supply and an electrical load are used to simulate the power demand of an automation control system. Several experiments with different power loading are carried out. From the experimental results, it can be seen that the linearity of the current sensing circuit is good enough for the current signal feedback and the validity and the performance of the proposed energy saving monitoring module are verified as well. Moreover, the wasted energy while the system crash or idle can totally be eliminated by the proposed module. It only takes about 0.6W for the proposed module.

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誌 謝 iii
目　錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究方向與目標 6
1.3 論文架構 8
第二章 電源監控與節能方式探討 9
2.1 電源監控方法 9
2.2 節能方式 11
2.3 電流檢測元件分析 15
2.4 比流器檢測元件特性選用 17
第三章 監控系統架構與設計 20
3.1 電源監控系統架構規劃 20
3.2 監控系統之硬體電路設計 22
3.3 監控系統軟體之設計 38
3.4 監控模組之製作 41
第四章 實測結果與分析 43
4.1 監控電路硬體訊號之實測 43
4.2 監控電路軟體驗證 53
4.3 實測結果與成本分析 57
第五章 結論 63
5.1 研究成果效益 63
5.2 未來展望與改善方向 65
參考文獻 66




圖目錄
圖1-1各部門能耗分析 2
圖1-2監控模組與自動化測試平台示意圖 4
圖1-3自動化測試程式控制介面 5
圖1-4自動化測試系統負載變化 5
圖2-1泛用型(CTL-H)比流器元件曲線圖 18
圖2-2精密型(CTL-Z)比流器元件曲線圖 18
圖3-1測試平台系統架構圖 21
圖3-2感測與控制系統方塊圖 22
圖3-3電流回授原理 23
圖3-4精密型CTL-Z 系列特性圖 24
圖3-5泛用型CTL-H系列特性圖 24
圖3-6放大整流電路 27
圖3-7各種濾波器頻率響應示意圖 28
圖3-8 RC低通濾波器 29
圖3-9 RC濾波電路 29
圖3-10連續漸進式 類比/數位轉換器原理 31
圖3-11 ADC0804 滿刻度與參考準位調整方法 32
圖3-12 PLC與單晶片8051外觀比較 33
圖3-13單晶片8051 內部架構圖 35
圖3-14單晶片微處理器設計流程 35
圖3-15單晶片8051 USB 燒錄與驗證板 36
圖3-16驅動電路示意圖 38
圖3-17程式設計控制流程圖 39
圖3-18監控模組與自動化測試平台示意圖 40
圖3-19 ADC位階監視畫面 41
圖3-20監控模組成品圖 42
圖4-1監控模組實驗方塊圖 43
圖4-2電流偵測電路示意圖 44
圖4-3比流器輸出曲線圖 45
圖4-4差動放大器輸出曲線圖 46
圖4-5 RC濾波波形 47
圖4-6 RC濾波輸出曲線圖 48
圖4-7 ADC輸出監控軟體介面 49
圖4-8比對實驗結果分析圖 50
圖4-9開啟交流電波形 52
圖4-10關閉交流電波形 53
圖4-11監控程式模擬 54
圖4-12中斷指令控制模擬 55
圖4-13 I/O控制軟體 56
圖4-14電源開關控制 56
圖4-15實驗平台 57
圖4-16實驗流程圖 58
圖4-17輕載與重載實測結果 59
圖4-18系統負載極限實驗 60

表目錄
表1-1各部門能源消耗 1
表2-1電壓與電流監控模式比較 14
表2-2電流檢測元件分析 16
表2-3精密型CTL適用範圍參考(RL = 10 歐姆) 19
表4-1電流偵測輸出 45
表4-2放大整流輸出 46
表4-3 RC濾波器輸入與輸出 48
表4-4 ADC0804 參考電壓調整影響 51
表4-5監控模組價格分析 61
表4-6儀器能耗分析 62

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