【正文】 率。 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源 。例如 0工作在模式 1 時(shí)只使用 和 ， 可供邊沿中斷或 HSC3 使用。 電路分析： 當(dāng)光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道 A 輸出波形超前通道 B輸 出波形 90176。 3. 混合式絕對(duì)值編碼器 混合式絕對(duì)值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測(cè)磁極位置，帶有絕對(duì)信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可 讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。在接合數(shù)字電路特別是單片機(jī)后，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器在角度測(cè)量和角速度測(cè)量較絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器更具有廉價(jià)和簡(jiǎn)易的優(yōu)勢(shì)。 的 兩路脈沖信號(hào)。常用的有旋狀變壓器、旋轉(zhuǎn)編碼器、感應(yīng)同步器、光柵等。 圖 37 直流輸出模塊電路圖 工作原理 :若用戶程序?qū)⑤敵鲋脼椤?ON”狀態(tài)，則在刷新輸出階段 CPU 將“ ON”信號(hào)送給輸出鎖存器，再經(jīng)過光電耦合送給場(chǎng)效應(yīng)管，使之飽和導(dǎo)通，此時(shí)輸出指示燈亮 ，且通過場(chǎng)效應(yīng)管將 DC24V 和負(fù)載連通，從而使得負(fù)載獲得工作電流。下面以 S7200的 DC 輸入、輸出模塊為例，簡(jiǎn)要說明其工作原理。 圖 3— 5 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)圖 首先，判斷整個(gè)鍵盤上有無鍵按下。 S7200 每個(gè) CPU 有兩個(gè) PTO/PWM（脈沖列 /脈沖寬度調(diào)制）發(fā)生器，分別通過數(shù)字量輸出點(diǎn) 及 輸出高速脈沖列或脈沖寬度可調(diào)的波 形。 8. 電機(jī)在 600PPS（ 度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動(dòng)。n/60 P=2πnM/60 其 P為功率單位為瓦， Ω 為每秒角速度，單位為弧度， n為每分鐘轉(zhuǎn)速， M為力矩單位為牛頓 178。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？捎米髫?fù)載電源 ） 。 S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）對(duì) PLC 的定義是：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)。 PLC 基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介 在自動(dòng)化控制領(lǐng)域， PLC 是一種重要的控制設(shè)備。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。定位方式采用增量坐標(biāo)控制。由 PLC 直接產(chǎn)生脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)可以有效地簡(jiǎn)化系統(tǒng)的硬件電路，進(jìn)一步提高可靠性。 要獲得高的定位速度，同時(shí)又要保證定位精度，可以把整個(gè)定位過程劃分為兩個(gè)階段：粗定位階段和精定位階段。由于系統(tǒng)增加了檢測(cè)、比較和反饋裝置，所以結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)試維修比較困難。如圖 15 所示為開環(huán)控制系統(tǒng)框圖。為了減少移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)與定位時(shí)準(zhǔn)確移動(dòng)到終點(diǎn)定位位置，以保證良好的定位精度。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)之分。采用何種控制介質(zhì)取決于數(shù)控裝置的類型。 數(shù)控的定義 數(shù)控的定義：電子計(jì)算機(jī)以數(shù)字方式控制機(jī)床的技術(shù)稱為數(shù)字控制技術(shù)，簡(jiǎn)稱數(shù)控（ NC）。 。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財(cái)富，反而消耗著財(cái)富。這些需求一方面通過購(gòu)置新設(shè)備來滿足，另一方面，如果充分利用我國(guó)的現(xiàn)有的存量資產(chǎn)，用更新改造后的設(shè)備替代和減少購(gòu)置新設(shè)備，可以起到事半功倍的效果。近 10 年來，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 ～ 萬臺(tái)，年產(chǎn)值約為 18億元機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6%，年產(chǎn)值數(shù)控化率為 12%(后兩項(xiàng)日本分別為 %和 %)。 PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、 FMC、 FMS 外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行 CAD、 CAE、 CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行 MIS(管理信息系統(tǒng) )、 CIMS 等等。 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無人看管加工。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢業(yè)設(shè)計(jì)總體概括 4 實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)控化的必要性 從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威 力。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路 搭 成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連 接數(shù)控 (HARDWIRED NC)，簡(jiǎn)稱為數(shù)控 (NC)。在機(jī)械加工時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)的點(diǎn)位控制一般用在孔加工機(jī)床上（例如鉆孔、鉸孔、鏜孔的數(shù)控機(jī)床），其特點(diǎn)是，機(jī)床移動(dòng)部件能實(shí)現(xiàn)由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確移動(dòng)，即準(zhǔn)確控制移動(dòng)部件的終點(diǎn)位置，但并不考慮其運(yùn)動(dòng)軌跡，在移動(dòng)過程中刀具不切削工件。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控 (CNC)階段 (把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的 通用 兩個(gè)字省略了 )。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于 PC的階段。 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3～ 7 倍。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后 20 年。 向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10年以上的舊機(jī)床。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從 1979～ 1988 年 10年間，全國(guó)引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有 18446項(xiàng)，大約 億美元。這也是一個(gè)極大的改造市場(chǎng)。 步進(jìn)電機(jī)：三相六拍，步距角 176。如圖 14 所示，其中實(shí)線部分表示開環(huán)系統(tǒng)。 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，一般由輸入裝置、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置等組成。 數(shù)控機(jī)床的工作原理 數(shù)控機(jī)床的工作原理是：將加工零件的幾何信息和工藝信息便支撐程序，由輸入部分送到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的處理、運(yùn)算，按各坐標(biāo)的分量送到各軸的驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大去驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)各軸運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行反饋控制，使各軸精確走到要求的位置。它不僅能控制移動(dòng)部件從一個(gè)點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)，而且還能控制整個(gè)加工過程每一個(gè)點(diǎn)的速度和位移量，將零件加工成一定的輪廓形狀。 2. 半 閉環(huán)控制系統(tǒng) 半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測(cè)裝置，通過控制介質(zhì) 數(shù)控裝置 伺服系統(tǒng) 工作臺(tái) 圖 15 開環(huán)控制系統(tǒng)框圖 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢業(yè)設(shè)計(jì)總體概括 11 檢測(cè)伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角，間接檢測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比 較，用比較后的差值進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件補(bǔ)充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。 這類數(shù)控機(jī)床僅能控制在加工平面內(nèi)的兩個(gè)坐標(biāo)軸帶動(dòng)刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從一個(gè)坐標(biāo)位置快速移動(dòng)到下一個(gè)坐標(biāo)位置，然后控制第三個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行鉆鏜切削加工。例如步進(jìn)電機(jī)控制脈沖頻率為 20HZ，脈沖當(dāng)量為 ，定位距離為 120mm，則走完全程所需時(shí)間為 1 分鐘，這樣為速度顯然已能滿足要求。則 PLC 在還未完成輸出刷新任務(wù)時(shí)就已經(jīng)發(fā)出許多個(gè)控制脈沖，但步進(jìn)電機(jī)仍一動(dòng)不動(dòng)，出現(xiàn)了嚴(yán)重的失步現(xiàn)象。 綜上可得：基于抗干擾性、可靠性、體積等因素分析。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。 PLC 的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。 上世紀(jì) 80 年代至 90年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為 30~40%。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制?？蛇B接 7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 PLC 的輸入輸出通信地址 表 3— 1 PLC 的輸入輸出通信地址 X軸旋轉(zhuǎn)編碼器 A 相 X軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào) X軸旋轉(zhuǎn)編碼器 B 相 Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào) X軸旋轉(zhuǎn)編碼器復(fù)位 X軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向驅(qū)動(dòng)信號(hào) 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 18 Y軸旋轉(zhuǎn)編碼器 A 相 Y軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向驅(qū)動(dòng)信號(hào) Y軸旋轉(zhuǎn)編碼器 B 相 鍵盤第四行控制 Y軸旋轉(zhuǎn)編碼器復(fù)位 鍵盤第三行控制 鍵盤第四列控制 鍵盤第二行控制 鍵盤第三列控制 鍵盤第一行控制 鍵盤第二列控制 LED驅(qū)動(dòng) 鍵盤第一列控制 LED驅(qū)動(dòng) 啟動(dòng)電源 LED驅(qū)動(dòng) 緊急停車 LED驅(qū)動(dòng) X軸正向運(yùn)行 LED片選 X軸反向運(yùn)行 LED片選 Y軸正向運(yùn)行 LED片選 Y軸反向運(yùn)行 LED片選 復(fù)位 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。僅僅處于一種盲 目的仿制階段。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。 3. 由于歷史原因，只有標(biāo)稱為 12V 電壓的電機(jī)使用 12V 外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議： 57BYG 采用直流24V36V， 86BYG 采用直流 50V,110BYG 采用高于直流 80V），當(dāng)然 12伏的電壓除12V 恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源， 不過要考慮溫升。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 21 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能不僅與電機(jī)本身的特性、負(fù)載有關(guān)，而且還與配套使用的驅(qū)動(dòng)電源有著密切相關(guān)的關(guān)系，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源包括功率放大器，主要使電機(jī)各相按一定的順序和時(shí)間導(dǎo)通或切斷， 并根據(jù)輸入指令使電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，故按照電機(jī)電機(jī)的工作方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，有硬件環(huán)形分配器和軟件分配器兩種形式。不使用 PTO/PWM 發(fā)生器時(shí)。方法是 :依次將列線送低電平 0，檢查對(duì)應(yīng)行線的狀態(tài) 。入點(diǎn) 。首先，由于輸入模塊中有 RC 濾波電路，其濾波延遲時(shí)間可以通過編程軟件設(shè)置，即其本身存在硬件消抖動(dòng)的功能，因此不再需要軟件延時(shí)消抖動(dòng) 。 光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。 增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖 A、 B和 Z相； A、 B兩組脈沖相位差 90186。當(dāng)角度碼盤以某個(gè)速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，那么可知輸出波形圖中的 S0： S1： S2 比值與實(shí)際圖的 S0： S1： S2 比值相同，同理角 度碼盤以其他的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出波形圖中的 S0： S1： S2 比值與實(shí)際圖的 S0： S1：S2 比值仍相同。 絕對(duì)式編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制（葛萊碼）方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。 EPC－ 755A 光電編碼器具備良好的使用性能，在角度測(cè)量、位移測(cè)量時(shí)抗干擾能力很強(qiáng)，并具有穩(wěn)定可靠的輸出脈沖信號(hào)，且該脈沖信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)后可得到被測(cè)量的數(shù)字信號(hào)。 D 觸發(fā)器輸出 Q(波形 W1)為低電平， Q(波形 W2)為高電平，上面與非門關(guān)閉， 輸出為高電平 (波形 W3)；此時(shí)，下面與非門打開，計(jì)數(shù)脈沖通過 (波形 W4)至雙 計(jì) 數(shù)器 74LS193 的減脈沖輸入端 CD，進(jìn)行減法計(jì) 數(shù)。關(guān)閉啟動(dòng)輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值保持恒定，時(shí)鐘脈沖 不起作用。 對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的基本要求 1． 驅(qū)動(dòng)電源的相數(shù)、通電方式和電壓、電流都工滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需要； 2． 要滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率的要求； 3． 能最大限度地抑制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩； 4． 工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)； 5． 成本低、效率高、安裝和維護(hù)方便。 CH250 環(huán)形脈沖分配器是三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的理想脈沖分配器，通過其控制端的不同接法可以組成三相雙三拍和三相六拍的不同工作方式，如圖所示。 表 32 CH250 環(huán)形脈沖分配器功能關(guān)系 工作方式 CL EN J3R J3L J3R J3L 六拍 正轉(zhuǎn) 0 0 0 1 0 反轉(zhuǎn) 0 0 0 0 1 雙三拍 正轉(zhuǎn) 0 1 0 0 0 反轉(zhuǎn) 0 0 1 0 0 六拍 正轉(zhuǎn) 1 0 0 1 0 反轉(zhuǎn) 1 0 0 0 1 雙三拍 正轉(zhuǎn) 1 1 0 0 0 反轉(zhuǎn) 1 0 1 0 0 3. 脈沖放大器（功率放大器） 由于脈沖分配器輸出端 A0、 B0、 C0 的輸出電流很小，如 CH250 脈沖分配器的輸出電流大約為 200400μA ，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū) 動(dòng)電流較大，如 75BF001 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每相靜態(tài)電流為 3A，為了滿足驅(qū)動(dòng)要求，脈沖分配器輸出的脈沖需經(jīng)脈沖放大器（即功率放大器）后才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。需要精確到。就是將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起，接到電源正極。 工作條件：電源電壓范圍 3v— 15v。 VSS