【正文】 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。 圖 24 為閉環(huán)系統(tǒng)的原理圖，整個(gè)系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了位置檢測、數(shù)據(jù)處理 的 閉環(huán)控制電路。這時(shí)候，可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行位置閉環(huán)控制。這種開環(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。脈沖的頻率決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 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)，從而簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。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)。 開環(huán)伺服系統(tǒng) 這是一種比較原始的伺服系統(tǒng)。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。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)。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。 10 小結(jié) 本章 介紹了可編程控制器的組成、工作原理及 PLC 的編程語言。 語句表編程語言 指令語句表示一種與計(jì)算機(jī)匯編語言相類似的助記符編程方 式，但比匯編語言易懂易學(xué)。 (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)來驅(qū)動(dòng)。 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。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)器件寄存器中。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。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。 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)。 編程器 編程 器是 PLC 的最重要外圍設(shè)備。接到 PLC 輸入接口的輸入器件是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。 EPROM、 EEPROM 都是只讀存儲(chǔ)器。常用的存儲(chǔ)器有 RAM、 EPROM 和 EEPROM。 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，處理中斷。 7 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。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問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。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(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)過程。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)。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。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)；利用各種測試、監(jiān) 控技術(shù)，當(dāng)生產(chǎn)超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。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)。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前 CAD／ CAM 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。一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采用停機(jī)等措施，并進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的部位、原因等。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。目前，陶瓷刀具和金剛石涂層刀具已開始得到應(yīng)用。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。進(jìn)入新世紀(jì)以來，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。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。 80 年代前期，我國引進(jìn)了日本數(shù)控系統(tǒng)，通過消化吸收，提高了數(shù)控系統(tǒng)的可靠性。 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，美國英特爾（ Intel）公司開發(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。以上三代系統(tǒng)，都是采用專用控制計(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）。 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。 4． 能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。它有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)。 現(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)。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)。 1 緒 論 課題 背景 近年來，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越完善，已成為現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)。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)的開關(guān)量。 1952 年，第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問世，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。 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)械加工中得到日益廣泛的應(yīng)用。 3． 生產(chǎn)效率高。 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、輔助控制裝置、機(jī)床本體等幾部分組成。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。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）。 70 年代國家組織數(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，但從整體來看，我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段。普及 型數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)成功，為數(shù)控機(jī)床商品化和規(guī)?；a(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。從 “ 六五 ”（ 19801985）開始數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化，通過二十多年的發(fā)展，初步建立了國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化體系。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。 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。數(shù)控系統(tǒng)由于采用了多 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”。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。 4．?dāng)?shù)控編程自動(dòng)化。 5．可靠性最大化。還通過自動(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 5 障診斷和報(bào)警。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。 PLC 的基本設(shè)計(jì)思想是把計(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)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。 可編程控制器是一種數(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)。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)。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。 CPU 通過地址總線、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。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。掉電時(shí)，可有效地保持存儲(chǔ)的信息。 I/O 單元有良好的電隔離和濾波作用。 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。利用微機(jī)作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。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。在此輸入映象寄存器被刷新。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。 PLC 編程語言 梯形圖編程語言 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)上簡化了符號(hào)演變來的，形象、直觀、實(shí)用。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。輸出繼電器的觸點(diǎn)可供內(nèi)部編程使用。它是用像控制系統(tǒng)流程圖一樣的功能圖表達(dá)一個(gè)控制過程，目前國際電工協(xié)會(huì) (IEC)正在實(shí)施發(fā)展這種新式的編程標(biāo)準(zhǔn)。 11 2 伺服系統(tǒng) 及步進(jìn)電機(jī) 簡介 伺服 系統(tǒng)主要研究內(nèi)容是機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中涉及的力學(xué)、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、伺服參數(shù)檢測和控制等方面的理論和技術(shù)問題。