第3章 制造系統(tǒng)及其自動(dòng)化,機(jī)械工程 哈工大

第3章制造過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)

機(jī)電學(xué)院機(jī)械制造及自動(dòng)化系主講教師：周亮制造系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)第3章制造過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)：用控制信號(hào)（輸入量）通過(guò)系統(tǒng)諸環(huán)節(jié)來(lái)控制被控量（輸出量），使其按規(guī)定的方式和要求變化的系統(tǒng)。

制造過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)是制造自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。

3.1.1控制系統(tǒng)的基本組成例：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)3.1控制系統(tǒng)概述

3.1.1控制系統(tǒng)的基本組成3.1制造過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)概述3.1.2控制系統(tǒng)的基本類型按給定量規(guī)律恒值控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)控制方式開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)傳遞信號(hào)性質(zhì)系統(tǒng)數(shù)字模型線性控制系統(tǒng)非線性控制系統(tǒng)3.1.2控制系統(tǒng)的基本類型恒值控制系統(tǒng)電爐溫度控制系統(tǒng)示意圖3.1.2控制系統(tǒng)的基本類型程序控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)示意圖數(shù)控程序計(jì)算機(jī)D/A放大器伺服電機(jī)刀具A/D測(cè)速發(fā)電機(jī)工件+-3.1.2控制系統(tǒng)的基本類型隨動(dòng)系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)示意圖3.1.2控制系統(tǒng)的基本類型開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)原理圖3.1.2控制系統(tǒng)的基本類型閉環(huán)控制系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖3.1.2控制系統(tǒng)的基本類型閉環(huán)控制系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)控制過(guò)程框圖3.1.2控制系統(tǒng)的基本類型閉環(huán)控制系統(tǒng)導(dǎo)彈發(fā)射和制導(dǎo)系統(tǒng)示意圖3.1.2控制系統(tǒng)的基本類型按系統(tǒng)中傳遞信號(hào)的性質(zhì)分類（1）連續(xù)控制系統(tǒng)傳遞的信號(hào)都是模擬信號(hào)，控制規(guī)律一般用硬件組成的控制器實(shí)現(xiàn)的，描述此種系統(tǒng)的數(shù)學(xué)工具是微分方程和拉氏變換。（2）離散控制系統(tǒng)系統(tǒng)中傳遞的信號(hào)有數(shù)字信號(hào)，控制規(guī)律一般用軟件實(shí)現(xiàn)，通常采用計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的控制器。按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分類（1）線性控制系統(tǒng)可用線性微分方程來(lái)描述的系統(tǒng)。（2）非線性控制系統(tǒng)不能用線性微分方程來(lái)描述的系統(tǒng)。3.1.2控制系統(tǒng)的基本類型機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)凸輪控制：是一種最原始、最基本的機(jī)械式傳動(dòng)控制方式，也是出現(xiàn)最早且至今仍在使用的自動(dòng)控制方式，但它僅適用于加工品種不變的大批量生產(chǎn)。優(yōu)點(diǎn)：工作可靠、使用壽命長(zhǎng)、節(jié)拍準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、調(diào)整時(shí)容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、以及調(diào)整完畢后能正常進(jìn)行工作。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、可調(diào)性差、凸輪的設(shè)計(jì)制造工作量大、易產(chǎn)生沖擊和噪聲。另外,由于凸輪又兼做驅(qū)動(dòng)元件，因此一般不能承受重載荷切削。3.1.2控制系統(tǒng)的基本類型機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)

穩(wěn)定性：指系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的振蕩傾向和系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡工作狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是保證系統(tǒng)正常工作的前提。

準(zhǔn)確性：指系統(tǒng)過(guò)渡到新的平衡工作狀態(tài)后，或系統(tǒng)受到干擾重新恢復(fù)平衡后，最終保持的精度而言，它反映動(dòng)態(tài)過(guò)程后期的性能。

快速性：針對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短而言，指輸出量和輸入量產(chǎn)生偏差時(shí)，系統(tǒng)消除這種偏差的快慢程度。用于表征系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。3.1.3控制系統(tǒng)的性能要求

1）弄清系統(tǒng)被控對(duì)象、被控量及主要干擾是什么？2）采用何種檢測(cè)與轉(zhuǎn)換元件？測(cè)量被控量還是擾動(dòng)量？3）采用何種執(zhí)行機(jī)構(gòu)？4）采用哪個(gè)裝置給定參考輸入量或指令？5）如何判斷或計(jì)算偏差？6）通過(guò)什么裝置實(shí)現(xiàn)控制作用？3.1.4控制系統(tǒng)舉例分析分析控制系統(tǒng)前應(yīng)明確的問(wèn)題：3.1.4控制系統(tǒng)舉例分析1.工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)原理圖3.1.4控制系統(tǒng)舉例分析1.工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)過(guò)程框圖3.1.4控制系統(tǒng)舉例分析2.工作臺(tái)速度控制系統(tǒng)工作臺(tái)速度控制系統(tǒng)原理圖3.1.4控制系統(tǒng)舉例分析2.工作臺(tái)速度控制系統(tǒng)工作臺(tái)速度控制系統(tǒng)過(guò)程框圖電位器放大器伺服閥油缸工作臺(tái)齒輪齒條測(cè)速發(fā)電機(jī)3.2控制系統(tǒng)典型執(zhí)行裝置3.2.1執(zhí)行裝置及其分類

執(zhí)行裝置：一種能提供直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它利用某種驅(qū)動(dòng)能源并在某種控制信號(hào)作用下工作。

分類電動(dòng)執(zhí)行裝置液壓執(zhí)行裝置氣動(dòng)執(zhí)行裝置3.2控制系統(tǒng)典型執(zhí)行裝置3.2.2電動(dòng)執(zhí)行裝置1.伺服電動(dòng)機(jī)

交流和直流兩種，最大特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速受信號(hào)電壓控制，與普通電動(dòng)機(jī)相比具有如下特點(diǎn)：1）調(diào)速范圍寬，伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓改變，能在寬范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。2）轉(zhuǎn)子的慣性小，響應(yīng)快，隨控制電壓改變反應(yīng)很靈敏，即能實(shí)現(xiàn)迅速啟動(dòng)、停轉(zhuǎn)。3）控制功率小，過(guò)載能力強(qiáng)，可靠性好。3.2控制系統(tǒng)典型執(zhí)行裝置3.2.2電動(dòng)執(zhí)行裝置（1）直流伺服電動(dòng)機(jī)

控制方法：電樞控制和磁場(chǎng)控制T電壓Un機(jī)械特性直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍名

稱勵(lì)磁方式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)性能特點(diǎn)適用范圍一般直流伺服電動(dòng)機(jī)電磁或永磁與普通直流電機(jī)相同，但電樞鐵心長(zhǎng)度與直徑之比大些，氣隙較小具有下垂的機(jī)械特性和線性的調(diào)節(jié)特性，對(duì)控制信號(hào)響應(yīng)快速一般直流伺服系統(tǒng)無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)電磁或永磁電樞鐵心為光滑圓柱體，電樞繞組用環(huán)氧樹(shù)脂粘在電樞鐵心表面，氣隙較大具有一般直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，而且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)電時(shí)間常數(shù)小，換向良好需要快速動(dòng)作，功率較大的直流伺服系統(tǒng)空心杯電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)永磁電樞繞組用環(huán)氧樹(shù)脂澆注成杯形，置于內(nèi)、外定子之間，內(nèi)、外定子分別用軟磁材料和永磁材料做成具有一般直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)外，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)電時(shí)間常數(shù)小低速運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，換向好需要快速動(dòng)作的直流伺服系統(tǒng)印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)永磁在圓盤(pán)形絕緣薄板上印制裸露的繞組構(gòu)成電樞，磁極軸向安裝轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，機(jī)電時(shí)間常數(shù)小，低速運(yùn)行性能好低速和起動(dòng)、反轉(zhuǎn)頻繁的控制系統(tǒng)無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)永磁由晶體管開(kāi)關(guān)電路和位置傳感器代替電刷和換向器，轉(zhuǎn)子用永久磁鐵做成，電樞繞組在定子上且做成多相式既保持了一般直流伺服電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又克服了換向器和電刷帶來(lái)的缺點(diǎn)。壽命長(zhǎng)，噪音低要求噪音低、對(duì)無(wú)線電不產(chǎn)生干擾的控制系統(tǒng)3.2控制系統(tǒng)典型執(zhí)行裝置3.2.2電動(dòng)執(zhí)行裝置（2）交流伺服電動(dòng)機(jī)

SM~~FWC~CW兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)接線圖

3.2控制系統(tǒng)典型執(zhí)行裝置交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍種

類結(jié)構(gòu)特點(diǎn)性能特點(diǎn)應(yīng)用范圍鼠籠式轉(zhuǎn)子與一般鼠籠式電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相同，但轉(zhuǎn)子做的細(xì)而長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體用高電阻率的材料勵(lì)磁電流較小，體積較小，機(jī)械強(qiáng)度高，但是低速運(yùn)行不夠平穩(wěn)，有時(shí)快時(shí)慢的抖動(dòng)現(xiàn)象小功率的自動(dòng)控制系統(tǒng)空心杯形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子做成薄壁圓筒形，就在內(nèi)、外定子之間轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)抖動(dòng)現(xiàn)象，但是勵(lì)磁電流大，體積也較大要求運(yùn)行平穩(wěn)的系統(tǒng)3.2控制系統(tǒng)典型執(zhí)行裝置（3）交流和直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較（1）機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性（2）體積、重量和效率（3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)（4）“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象（5）電刷和換向器的滑動(dòng)接觸（6）放大器裝置3.2控制系統(tǒng)典型執(zhí)行裝置2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的控制電動(dòng)機(jī)。變頻信號(hào)源脈沖分配器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖放大器指令分類:

VR型、PM型、HB型

3.2控制系統(tǒng)典型執(zhí)行裝置2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：1）直接進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)價(jià)格低廉；2）無(wú)累積定位誤差，可以在要求更高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)；3）啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)的響應(yīng)優(yōu)越。在自啟動(dòng)區(qū)內(nèi)可瞬時(shí)啟動(dòng)、停止，啟動(dòng)時(shí)間短，可任意進(jìn)行瞬間正反轉(zhuǎn)；4）可將負(fù)載直接連接在電動(dòng)機(jī)軸上進(jìn)行超低速運(yùn)行，不需中間減速機(jī)構(gòu)；5）具有較大的自保持轉(zhuǎn)矩，可以自由地設(shè)定其位置；6）寬范圍的轉(zhuǎn)速平滑調(diào)節(jié)；7）控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可靠性高。

3.2控制系統(tǒng)典型執(zhí)行裝置2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)缺點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)增量或步距角是固定的，在步進(jìn)分辨率上缺乏靈活性；采用普通驅(qū)動(dòng)器時(shí)效率低；在單步響應(yīng)中有過(guò)沖量和振蕩；承受大慣性負(fù)載的能力有限；開(kāi)環(huán)控制時(shí)摩擦負(fù)載增加了定位誤差，盡管誤差是非積累的；采用的控制線路種類繁多；可供使用的電動(dòng)機(jī)尺寸和輸出功率是有限的。

3.2控制系統(tǒng)典型執(zhí)行裝置2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式單極性雙極性單電壓驅(qū)動(dòng)高低壓驅(qū)動(dòng)定電流斬波驅(qū)動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)細(xì)分驅(qū)動(dòng)3.2控制系統(tǒng)典型執(zhí)行裝置步進(jìn)電機(jī)的選擇機(jī)械的角度：分辨率，由位移速度和每步所移動(dòng)角位移來(lái)決定；負(fù)荷剛度和移動(dòng)物體質(zhì)量；電動(dòng)機(jī)體積和質(zhì)量；環(huán)境溫度和濕度等。從加減速動(dòng)作要求：短時(shí)間內(nèi)定位需要的加速速度和減速速度的適當(dāng)設(shè)定，以及最高速度的適當(dāng)設(shè)定；根據(jù)加速轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩設(shè)定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩；使用減速機(jī)構(gòu)時(shí)，考慮電動(dòng)機(jī)速度與負(fù)載速度關(guān)系。3.2控制系統(tǒng)典型執(zhí)行裝置步進(jìn)電機(jī)的選擇步驟1）選擇要素：機(jī)械要素是負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量。時(shí)間要素是加速時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間；2）確定目標(biāo)：確認(rèn)脈沖速率；3）計(jì)算需要的運(yùn)行轉(zhuǎn)矩：輸出的轉(zhuǎn)矩；負(fù)載轉(zhuǎn)矩；加速轉(zhuǎn)矩；4）決定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)；5）驗(yàn)證。液壓缸3.2.3液壓與氣動(dòng)執(zhí)行裝置1.液壓執(zhí)行裝置優(yōu)點(diǎn):容易獲得大功率；功率／重量比大，可以減小執(zhí)行裝置的體積；剛度高，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高精度的位置控制；通過(guò)流量控制可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。缺點(diǎn):必須對(duì)油的溫度和污染進(jìn)行控制，穩(wěn)定性較差；有因漏油而發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)；附屬設(shè)備占空間較大。

葉片式液壓馬達(dá)

液壓缸與液壓馬達(dá)3.2.3液壓與氣動(dòng)執(zhí)行裝置1.液壓執(zhí)行裝置液壓缸與液壓馬達(dá)齒輪馬達(dá)活塞式馬達(dá)3.2.3液壓與氣動(dòng)執(zhí)行裝置動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)例：三峽水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪靜平衡測(cè)試系統(tǒng)3.2.3液壓與氣動(dòng)執(zhí)行裝置2.氣動(dòng)執(zhí)行裝置優(yōu)點(diǎn):

易于實(shí)現(xiàn)高速、輕切削工藝；便于實(shí)現(xiàn)輕巧靈活的機(jī)床配置形式；可以實(shí)現(xiàn)短節(jié)拍、頻繁的工作；便于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速可調(diào)；具有在惡劣環(huán)境條件下工作的可靠性和抗干擾性能；良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。缺點(diǎn):高精度的位置控制比較困難；在任意位置上停止的動(dòng)作速度很慢；能量效率較低。

壓縮機(jī)二次冷卻器儲(chǔ)氣罐干燥機(jī)過(guò)濾器減壓閥控制閥負(fù)載氣動(dòng)執(zhí)行裝置3.2.3液壓與氣動(dòng)執(zhí)行裝置2.氣動(dòng)執(zhí)行裝置3.2.3液壓與氣動(dòng)執(zhí)行裝置氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖3.2.4執(zhí)行裝置的特點(diǎn)與性能比

較

項(xiàng)

目電動(dòng)式液壓式氣動(dòng)式輸出功率／重量比小大中快速響應(yīng)特性中～20Hz大～100Hz小～20Hz簡(jiǎn)單動(dòng)作速度慢一般快控制特性良好一般差減速機(jī)構(gòu)需要不需要不需要占用空間小大大使用環(huán)境良好差良好可靠性良好差一般防爆性能差一般良好價(jià)格一般貴便宜3.3位置控制系統(tǒng)位置控制一般是依靠行程開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)的作用是將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以控制電機(jī)的工作狀態(tài)，從而控制運(yùn)動(dòng)部件的行程。位置控制：控制生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)動(dòng)行程和位置的方法叫位置控制，也叫行程控制。如生產(chǎn)車間的行車運(yùn)行到終端位置時(shí)需要及時(shí)停車、工作臺(tái)在指定區(qū)域內(nèi)的自動(dòng)往返移動(dòng)、自動(dòng)線上自動(dòng)定位和工序轉(zhuǎn)換等。限位斷電位置控制限位通電位置控制自動(dòng)往復(fù)循環(huán)位置控制位置控制分類3.3.1限位斷電位置控制行程開(kāi)關(guān)撞塊電機(jī)SBSQKMKM3.3位置控制系統(tǒng)3.3.2限位通電位置控制限位通電點(diǎn)動(dòng)控制線路SQKMSQKMKM限位通電連動(dòng)控制線路3.3.3自動(dòng)往復(fù)循環(huán)位置控制3.3.3自動(dòng)往復(fù)循環(huán)位置控制3.4.1計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的組成及其特點(diǎn)（1）硬件部分主機(jī)參數(shù)檢測(cè)和輸出驅(qū)動(dòng)輸入輸出（I/O）通道人機(jī)交互設(shè)備（2）軟件部分系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件3.4計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)3.4計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)3.4.1計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的組成及其特點(diǎn)3.4計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)3.4.1計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的組成及其特點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制的主要優(yōu)點(diǎn)：具有決策能力，其控制程序具有靈活性。實(shí)時(shí)性是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的步驟：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)決策實(shí)時(shí)控制輸出實(shí)時(shí)：是指信號(hào)的輸入、處理和輸出都要在一定的時(shí)間（即采樣時(shí)間）范圍內(nèi)完成，亦即計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信息以足夠快的速度進(jìn)行采樣并進(jìn)行處理及輸出控制。3.4計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)3.4.2計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的分類數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）分布控制系統(tǒng)（DCS）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）按功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類3.4.2計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的分類數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)巡回檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄數(shù)據(jù)處理（計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、整理等）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)越限報(bào)警在計(jì)算機(jī)的管理下，實(shí)現(xiàn)以下功能：3.4.2計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的分類2.直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）直接數(shù)字控制系統(tǒng)框圖控制器常采用的控制算法有：離散PID控制、前饋控制、串級(jí)控制、解藕控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制等。3.4.2計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的分類3.監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）SCC＋模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)圖被控對(duì)象測(cè)量單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)模擬調(diào)節(jié)器接口SCC工控機(jī)SCC＋DDC的控制系統(tǒng)示意圖被控對(duì)象測(cè)量單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)D/A接口SCC工控機(jī)DDC計(jì)算機(jī)3.4.2計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的分類4.分布控制系統(tǒng)（DCS）分布式控制系統(tǒng)框圖3.4.2計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的分類5.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）

現(xiàn)場(chǎng)總線:是將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能控制儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)控制通訊網(wǎng)絡(luò)。具有可互操作的網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)可控制器及儀表設(shè)備互連，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）?？刂乒δ軓氐紫路诺浆F(xiàn)場(chǎng)，降低了安裝成本和維護(hù)費(fèi)用。因此，F(xiàn)CS實(shí)質(zhì)是一種開(kāi)放的、具有可互操作性的、徹底分散的新一代分布式控制系統(tǒng)。3.4.3計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)1.各種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大量涌現(xiàn)智能化發(fā)展，出現(xiàn)先進(jìn)的控制理論：最優(yōu)控制自適應(yīng)控制模糊控制智能控制2．分布式控制系統(tǒng)大量使用3．可編程控制器的普及使用例1銑削加工中峰值切削力自適應(yīng)控制系統(tǒng)銑削過(guò)程切削力自適應(yīng)控制系統(tǒng)示意圖3.4.4計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)例例2磨削力自適應(yīng)控制系統(tǒng)磨削力約束適應(yīng)控制系統(tǒng)圖3.4.4計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)例3.4.4計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)例例3數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的組成

數(shù)控機(jī)床閉環(huán)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

3.4.4計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)例工業(yè)爐計(jì)算機(jī)溫控系統(tǒng)原理示意圖例4工業(yè)爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)3.4.4計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)例例5自動(dòng)循跡小車控制系統(tǒng)自動(dòng)循跡小車底面俯視示意圖3.4.4計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)例例6自動(dòng)循跡小車控制系統(tǒng)3.4.4計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)例例7水泵節(jié)能恒壓供水控制系統(tǒng)供水系統(tǒng)示意圖壓力變送器生活小區(qū)例8塑料廠擠壓吹膜工藝控制系統(tǒng)塑料擠壓吹膜機(jī)調(diào)速系統(tǒng)圖例9鋼錠連鑄控制系統(tǒng)UF1UF2UF3UF4UFUF5UF6PLC計(jì)算機(jī)四臺(tái)拉矯機(jī)變頻器結(jié)晶器變頻器連鑄鋼錠切斷機(jī)噴水系統(tǒng)冷卻水鋼水澆鑄鋼包結(jié)晶器輸送輥道變頻器液壓系統(tǒng)例10冶煉廠氮?dú)庠鰤鹤冾l調(diào)速控制系統(tǒng)

PID調(diào)節(jié)器壓力變送器0~20mA儲(chǔ)氣罐高壓氮?dú)夥艢馐謩?dòng)閥壓力控制器壓力控制器電控安全閥電控安全閥1#壓氮機(jī)2#壓氮機(jī)1#電機(jī)2#電機(jī)FU

UVWRST接觸器常壓氮?dú)釭NDII-+例11中央空調(diào)冷凍水控制系統(tǒng)盤(pán)管盤(pán)管風(fēng)扇溫度變送器TP4~20mA冷凍機(jī)組水泵電動(dòng)機(jī)UVWIIGNDV+VI1RSTUFRP例12雙泵雙變頻器PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)UVW

RSTPID調(diào)節(jié)器

RSTUVWRP微調(diào)V+V-VI2GNDIIGNDII+-4~20mA電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)壓力傳感器水泵水泵UFUF例13卷繞機(jī)械恒張力控制系統(tǒng)ST張力控制器直流電源電動(dòng)機(jī)紙卷+-RPUVWRSTGNDVI1V+GNDIIUFFV4~20mA3.5DNC控制系統(tǒng)3.5.1DNC系統(tǒng)概念1980年頒布的ISO2806DNC定義為“DirectNumericalControl（直接數(shù)控）”，其概念為：“此系統(tǒng)使一群數(shù)控機(jī)床與公用零件程序或加工程序存儲(chǔ)器發(fā)生聯(lián)系。一旦提出請(qǐng)求，它立即把數(shù)據(jù)分配給有關(guān)機(jī)床”。在1994年頒布的ISO2806對(duì)于DNC定義為“DistributedNumericalControl（分布式數(shù)控）”。這樣，其概念也發(fā)生了本質(zhì)的變化，其意義為“在生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)和多個(gè)數(shù)控系統(tǒng)之間分配數(shù)據(jù)的分級(jí)系統(tǒng)”，DNC技術(shù)在不斷發(fā)展，已經(jīng)從單純的程序數(shù)字傳輸發(fā)展為生產(chǎn)環(huán)境中底層數(shù)據(jù)的交換，更多地容入了管理數(shù)據(jù)。3.5.1DNC系統(tǒng)概念數(shù)控設(shè)備上網(wǎng)方式：串行通訊RS-232C的DNC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖1.通過(guò)串口（RS-232協(xié)議）接入DNC網(wǎng)絡(luò)3.5.1DNC系統(tǒng)概念局域網(wǎng)式DNC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.通過(guò)以太網(wǎng)卡（TCP/IP協(xié)議）接入DNC網(wǎng)絡(luò)3.5.2企業(yè)實(shí)施DNC系統(tǒng)的意義減少固定成本且不需要將來(lái)的資金再投入減少人工成本，提高效率提高管理水準(zhǔn)為企業(yè)資源管理（ERP）奠定基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)一定程度上的數(shù)控設(shè)備監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)更大程度上的資源共享合理分配及最大限度利用現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備資源構(gòu)筑企業(yè)信息化中重要的一環(huán)提高機(jī)床有效工作時(shí)間科學(xué)保證大規(guī)模集成化生產(chǎn)的要求3.5.3DNC系統(tǒng)的構(gòu)成3.5.3DNC系統(tǒng)的構(gòu)成DNC構(gòu)成的特征：

結(jié)構(gòu)特征：DNC系統(tǒng)是把與制造過(guò)程有關(guān)的設(shè)備（如數(shù)控機(jī)床等）、主控計(jì)算機(jī)和通訊設(shè)施等按一定的結(jié)構(gòu)和層次組合起來(lái)的一個(gè)整體。

功能特征：DNC系統(tǒng)通過(guò)DNC主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)制造車間的數(shù)控機(jī)床等制造