【正文】 引出端功能符號： A0— A3 數(shù)據(jù)輸入端。工作電流 5－ 10mA 左右 超亮發(fā)光二極管主要有三種顏色，然而三種發(fā)光二極管的壓降都不相同 ，具體壓降參考值如下： 紅色發(fā)光二極管的壓降為 黃色發(fā)光二極管的壓降為 — 綠色發(fā)光二極管的壓降為 — 正常發(fā)光時的額定電流約為 20mA。缺點是使用元件多 ,且線路比較復雜 ,因而成本比較高 .當顯示的位數(shù)較少時 ,可以采用靜態(tài)的顯示方法 . 動態(tài)顯示 :動態(tài)顯示就是單片機定時對 LED 掃描 ,使其逐個輸出顯示 .使用這種方法 .每次只有一個顯示器件顯示 ,即顯示器件分時工作 .由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象 ,仍覺得所有的顯示器件都在同時顯示 .各管按照程序規(guī)定的順序點亮自己的數(shù)碼 ,待各個數(shù)碼管都點亮后 ,再從頭 開始 ,反復而已 .這種顯示方法的優(yōu)點是使用硬件少 ,價格低 。高壓供電是用來加速電流的增長速度，而低壓是用來維持穩(wěn)定的電流值。當脈沖 CP由 CL端輸入，只有 EN端為高電平時，時鐘脈沖的上升沿才起作用。脈沖發(fā)生器可以采用多種線路，最常見的有多諧振蕩器和單結(jié)晶體管構(gòu)成的張弛振蕩器兩種，它們都是通過調(diào)節(jié)電阻 R和電容 C的大小來改變電容器充放電的時間常數(shù)，以達到改變脈沖信號頻率的目的。 查 上表可知 可東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 29 以選擇計數(shù)器 HSC0和 HSC4模式為 10 和 11作為 X軸和 Y軸光電編碼器信號輸入端。但是高速計數(shù)器當前模式未使用的輸入點可以用于其它功能。 光電編碼器實際使用的鑒相與雙向計數(shù)電路，鑒相電路用 1 個 D 觸發(fā)器和 2個與非門組成，計數(shù)電路用 3片 74LS193 組成。但是分辨率是由二 進制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有 10 位、 14位等多種。 絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對應每一碼道有一光敏元件；當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應的電平信號，形成二進制數(shù)。 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器通過內(nèi)部兩個光敏接受管轉(zhuǎn)化其角度碼盤的時序和相位關(guān)系，到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負方向）。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差 90186。 圖 38 4 行 4 列矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)圖 反饋器件 數(shù)控機床中的反饋裝置主要作用是反饋數(shù)控機床的位置和速度。 2. 輸出模塊 如圖所示，為 PLC 的 DC 輸出模塊，其中， L+接 DC24V。 矩陣式鍵盤硬件設計 在 PLC 系統(tǒng)中設計矩陣式鍵盤不僅要用到輸入口，而且也要用到輸出口，因此，了解 PLC I/O 口內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)以及工作原理是十分重要的。在微機系統(tǒng)中，矩陣式鍵盤的構(gòu)成方式如圖 所示。 此次設計中所用的 步進 電機需要 plc 高速脈沖的輸出。 7. 電機不應在振動區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。M Ω=2π178。 1. 步距角的選擇 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 19 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。 雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。 ， （ CPU 221，222 具有 180mA 輸出， CPU 224， CPU 224XP， CPU 226 分別輸出 280， 400mA。 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 17 S7200 簡介 S7200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。 PLC 的定義有許多種。 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 16 3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成 本次設計主要以 PLC 為主控芯片，用 LED 顯示，外加上電機驅(qū)動和鍵盤構(gòu)成。 控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤、 LED、 I/O 接口、光電偶合電路、步進電機、電磁鐵功率放大器電路等組成。 系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng) 由于工件在移動的過程中沒有進行切削，故應用點位控制系統(tǒng)。在開環(huán)控制中，步進電機由一定頻率的脈沖控制。點位控制的數(shù)控機床用于加工平面內(nèi)的孔系，這類機床主要有數(shù)控鉆床、印刷電路板鉆孔機、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床、三坐標測量機等。 閉環(huán)控制系統(tǒng)定位精度高，一般應用在高精度數(shù)控機床上。它是根據(jù)穿孔紙帶上的數(shù)據(jù)指令，經(jīng)過控制運算發(fā)出脈沖信號，輸送到伺服驅(qū)動裝置（如步進電機）使伺服驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)過對應的角度，然后經(jīng)過減速齒 輪或絲杠螺母機構(gòu)，轉(zhuǎn)換為移動部件的直線移動。 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 畢業(yè)設計總體概括 10 1. 點位控制系統(tǒng) 點位控制系統(tǒng)是指數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具或機床工作臺，從一點準確地移動到另一點，而點與點之間運動的軌跡不需要嚴格控制的系統(tǒng)。它根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出來的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移。 控制介質(zhì)有多種，如穿孔帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等，也可同坐通信接口直接輸入所需的各種信息。 5． 反饋元件采用增量式光電碼盤 6． 系統(tǒng)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，特性同上述一樣 7． 為了克服系統(tǒng)的機械傳動間隙有找準系統(tǒng)絕對原點功能 . 圖 11 X 方向速度特性曲線圖 圖 12 Y 方向速度特性曲線 圖 13 機械傳動示意圖 加速 加速 減速 5m/min 3m/min 減速 V V 0 0 T 旋轉(zhuǎn)編碼器 工作臺 P L C 步進 電機 功率放大器 脈沖分配器 聯(lián)軸器 齒輪組 T 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 畢業(yè)設計總體概括 8 數(shù)控機床概述 本節(jié)主要介紹數(shù)控機床的定義、組成、工作原理等有關(guān)概念。步進電機：三相相六拍，步距角 176。我們了解到一些設備、生產(chǎn)線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維 護不當，結(jié)果運轉(zhuǎn)不良；有的引進時只注意引進設備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設備故障不能達產(chǎn)達標；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術(shù)更新。 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 畢業(yè)設計總體概括 6 據(jù)專家預測，到 2021 年，我國數(shù)控機床消費額可達 億元。 我國機床產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀 我國機床總量 380 余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有 萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到 3%。至少采用 PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè) (包括軍、民機械工業(yè) )進行技術(shù)改造。 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。所以我們?nèi)粘Ｖv的 數(shù)控 ，實質(zhì)上已是指 計算機數(shù)控 了。而且當時的小型機可靠性也不理想。 控 (NC)階段 (1952～ 1970 年 ) 早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。 數(shù)控系統(tǒng)按其控制方式劃分有點位控制系統(tǒng)、直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。 6年后，即在 1952 年，計算機技術(shù)應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。到 1971 年，美國 INTEL 公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件 運算器和控制器 ，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器 (MICROPROCESSOR)，又可稱為中央處理單元 (簡稱 CPU)。 總之，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。此外，機床數(shù)控化還是推行 FMC(柔性制造單元 )、 FMS(柔性制造系統(tǒng) )以及 CIMS(計算機集成制造系統(tǒng) )等企業(yè)信息化改造的基礎。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重 (數(shù)控化率 )到 1995 年只有 %，而日本在 1994 年已達 %，因此每年都 有大量機電產(chǎn)品進口。 應用自適應控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。即使是數(shù)控機床，多數(shù)是經(jīng)濟型數(shù)控機床，生產(chǎn)裝備和技術(shù)陳舊而落后。 這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設發(fā)揮了應有的作用。 課題研究的目標 我們采用 PLC 作為數(shù)控系統(tǒng)的主控芯片，利用 plc 控制步進電機運動。、速度 v≦ 3m/min（分級可調(diào)） 。加虛線為閉環(huán)控制。數(shù)控裝置根據(jù)輸入的程序和數(shù)據(jù)，經(jīng)過系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行編譯、圖 14 數(shù)控機床的組成 控制介質(zhì) 控制裝置 伺服系統(tǒng) 機床本體 控制介質(zhì) 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 畢業(yè)設計總體概括 9 運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令控制機床的各個部分，進行規(guī)定的、有序的動作。如此進行下去，各個運動協(xié)調(diào)進行，一直加工零件的全部輪廓。 本次設計為點位控制 。由于半閉環(huán)控制系統(tǒng)中移位部件的傳動絲杠螺母機構(gòu)不包括在閉環(huán)之內(nèi)，所以傳動絲杠螺母機構(gòu)的誤差仍然會影響移動部件的位移精度。特點：在整個移動過程中不進行切削加工，因此對運動軌跡沒有任何要求，但要求坐標位置有較高的定位精度。精定位階段：當使用較大的脈沖當量使刀具或工作臺快速移動至接近定位點時，（即完成粗定位階段），為了保證定位精度，再換用較小的脈沖當量進入精定位階段，讓刀具或工作臺慢慢趨近于定位點，例如取脈沖當量為 。若控制步進電機的脈沖頻率為100HZ，則脈沖周期為 10 毫秒，與 PLC 的掃描周期約處于同一數(shù)量級，步進電機運行時亦可能會產(chǎn)生較大的誤差。第三種方案在實現(xiàn)機電一體化的理想控制裝置等明顯長處，因此通過實踐與深入研究，本文提出了利用 PLC 控制步進電機實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)點位控制功能的有關(guān)見解與方法，先容了控 P L C 鍵盤輸入 數(shù)字顯 示部分 傳感器 X 軸驅(qū)動電路 Y 軸驅(qū)動電路 電機轉(zhuǎn)動 電機轉(zhuǎn)動 電源 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 總體方案設計 15 制系統(tǒng)研制中需要熟悉與解決的若干題目，給出了控制系統(tǒng)方案及軟硬件結(jié)構(gòu)的設計思路，對于工礦企業(yè)實現(xiàn)相關(guān)機床改造具有較高的應用與參考價值。 由于工作臺的運動載荷不大，因此采用有預加載荷的雙 V形滾珠導軌。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。應用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。 13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn) 過一個步距角。這就給戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。 4. 轉(zhuǎn)動慣量大的負載應選擇大機座號電機。 采用硬件分配脈沖達到三相六拍的工 作方式即用軟件進行脈沖分配的優(yōu)點是線路簡單、成本低、還可以靈活改變步進電機的控制方案，而驅(qū)動功能仍由硬件來完成。 與 作為普通的數(shù)字輸出使用。若行線全為 1，則按鍵不在此列 。R R2 的典型值為 、 1K。其次，由于用到了東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 24 PLC 的輸出口，它本身可以輸出對 M端有 DC24V 的電壓 ，因此不再需要外接電源 。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電