895191622PLC控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、緒論課題背景 近年來(lái)，數(shù)控機(jī)床及數(shù)控技術(shù)得到了飛速發(fā)展，在柔性、精確性、可靠性和宜人性等方面的功能越來(lái)越完善，已成為現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)。數(shù)控就是數(shù)字控制，數(shù)控技術(shù)在機(jī)床行業(yè)應(yīng)用得多，就是依靠數(shù)字（電腦編程）來(lái)控制機(jī)床，具有效率高，精度高等主要特點(diǎn)。 數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令來(lái)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制的技術(shù)。它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和與機(jī)械能量流向有關(guān)的開(kāi)關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn)。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問(wèn)世；19世紀(jì)末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農(nóng)在美國(guó)麻省理工學(xué)院進(jìn)行

2、了數(shù)據(jù)快速運(yùn)算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，包括計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機(jī)床控制密切結(jié)合發(fā)展起來(lái)的。1952年，第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時(shí)代的事件，推動(dòng)了自動(dòng)化的發(fā)展?，F(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)，目前它是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計(jì)算機(jī)按事先存貯的控制程序來(lái)執(zhí)行對(duì)設(shè)備的控制功能。由于采用計(jì)算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)，均可通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成。plc控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)臺(tái)研究的目的和意義 數(shù)控機(jī)床以其精度高、效率高、能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械加工中得到

3、日益廣泛的應(yīng)用。它有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)。1 適應(yīng)性強(qiáng)。2 精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。3 生產(chǎn)效率高。4 能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。5 良好的經(jīng)濟(jì)效益。6 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機(jī)床由程序編制及程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置（cnc）、伺服驅(qū)動(dòng)及位置檢測(cè)、輔助控制裝置、機(jī)床本體等幾部分組成。數(shù)控機(jī)床發(fā)展的概況從1952年至今，數(shù)控機(jī)床按照控制機(jī)的發(fā)展，已經(jīng)歷了五代。1959年，由于在計(jì)算機(jī)行業(yè)中研制出晶體管元件，因而在數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印刷電路板，從而跨入了第二代。1965年，出現(xiàn)小規(guī)模集成電路，由于它體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。以上三代系統(tǒng)，都是采用專用控制

4、計(jì)算機(jī)的硬接線數(shù)控系統(tǒng)，我們稱之為硬線系統(tǒng)，統(tǒng)稱為普通數(shù)控系統(tǒng)（nc）。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，小型計(jì)算機(jī)的價(jià)格急劇下降，激烈地沖擊著市場(chǎng)。數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家認(rèn)識(shí)到，采用小型計(jì)算機(jī)來(lái)取代專用控制計(jì)算機(jī)，經(jīng)濟(jì)上是合算的，許多功能可以依靠編制專用程序存在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，構(gòu)成所謂控制軟件而加以實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的可靠性和功能特色。這種數(shù)控系統(tǒng)，稱為第四代系統(tǒng)，即計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（cnc）。但是，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是日新月異的，就在1970年前后，美國(guó)英特爾（intel）公司開(kāi)發(fā)和使用了四位微處理器，微處理芯片滲透到各個(gè)行業(yè)，數(shù)控技術(shù)也不例外。我們把以微處理機(jī)技術(shù)為特征的數(shù)控系統(tǒng)稱為第五代系統(tǒng)（mnc）。我國(guó)

5、數(shù)控機(jī)床發(fā)展的概況1958年，清華大學(xué)和北京第一機(jī)床廠合作研制出我國(guó)第一臺(tái)數(shù)控銑床，由于我國(guó)基礎(chǔ)理論研究滯后，相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，特別是電子技術(shù)落后，數(shù)控系統(tǒng)沒(méi)有突破，雖然我國(guó)起步不晚，但發(fā)展不快，60-70年代，由于文革等因素，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家差距開(kāi)始拉大。70年代國(guó)家組織數(shù)控機(jī)床攻關(guān)，取得一定成效，相繼推出一些數(shù)控機(jī)床品種，但從整體來(lái)看，我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段。80年代前期，我國(guó)引進(jìn)了日本數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)消化吸收，提高了數(shù)控系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)開(kāi)始自行研制、開(kāi)發(fā)并小批量生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床品種和質(zhì)量有了突破性進(jìn)展，我國(guó)數(shù)控機(jī)床進(jìn)入實(shí)用階段。國(guó)家從科技攻關(guān)和技術(shù)改造兩方面對(duì)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)進(jìn)行

6、了重點(diǎn)扶植，并加快了國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。普及型數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成功，為數(shù)控機(jī)床商品化和規(guī)?；a(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。一些數(shù)控機(jī)床主機(jī)廠組建床身、箱體、主軸、軸套等成組單元，廠內(nèi)組織專業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)水平進(jìn)一步提高。cadcappcam開(kāi)始應(yīng)用，開(kāi)發(fā)能力、工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提高，奠定產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)，“十五”數(shù)控機(jī)床進(jìn)入了快速發(fā)展期。我國(guó)從1958年試制成功第一臺(tái)數(shù)控銑床，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程。從“六五”（1980-1985）開(kāi)始數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化，通過(guò)二十多年的發(fā)展，初步建立了國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化體系。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，隨著新技術(shù)革命向縱深發(fā)展，特別是電子技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，一批新技術(shù)的應(yīng)用

7、與當(dāng)代各學(xué)科技術(shù)的融合，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)入了新階段，我國(guó)數(shù)控機(jī)床面臨關(guān)鍵技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的戰(zhàn)略機(jī)遇。未來(lái)的發(fā)展方向目前，世界先進(jìn)制造技術(shù)不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床正在朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：1高速度、高精度化。速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，數(shù)控系統(tǒng)采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度。同時(shí)，采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，即提高插補(bǔ)運(yùn)算的速度和精度，并采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的直線

8、伺服進(jìn)給方式，其高速度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性相當(dāng)優(yōu)越。采用前饋控制技術(shù)，使追蹤滯后誤差大大減小，從而改善拐角切削的加工精度。為適應(yīng)超高速加工的要求，數(shù)控機(jī)床采用主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了變頻電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸一體化，主軸電機(jī)的軸承采用磁浮軸承、液體動(dòng)靜壓軸承或陶瓷滾動(dòng)軸承等形式。目前，陶瓷刀具和金剛石涂層刀具已開(kāi)始得到應(yīng)用。2多功能化。配有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)（刀庫(kù)容量可達(dá)100把以上）的各類加工中心，能在同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)實(shí)現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴(kuò)孔、攻螺紋等多種工序加工，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床還采用了多主軸、多面體切削，即同時(shí)對(duì)一個(gè)零件的不同部位進(jìn)行不同方式的切削加工。數(shù)控系統(tǒng)由于采用了多

9、cpu結(jié)構(gòu)和分級(jí)中斷控制方式，即可在一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行零件加工和程序編制，實(shí)現(xiàn)所謂的“前臺(tái)加工，后臺(tái)編輯”。為了適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的要求，數(shù)控系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離串行接口，甚至可以聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信，也可以直接對(duì)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。3智能化?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床將引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)，根據(jù)切削條件的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過(guò)程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。具有自診斷、自修復(fù)功能，在整個(gè)工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)cnc系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷、檢查。一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采用停機(jī)等措施，并

10、進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的部位、原因等。還可以自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，而接通備用模塊，以確保無(wú)人化工作環(huán)境的要求。為實(shí)現(xiàn)更高的故障診斷要求，其發(fā)展趨勢(shì)是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)。4數(shù)控編程自動(dòng)化。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前cadcam圖形交互式自動(dòng)編程已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。它是利用cad繪制的零件加工圖樣，再經(jīng)計(jì)算機(jī)內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和后置處理，從而自動(dòng)生成nc零件加工程序，以實(shí)現(xiàn)cad與cam的集成。隨著cims技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前又出現(xiàn)了cadcappcam集成的全自動(dòng)編程方式，它與cadcam系統(tǒng)編程的最大區(qū)別是其編程所需的加工工藝參數(shù)不必由人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)

11、的capp數(shù)據(jù)庫(kù)獲得。5可靠性最大化。數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，來(lái)提高可靠性。通過(guò)硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同時(shí)采用硬件結(jié)構(gòu)機(jī)床本體的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化及系列化，使得既提高硬件生產(chǎn)批量，又便于組織生產(chǎn)和質(zhì)量把關(guān)。還通過(guò)自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。利用報(bào)警提示，及時(shí)排除故障；利用容錯(cuò)技術(shù)，對(duì)重要部件采用“冗余”設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)故障自恢復(fù)；利用各種測(cè)試、監(jiān)控技術(shù)，當(dāng)生產(chǎn)超程、刀損、干擾、

12、斷電等各種意外時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。6控制系統(tǒng)小型化。數(shù)控系統(tǒng)小型化便于將機(jī)、電裝置結(jié)合為一體。目前主要采用超大規(guī)模集成元件、多層印刷電路板，采用三維安裝方法，使電子元器件得以高密度安裝，較大規(guī)?？s小系統(tǒng)的占有空間。而利用新型的彩色液晶薄型顯示器替代傳統(tǒng)的陰極射線管，將使數(shù)控操作系統(tǒng)進(jìn)一步小型化。這樣可以方便地將它安裝在機(jī)床設(shè)備上，更便于對(duì)數(shù)控機(jī)床的操作使用。1可編程控制器簡(jiǎn)介可編程控制器是60年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器plc（programmable logic controller），目的是用來(lái)取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。plc的基本設(shè)計(jì)思想是

13、把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)?？刂破骱捅豢貙?duì)象連接方便。隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到70年代中期以后，plc已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的plc已不再是邏輯判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、pid調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯

14、運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。plc是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)?？删幊炭刂破鲗?duì)用戶來(lái)說(shuō)，是一種無(wú)觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計(jì)階段選用可編程控制器，在實(shí)施階段再確定工藝過(guò)程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問(wèn)世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目

15、前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。1.1 plc的結(jié)構(gòu)及各部分的作用可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)。通常由中央處理單元（cpu）、存儲(chǔ)器（ram、rom）、輸入輸出單元（i/o）、電源和編程器等幾個(gè)部分組成。1.1.1中央處理單元（cpu）cpu作為整個(gè)plc的核心，起著總指揮的作用。cpu一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個(gè)集成電路的芯片上。cpu通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路連接。cpu的功能有以下一些：從存儲(chǔ)器中讀取指令，執(zhí)行指令，取下一條指令，處理中

16、斷。1.1.2 存儲(chǔ)器（ram、rom）存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器;存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器；存放工作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。常用的存儲(chǔ)器有ram、eprom和eeprom。ram是一種可進(jìn)行讀寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器存放用戶程序，生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放在ram中的用戶程序可方便地修改。ram存儲(chǔ)器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池做備用電源。掉電時(shí)，可有效地保持存儲(chǔ)的信息。eprom、eeprom都是只讀存儲(chǔ)器。用這些類型存儲(chǔ)器固化系統(tǒng)管理程序和應(yīng)用程序。1.1.3 輸入輸出單元（i/o單元） i/o

17、單元實(shí)際上是plc與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件。i/o單元有良好的電隔離和濾波作用。接到plc輸入接口的輸入器件是各種開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等。plc的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型。 1.1.4 電源 plc電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。plc內(nèi)有一個(gè)穩(wěn)壓電源用于對(duì)plc的cpu單元和i/o單元供電。1.1.5 編程器 編程器是plc的最重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶程序送入plc的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視plc的工作狀態(tài)。除此以外，在個(gè)人計(jì)算

18、機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖?，即可用個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)plc編程。利用微機(jī)作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。1.2 plc的工作原理 plc采用循環(huán)掃描的工作方式，在plc中用戶程序按先后順序存放，cpu從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。plc的掃描過(guò)程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過(guò)程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。當(dāng)plc處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在plc處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。1.2.1 輸入處理輸入處理也叫輸入采樣。在此

19、階段，順序讀入所有輸入端子的通端狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。1.2.2 程序執(zhí)行根據(jù)plc梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，plc從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對(duì)應(yīng)映象寄存器，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，存入有關(guān)器件寄

20、存器中。對(duì)每個(gè)器件來(lái)說(shuō)，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而變化。 1.2.3 輸出處理 程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過(guò)隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。1.3 plc編程語(yǔ)言1.3.1 梯形圖編程語(yǔ)言梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，它是在電器控制系統(tǒng)中常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了符號(hào)演變來(lái)的，形象、直觀、實(shí)用。梯形圖的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)梯形圖按從左到右、從上到下的順序排列。每一邏輯行起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的串、并聯(lián)接，最后是線圈與右母線相聯(lián)。

21、(2)梯形圖中每個(gè)梯級(jí)流過(guò)的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒(méi)有電源。這個(gè)“概念電流”只是形象地描述用戶程序執(zhí)行中應(yīng)滿足線圈接通的條件。 (3)輸入繼電器用于接收外部輸入信號(hào)，而不能由plc內(nèi)部其它繼電器的觸點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)，而不出現(xiàn)其線圈。輸出繼電器輸出程序執(zhí)行結(jié)果給外部輸出設(shè)備，當(dāng)梯形圖中的輸出繼電器線圈得電時(shí)，就有信號(hào)輸出，但不是直接驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，而要通過(guò)輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實(shí)現(xiàn)。輸出繼電器的觸點(diǎn)可供內(nèi)部編程使用。1.3.2 語(yǔ)句表編程語(yǔ)言指令語(yǔ)句表示一種與計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言相類似的助記符編程方式，但比匯編語(yǔ)言易懂易學(xué)。一條指令

22、語(yǔ)句是由步序、指令語(yǔ)和作用器件編號(hào)三部分組成。1.3.3 控制系統(tǒng)流程圖編程圖控制系統(tǒng)流程圖是一種較新的編程方法。它是用像控制系統(tǒng)流程圖一樣的功能圖表達(dá)一個(gè)控制過(guò)程，目前國(guó)際電工協(xié)會(huì)(iec)正在實(shí)施發(fā)展這種新式的編程標(biāo)準(zhǔn)。1.4 小結(jié)本章介紹了可編程控制器的組成、工作原理及plc的編程語(yǔ)言。根據(jù)以上介紹，可以看出plc的特點(diǎn)：編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)；功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高；硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少；維修工作量小，維修方便；體積小，能耗低。因此，plc的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、閉環(huán)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理及通信

23、聯(lián)網(wǎng)等。2 伺服系統(tǒng)及步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 伺服系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容是機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中涉及的力學(xué)、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、伺服參數(shù)檢測(cè)和控制等方面的理論和技術(shù)問(wèn)題。伺服系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化、自動(dòng)控制、電氣工程、機(jī)電一體化等專業(yè)既是一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)，又是一項(xiàng)專業(yè)技術(shù)，因?yàn)樗粌H分析各種基本的變換電路，而且結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，解決各種復(fù)雜定位控制問(wèn)題，如機(jī)器人控制、數(shù)控機(jī)床等，它是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)相結(jié)合的交叉學(xué)科，是力學(xué)、機(jī)械、電工、電子、計(jì)算機(jī)、信息和自動(dòng)化等學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域的綜合，這些技術(shù)出現(xiàn)的新進(jìn)展都使它向前邁進(jìn)一步，其技術(shù)進(jìn)步是日新月異的。2.1 伺服系統(tǒng)的作用及組成 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，使輸出量能夠以一定準(zhǔn)確度跟隨

24、輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，亦稱伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用在于接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件跟隨指令脈沖運(yùn)動(dòng)，并保證動(dòng)作的快速和準(zhǔn)確，這就要求是高質(zhì)量的速度和位置伺服。數(shù)控機(jī)床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)往往主要取決于伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。它是一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中用作速度反饋的檢測(cè)裝置為測(cè)速發(fā)電機(jī)、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個(gè)獨(dú)立的單元部件，它由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、及功率驅(qū)動(dòng)放大器等個(gè)部分組成。位置環(huán)是由cnc裝置中的位置

25、控制模塊、速度控制單元、位置檢測(cè)及反饋控制等各部分組成，位置控制主要是對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸進(jìn)行控制。軸控制是要求最高的位置控制，不僅單個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)速度和位置精度的控制有嚴(yán)格要求，而且在多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，還要求各移動(dòng)軸有很多的動(dòng)態(tài)配合，才能保證加工效率、加工精度和表面粗糙度指令速度控制單元位置控制模塊伺服電動(dòng)機(jī)工作臺(tái)位置檢測(cè)測(cè)量與反饋速度檢測(cè)速度環(huán)速度反饋位置環(huán)位置反饋cnc速度控制單元機(jī)床圖2-1 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 伺服系統(tǒng)的分類伺服系統(tǒng)按調(diào)節(jié)理論分類可分為開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)；按使用的驅(qū)動(dòng)元件分類可分為步進(jìn)伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)。在這里我們重點(diǎn)介紹開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)和步

26、進(jìn)伺服系統(tǒng)。2.2.1 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)這是一種比較原始的伺服系統(tǒng)。這類數(shù)控系統(tǒng)將零件的程序處理后，輸出數(shù)據(jù)指令給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有來(lái)自位置傳感器的反饋信號(hào)。最典型的系統(tǒng)就是采用步進(jìn)電機(jī)的伺服系統(tǒng)，如圖2-2所示。工作臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)指令脈沖驅(qū)動(dòng)電路圖2-2 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng) 它一般由環(huán)形分配器、步進(jìn)電機(jī)功率放大器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、配速齒輪和絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副等組成。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度（即步距腳），再經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。這類系統(tǒng)信息流是是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來(lái)，所以稱為開(kāi)環(huán)控制。2.2.2 步進(jìn)伺服系統(tǒng)如上圖

27、2-1所示，步進(jìn)式伺服系統(tǒng)亦稱為開(kāi)環(huán)位置伺服系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)元件為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)盛行于20世紀(jì)70年代，且控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，控制最容易，維修最方便，控制為全數(shù)字化（即數(shù)字化的輸入指令脈沖對(duì)應(yīng)著數(shù)字化的位置輸出），這完全符合數(shù)字化控制技術(shù)的要求，數(shù)控系統(tǒng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路結(jié)為一體。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率驅(qū)動(dòng)電路之外，其他硬件電路均可由軟件實(shí)現(xiàn)，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。但步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的耗能太大，速度也不高，當(dāng)其在脈沖當(dāng)量為1m時(shí)，最高移動(dòng)速度僅有2mm/min，且功率越大移動(dòng)速度越低，所以主要用于速度與精度要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及舊設(shè)備改造中2

28、.3 步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)是一種將電子數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)的電磁增量運(yùn)動(dòng)器件。典型的電機(jī)繞組固定在定子上，而轉(zhuǎn)子則由硬磁或軟磁材料組成。當(dāng)控制系統(tǒng)將一個(gè)電脈沖信號(hào)經(jīng)功率裝置加到定子繞組中，電機(jī)便會(huì)沿一定的方向旋轉(zhuǎn)一步。脈沖的頻率決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與所輸入的電脈沖個(gè)數(shù)成正比；因此，只要簡(jiǎn)單地改變輸入脈沖的數(shù)目，就能控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行角度，從而達(dá)到位置控制的目的。步進(jìn)電機(jī)有以下特點(diǎn)：（1）運(yùn)行角度正比于輸入脈沖，便于開(kāi)環(huán)運(yùn)行，花費(fèi)少；（2）具有鎖定轉(zhuǎn)矩；（3）定位精度高，并且沒(méi)有累積誤差；（4）具有優(yōu)良的起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)響應(yīng)；（5）無(wú)電刷和可靠性高；（6）可低速運(yùn)行，直接

29、驅(qū)動(dòng)負(fù)載；（7）不適宜的控制會(huì)引起振動(dòng)；（8）不宜運(yùn)行于高速狀態(tài)。2.4 步進(jìn)電機(jī)的控制2.4.1 開(kāi)環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)的最顯著的優(yōu)勢(shì)是不需要位置反饋信號(hào)就能夠進(jìn)行精確的位置控制。這種開(kāi)環(huán)控制形式省去了昂貴的位置傳感器件，只需對(duì)輸入指令脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，就能知道電機(jī)的位置。圖2-3所示的是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制的基本組成，它包括驅(qū)動(dòng)電路、脈沖發(fā)生器和能使電機(jī)繞組按特定相序勵(lì)磁的脈沖分配器。 供電電源 脈沖 發(fā)生器脈沖 分配器驅(qū)動(dòng) 電路步進(jìn)電 機(jī)負(fù)載 指令圖2-3 步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)控制原理圖2.4.2 閉環(huán)控制在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，電機(jī)響應(yīng)走步指令后的實(shí)際運(yùn)行情況，控制系統(tǒng)是無(wú)法預(yù)測(cè)和監(jiān)視的。在一些運(yùn)行速度范圍

30、寬、負(fù)載大小變化頻繁的場(chǎng)合，步進(jìn)電機(jī)容易失步，而使整個(gè)系統(tǒng)趨于失控。這時(shí)候，可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行位置閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)，并將信號(hào)反饋至控制單元，使得系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)發(fā)出的走步命令，只有得到相應(yīng)實(shí)際位置響應(yīng)后，方告完成。因此，閉環(huán)控制的最基本任務(wù)是防止步進(jìn)電機(jī)失步。實(shí)際上是一種簡(jiǎn)單的位置伺服系統(tǒng)。圖2-4為閉環(huán)系統(tǒng)的原理圖，整個(gè)系統(tǒng)是在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了位置檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理的閉環(huán)控制電路。 供電電源 負(fù)載步進(jìn)電機(jī)指令閉環(huán) 控制器閉環(huán) 控制器脈沖 分配器驅(qū)動(dòng)電路位置信號(hào)處理圖2-4 步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制原理圖2.5 小結(jié)作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加

31、工性能的重要指標(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來(lái)發(fā)展了多種伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)?？梢灶A(yù)見(jiàn)隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動(dòng)機(jī)及高速電主軸等將成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)的關(guān)注的熱點(diǎn)，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。3 plc控制步進(jìn)電機(jī)方法的研究 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍，它與計(jì)算機(jī)有效結(jié)合，可進(jìn)行模擬量控制，具有遠(yuǎn)程通信功能等。有人將其稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（即plc，機(jī)器人，cad/cam）之一。目前可編程序控制器（programmable contr

32、oller）簡(jiǎn)稱plc已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域，為工業(yè)自動(dòng)化提供了有力的工具。3.1 plc的基本結(jié)構(gòu) plc采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括cpu、ram、rom和輸入/輸出接口電路等。如果把plc看作一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量-plc-輸出變量組成，外部的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的信號(hào)均作為plc的輸入變量，它們經(jīng)plc外部端子輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng)plc內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其它各種運(yùn)算、處理后送到輸出端子，它們是plc的輸出變量，由這些輸出變量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。3.2 控制方法及研究3.2.1 fp1的特殊功能簡(jiǎn)介 (1) 脈沖輸出 fp1的輸出端y7可輸出脈沖

33、，脈沖頻率可通過(guò)軟件編程進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出頻率范圍為360hz5khz。 (2) 高速計(jì)數(shù)器（hsc） fp1內(nèi)部有高速計(jì)數(shù)器，可同時(shí)輸入兩路脈沖，最高計(jì)數(shù)頻率為10khz，計(jì)數(shù)范圍-8388608+8388607。 (3) 輸入延時(shí)濾波 fp1的輸入端采用輸入延時(shí)濾波，可防止因開(kāi)關(guān)機(jī)械抖動(dòng)帶來(lái)的不可靠性，其延時(shí)時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為1ms128ms。 (4) 中斷功能 fp1的中斷有兩種類型，一種是外部硬中斷，一種是內(nèi)部定時(shí)中斷。3.2.2 步進(jìn)電機(jī)的速度控制 fp1有一條spd0指令，該指令配合hsc和y7的脈沖輸出功能可實(shí)現(xiàn)速度及位置控制。速度控制梯形圖見(jiàn)圖3-1，控制方式參數(shù)

34、見(jiàn)圖3-2，脈沖輸出頻率設(shè)定曲線見(jiàn)圖3-3。圖3-1 速度控制梯形圖圖3-2 控制方式參數(shù)圖3-3 脈沖輸出頻率設(shè)定曲線3.2.3 控制系統(tǒng)的程序運(yùn)行圖3-4 控制系統(tǒng)原理圖 圖3-4是控制系統(tǒng)的原理接線圖，圖4中y7輸出的脈沖作為步進(jìn)電機(jī)的時(shí)鐘脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生節(jié)拍脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)y7接至plc的輸入接點(diǎn)x0，并經(jīng)x0送至plc內(nèi)部的hsc。hsc計(jì)數(shù)y7的脈沖數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)發(fā)生中斷，使y7的脈沖頻率切換至下一參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確的位置控制。實(shí)現(xiàn)這一控制的梯形圖見(jiàn)圖3-5。圖3-5 控制梯形圖 控制系統(tǒng)的運(yùn)行程序：第一句是將dt9044和dt9045清零，即為hsc進(jìn)行計(jì)數(shù)做

35、準(zhǔn)備;第二句第五句是建立參數(shù)表，參數(shù)存放在以dt20為首地址的數(shù)據(jù)寄存器區(qū);最后一句是啟動(dòng)spd0指令，執(zhí)行到這句則從dt20開(kāi)始取出設(shè)定的參數(shù)并完成相應(yīng)的控制要求。 由第一句可知第一個(gè)參數(shù)是k0，是pulse方式的特征值，由此規(guī)定了輸出方式。第二個(gè)參數(shù)是k70，對(duì)應(yīng)脈沖頻率為500hz，于是y7發(fā)出頻率為500hz的脈沖。第三個(gè)參數(shù)是k1000，即按此頻率發(fā)1000個(gè)脈沖后則切換到下一個(gè)頻率。而下一個(gè)頻率即最后一個(gè)參數(shù)是k0，所以當(dāng)執(zhí)行到這一步時(shí)脈沖停止，于是電機(jī)停轉(zhuǎn)。故當(dāng)運(yùn)行此程序時(shí)即可使步進(jìn)電機(jī)按照規(guī)定的速度、預(yù)定的轉(zhuǎn)數(shù)驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，使之達(dá)到預(yù)定位置后自動(dòng)停止。3.3 小結(jié) 利用可編程序

36、控制器可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和位置的控制，方便可靠地進(jìn)行各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作。它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化革命，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的介紹和調(diào)試4.1 系統(tǒng)概述4.1.1 主要用途hjd-4型機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要用途為 ：(1)可完成機(jī)電傳動(dòng)控制、可編程控制器原理與應(yīng)用、機(jī)床電氣控制、機(jī)電一體化控制技術(shù)與系統(tǒng)等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué) ；(2)為機(jī)電類本科生、?？粕恼n程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)提供實(shí)踐環(huán)節(jié) ； (3)為教師和相關(guān)科技人員從事機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái) ； (4)為企業(yè)培養(yǎng)機(jī)電一體化設(shè)備的維護(hù)管理人員 。4.1.2 系統(tǒng)組成hjd-4型機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由個(gè)

37、人計(jì)算機(jī)、電控柜以及微加工中心等幾個(gè)部分組成，如圖4-1所示。電控柜個(gè)人計(jì)算機(jī)微加工中心 圖4-1 系統(tǒng)組成個(gè)人計(jì)算機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的上位機(jī)，完成兩大功能：(1)通過(guò)232串行通訊線與hdj-2型控制系統(tǒng)中的plc串行通訊板連接，形成兩級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)plc的監(jiān)控及兩級(jí)控制 ；(2)通過(guò)sc-09編程電纜與plc連接，實(shí)現(xiàn)plc的編程、程序的輸入輸出、監(jiān)控等。hdj-2型控制系統(tǒng)控制核心為plc，包括繼電器接觸器系統(tǒng)、plc、位置控制模塊（1pg和20gm）、交流伺服控制系統(tǒng)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)、控制面板和面板接線端子等，如圖4-2所示：plc20gm繼電器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制

38、系統(tǒng)面板接線端子操作面板變頻調(diào)速系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)斷路器保 險(xiǎn)接觸器1pg圖4-2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電控柜通過(guò)接線端子與微加工中心連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)微加工中心的控制。4.2 主要技術(shù)參數(shù)4.2.1 輸入電壓三相四線 ：380v，50hz 4.2.2 坐標(biāo)軸參數(shù)坐標(biāo)軸主要參數(shù)如表4-1所示。 表4-1 ：坐標(biāo)軸主要參數(shù)技 術(shù) 規(guī) 格單 位參 數(shù) 工 作 臺(tái) 尺 寸 （長(zhǎng)寬）mm160160行 程 x 軸mm160 y 軸mm160 z 軸mm100 c 軸 deg180 主 軸 轉(zhuǎn) 速 范 圍r/min101400 進(jìn) 給 速 度 （x、y、z）mm/min11000（步 進(jìn)）12000（伺 服） 快 移

39、 速 度 （x、y、z）mm/min1000（步 進(jìn)）2000（伺 服） 刀 庫(kù) 刀 具 容 量把8脈沖當(dāng)量x 軸mm0.02y 軸mm0.0016z 軸mm0.02刀 庫(kù)mdeg0.744.2.3 計(jì)算機(jī)環(huán)境(1)硬件要求cpu：intel celeron400以上；內(nèi)存：不小于64m；顯示器：800600以上，顏色設(shè)置為256色以上；串行通訊口：兩個(gè)。 (2)軟件要求操作系統(tǒng)平臺(tái)：win98/winme/win2000/winxp；應(yīng)用軟件：fxgpwin、fxvps-e、visual basic 6.0、flash5.0、medwin等 。4.2.4 坐標(biāo)系 微加工中心由x、y、z、c四

40、軸工作臺(tái)和刀庫(kù)機(jī)械手組成，其坐標(biāo)系如下圖所示。xyzctmt圖4-3 坐標(biāo)系 4.3控制系統(tǒng)的電源控制控制系統(tǒng)的主電路如圖4-4所示。其主要操作如下：(a) 控制電路、風(fēng)扇和照明燈電路(b) 控制電源、plc電源、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電源控制電路（c）交流伺服、交流變頻和正反轉(zhuǎn)電機(jī)控制電路(d) plc與各控制系統(tǒng)的連接(e) 控制系統(tǒng)的控制圖4-4 主電路圖操作步驟(1) 將控制系統(tǒng)上的電源插頭接到380v的電源上。(2) 合上電源總斷路器qs（電源總開(kāi)關(guān)位于操作臺(tái)下部的右邊），如圖4-4所示，控制電路電源接通，電柜風(fēng)扇通電，操作電柜側(cè)邊的開(kāi)關(guān)可控制照明燈點(diǎn)亮和熄滅；(3) 合上斷路器qf1，用操作面

41、板上的電源開(kāi)關(guān)使plc、24v和5v控制電壓接通電源，使所有的短路器的輸入端接通交流電源。(4) 如果要使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)接通電源，在(3)的基礎(chǔ)上，首先合上短路器qf2；然后用plc控制程序控制plc的輸出接點(diǎn)y30為1，從而使km2的線圈得電，主觸頭導(dǎo)通，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)接通電源（詳細(xì)使用說(shuō)明請(qǐng)參考“步進(jìn)電動(dòng)機(jī)升降速及性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)說(shuō)明）。電源總斷路器圖4-5 電源總斷路器的位置 (5) 如果要使伺服電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)接通電源，在(3）的基礎(chǔ)上，首先合上短路器qf3，交流然伺服電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的控制電壓接通，然后用plc控制程序控制plc的輸出接點(diǎn)y31為1，從而使km3的線圈得電，主觸

42、頭導(dǎo)通，交流伺服電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)主回路接通電源（詳細(xì)使用說(shuō)明請(qǐng)參考“交流伺服定位性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)說(shuō)明）；(6) 如果要使交流變頻調(diào)速系統(tǒng)接通電源，在(3）的基礎(chǔ)上，首先合上短路器qf4，然后用plc控制程序控制plc的輸出接點(diǎn)y32為1，從而使km4的線圈得電，主觸頭導(dǎo)通，交直流調(diào)速系統(tǒng)接通電源（詳細(xì)使用說(shuō)明請(qǐng)參考“三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)說(shuō)明）。(7) 如果要使正反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，在(3）的基礎(chǔ)上，首先合上短路器qf5，然后用plc控制程序控制plc的輸出接點(diǎn)y33或y34為1，從而使km5或km6的線圈得電，主觸頭導(dǎo)通，正反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)（詳細(xì)使用說(shuō)明請(qǐng)參考“三相異

43、步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)說(shuō)明）。(8) 如果要使油泵電動(dòng)機(jī)接通電源，在(3)的基礎(chǔ)上，首先合上斷路器qf7，然后用plc控制程序控制plc的輸出接點(diǎn)y35為1，從而使km7的線圈得電，主觸頭導(dǎo)通，油泵電動(dòng)機(jī)接通電源（詳細(xì)使用說(shuō)明請(qǐng)參考“液壓系統(tǒng)的plc控制實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)說(shuō)明）。4.4 主要參數(shù)設(shè)定4.4.1 fx-20gm在系統(tǒng)中，fx-20gm可對(duì)x軸和z軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)單軸和聯(lián)動(dòng)控制，其主要參數(shù)設(shè)定如表4-2所示。表4-2 fx-20gm主要參數(shù)設(shè)定參數(shù)號(hào)x 軸z 軸字節(jié)數(shù)寄存器設(shè)定值寄存器設(shè)定值1d9202200d940220022d92044000d9404400023d92082

44、000d9408200024d9210400d941040025d9216500d941650026d9218500d941850027d9226400d942640028d9228200d942820029d92340d94340210d92361d94362所有參數(shù)通過(guò)plc指令dmov來(lái)設(shè)定。有關(guān)參數(shù)的意義與設(shè)定方法請(qǐng)參考附錄“fx-20gm的使用說(shuō)明”和“plc定位模塊應(yīng)用實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。4.4.2 交流伺服控制系統(tǒng)在系統(tǒng)中，plc的脈沖輸出端（y0或y1）以及脈沖方向輸出端（除y0、y1以外的其他輸出端）為交流伺服控制系統(tǒng)的脈沖/方向信號(hào)，從而對(duì)y軸進(jìn)行定位控制，其主要參數(shù)設(shè)定如表4

45、-3所示。表4-3 交流伺服控制系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)定參數(shù)號(hào)設(shè)定值pr020pr040pr423pr431微型加工中心的c軸為旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，它的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為蝸輪蝸桿（蝸輪蝸桿的減速比為1：38，即蝸桿旋轉(zhuǎn)38轉(zhuǎn)，蝸輪旋轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)）。 本實(shí)驗(yàn)采用可調(diào)速脈沖輸出指令“dplsr”，通過(guò)plc的y1輸出端產(chǎn)生脈沖給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器sh-20402a，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)m按升降速方式運(yùn)行。而步進(jìn)電機(jī)則驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿，再由蝸輪蝸桿帶動(dòng)c軸旋轉(zhuǎn)。（說(shuō)明：本實(shí)驗(yàn)所用plc為fx2n-128mt，屬于晶體管輸出型，其輸出端y0、y1均可產(chǎn)生高速脈沖 ，其頻率為10khz以下 。）圖4-6 plc控制接線圖當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，為

46、避免c軸與z軸發(fā)生碰撞而損壞，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)之前將z軸移開(kāi)！可調(diào)速脈沖輸出指令“dplsr”可控制步進(jìn)電機(jī)按升降速方式運(yùn)行，其使用方法如下 ： x10s1s2s3 ddplsr工作頻率 （hz）總脈沖數(shù)（pls）升降速時(shí)間 （ms）y0或y1 其中：s1的設(shè)定范圍為：1020000hz ； s2的設(shè)定范圍為：1102，147，483，647pls（因?yàn)閐plsr 為32 位運(yùn)算指令） ； s3的設(shè)定范圍為：500ms以下 ； d的規(guī)定：（1）只能為y0或y1 ； （2）一定為晶體管輸出 本實(shí)驗(yàn)步進(jìn)電機(jī)45byg250b的步距角為1.8度 ；驅(qū)動(dòng)器sh-20402a為細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，可實(shí)現(xiàn)1、2、4、8、

47、16、32、64細(xì)分（其中：1時(shí)為整步，2為半步）。本實(shí)驗(yàn)采用64細(xì)分，驅(qū)動(dòng)器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)64個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)走一步。驅(qū)動(dòng)器向步進(jìn)電機(jī)每發(fā)送64*200個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)1圈。又因蝸輪蝸桿的減速比為1 ：38（蝸桿旋轉(zhuǎn)38轉(zhuǎn)，蝸輪旋轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)），因此，要使c軸旋轉(zhuǎn)1圈，驅(qū)動(dòng)器須向步進(jìn)電機(jī)發(fā)射64*200*38個(gè)脈沖 。4.5 plc控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)臺(tái)梯形圖x000x004y030y030x003x001m2x002m2x001x002m1m1m2dplsr k5000 k128000 k2000 y001m1y002end圖4-7 plc控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)臺(tái)梯形圖（a）plc控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)臺(tái)程序

48、如圖4-7所示，當(dāng)常開(kāi)觸點(diǎn)x0變?yōu)槌ｉ]觸點(diǎn)時(shí)，線圈y30通電，驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)。當(dāng)x1的常開(kāi)觸點(diǎn)接通后，輔助繼電器m2通電，驅(qū)動(dòng)器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送頻率為500hz的12800個(gè)脈沖，線圈y1和y2通電，旋轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)。當(dāng)x2的常開(kāi)觸點(diǎn)接通后，輔助繼電器m1、m2通電，此時(shí)m1的常閉觸點(diǎn)變?yōu)槌ｉ_(kāi)觸點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖，線圈y1通電而線圈y2斷電，旋轉(zhuǎn)臺(tái)反轉(zhuǎn)。x004x000y030y030x003x001m2x002m2x001x002m1m1m2dplsr k5000 k128000 k2000 y001m1y002x001x002m8200y001c200 k0end圖4-8 plc控制步進(jìn)電機(jī)

49、旋轉(zhuǎn)臺(tái)梯形圖（b） 圖4-8所示的plc控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)臺(tái)梯形圖是我在實(shí)驗(yàn)過(guò)程根據(jù)原有的實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行改編的,在原有的程序中加入一個(gè)計(jì)數(shù)器c200,由特殊輔助繼電器m8200進(jìn)行控制。當(dāng)特殊輔助繼電器m8200接收到的脈沖為“0”時(shí)，計(jì)數(shù)器c200進(jìn)行加計(jì)數(shù)；當(dāng)m8200接收到的脈沖為“1”時(shí)，計(jì)數(shù)器c200進(jìn)行減計(jì)數(shù)。當(dāng)x1的常開(kāi)觸點(diǎn)接通后，旋轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)，m8200接收到的脈沖為“0”，c200加計(jì)數(shù)；當(dāng)x2的常開(kāi)觸點(diǎn)接通后，旋轉(zhuǎn)臺(tái)反轉(zhuǎn)，m8200通電，接收到的脈沖為“1”，c200減計(jì)數(shù)。通過(guò)這樣一個(gè)程序，我們能更直觀的觀察到旋轉(zhuǎn)臺(tái)所進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)，也可以更方便的看到驅(qū)動(dòng)器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)，從而更快的計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)所旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)?？偨Y(jié)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我做的是plc控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的研究，要做好該設(shè)計(jì)，必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)全面的了解，因此我最開(kāi)始是在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)該系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，弄清楚各部分的工作原理和特性。在實(shí)驗(yàn)中，并不是十分順利，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，例如線路，或者其他電路的分析，在實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，例如電機(jī)不轉(zhuǎn)或方向出現(xiàn)問(wèn)題，有時(shí)是沒(méi)有按預(yù)先啟動(dòng)，就要檢查線路，通常我們都會(huì)用到萬(wàn)用表，示波器等工具檢查電壓，極性等來(lái)查找問(wèn)題的所在，隨著問(wèn)題的出現(xiàn)，我們就在老師的幫助下解決并弄懂很多原理，很多都是實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，十分寶貴，讓我們平時(shí)學(xué)的一些書面的理論有了很好的實(shí)