【導(dǎo)讀】可編程控制器是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，位控制功能有關(guān)見解與方法，介紹了控制系統(tǒng)研制中需要認(rèn)識(shí)與解決若干問(wèn)題，數(shù)控系統(tǒng)按其控制方式劃分有點(diǎn)位控制系統(tǒng)、直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。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)。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)。階段和六代的發(fā)展。能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。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，簡(jiǎn)稱為數(shù)控。到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。通用"兩個(gè)字省略了)。上，稱之為微處理器，又可稱為中央處理單元。到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功。能雖還不夠高，但可以通過(guò)多處理器結(jié)構(gòu)來(lái)解決。核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。

　　

【正文】 分； 工作溫度：最高可達(dá) 100℃； 頻率響應(yīng)： 100kHz,最高 200kHz； 分辨率：最低 1個(gè)脈沖 /圈，最高 6000 個(gè)脈沖 /圈，中間有 55 種分辨率可供選擇； 安裝方式：柔性方式，伺服方式，法蘭盤方式； 使用壽命：平均 10 萬(wàn)小時(shí)； 轉(zhuǎn)軸方向：雙向； 工作精度：兩圈間誤差≤177。 176。 光電編碼器實(shí)際使用的鑒相與雙向計(jì)數(shù)電路，鑒相電路用 1 個(gè) D 觸發(fā)器和 2個(gè)與非門組成，計(jì)數(shù)電路用 3片 74LS193 組成。 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。， D觸發(fā)器輸出 Q(波形 W1)為高電平， Q(波形 W2)為低電平，上面與非門打開，計(jì)數(shù)脈沖通過(guò) (波形 W3)，送至雙向計(jì)數(shù)器 74LS193 的加脈沖輸入端 CU，進(jìn)行加法計(jì)數(shù)；此時(shí)，下面與非門關(guān)閉，其輸出為高電平 (波形 W4)。 當(dāng)光電編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道 A 輸出波形比通道 B 輸出波形延遲 90176。， 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(guò) (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)。 圖 310 光電編碼器鑒相計(jì)數(shù)電路 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 28 S7— 200 有六個(gè)高速計(jì)數(shù)器 HSC0HSC5，可以設(shè)置多達(dá) 12種不同的操作模式。 高速計(jì)數(shù)器的輸入信號(hào) 如 表所示。有些高速計(jì)數(shù)器的輸入點(diǎn)相互間或它們與邊沿中斷（ — ）的輸入點(diǎn)與重疊，同一輸入點(diǎn)不能同時(shí)用于兩種不同的功能。但是高速計(jì)數(shù)器當(dāng)前模式未使用的輸入點(diǎn)可以用于其它功能。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。 當(dāng)復(fù)位輸入信號(hào)有效時(shí)，將清除計(jì)數(shù)器當(dāng)前值并保持清除狀態(tài)，直至復(fù)位信號(hào)關(guān)閉。當(dāng) 啟動(dòng)輸入有效 時(shí)，將允許計(jì)數(shù)器計(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。如果在關(guān)閉啟動(dòng)輸入時(shí)使復(fù)位輸入有效，將忽略復(fù)位輸入，當(dāng)前值不變。如果激活復(fù)位輸入后再啟動(dòng)輸入，則當(dāng)前值唄清除 。 表 32高速計(jì)數(shù)器的外部輸入信號(hào) 模式 HSC 編號(hào)或 HSC 類型 輸入點(diǎn) HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 0 帶內(nèi)部方向輸入信號(hào)的單相加 /減計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘 1 時(shí)鐘 復(fù)位 2 時(shí)鐘 復(fù)位 啟動(dòng) 3 帶內(nèi)部方向輸入信號(hào)的單相加 /減計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘 方向 4 時(shí)鐘 方向 復(fù)位 5 時(shí)鐘 方向 復(fù)位 啟動(dòng) 6 帶加減計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖輸入的雙相計(jì)數(shù)器 加時(shí)鐘 減時(shí)鐘 7 加時(shí)鐘 減時(shí)鐘 復(fù)位 8 加時(shí)鐘 減時(shí)鐘 復(fù)位 啟動(dòng) 9 A/B 相正交計(jì)數(shù)器 A 相時(shí)鐘 B 相時(shí)鐘 10 A 相時(shí)鐘 B 相時(shí)鐘 復(fù) 位 11 A 相時(shí)鐘 B 相時(shí)鐘 復(fù)位 啟動(dòng) 此次設(shè)計(jì)采用的 EPC－ 755A 光電編碼器為 A/B 相正交計(jì)數(shù)器。 查 上表可知 可東華理工大學(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 29 以選擇計(jì)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(hào)輸入端。 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 。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需配置一個(gè)專用的電源供電，電源的作用是讓電動(dòng)機(jī)的控制繞組按照特定的順序通電，即受輸入的電脈沖控制而動(dòng)作，這個(gè)專用電源稱為驅(qū)動(dòng)電源。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電源是一個(gè)互相聯(lián)系的整體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能是由電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電源兩者配合所形成的綜合效果。 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。 驅(qū)動(dòng)電源的組成 。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源基本上由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖放大器（也稱功率放大器）三部分組成，如圖所示。 圖 311 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源方框圖 脈沖發(fā)生器是一個(gè)脈沖頻率由幾赫 到幾十千赫可連續(xù)變化的脈沖信號(hào)發(fā)生器。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(guò)調(diào)節(jié)電阻 R和電容 C的大小來(lái)改變電容器充放電的時(shí)間常數(shù)，以達(dá)到改變脈沖信號(hào)頻率的目的。圖 6 是兩種實(shí)用的多諧振蕩電路，它們分別由反相器和非門構(gòu)成，振蕩頻率由 RC 決定，改變 R 值即可改變脈沖頻脈 沖 發(fā)生器 脈 沖 分配器 脈 沖 放大器 步 行 電動(dòng)機(jī) 發(fā)生器 指令 工 作 機(jī) 構(gòu) 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 30 率。 圖 312 脈沖發(fā)生器實(shí)用電器 2. 脈沖分配器 脈沖分配器中由門電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路，它根據(jù)指令把脈沖信號(hào)按一定的邏輯關(guān)系加在脈沖放大器上，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按確定的運(yùn)行 方式工作。下面著重介紹 CH250 環(huán)形脈沖分配器。 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(guò)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。 圖 313 CH250 三相雙三拍接法 圖 314 CH250 三相六拍接法 J3r、 J3L 兩端子是三相雙三拍的控制端， J6r、 J6L 是三相六拍的控制端，三相雙三拍工作時(shí)，若 J3r＝ “1” ，而 J3L＝ “0” ，則電機(jī)正轉(zhuǎn)；若 J3r＝ “0” ，J3L＝ “1” ，則電機(jī)反轉(zhuǎn)；三相六拍供電時(shí)，若 J6r＝ “1” ， J6L＝ “0” ，則電機(jī)正轉(zhuǎn)；若 J6r＝ “0” ， J6L＝ “1” ，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 R2 是雙三拍的復(fù)位端， R1是六拍的復(fù)位端，使 用時(shí)，首先將其對(duì)應(yīng)復(fù)位端接入高電平，使其進(jìn)入工作狀態(tài)，然后換接到工作位置。 CL 端是時(shí)鐘脈沖輸入端， EN 是時(shí)鐘脈沖允許端，用以控制時(shí)鐘脈沖的允許與否。當(dāng)脈沖 CP由 CL端輸入，只有 EN端為高電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖的上升沿才起作用。 CH250 也允許以 EN端作脈沖 CP 的輸入端，此時(shí)，只有CL 為低電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖的下降沿才起作用。 A0、 B0、 C0 為環(huán)形分配器的三個(gè)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 31 輸出端，經(jīng)過(guò)脈沖放大器（功率放大器）后分別接到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的三相線上。 CH250 環(huán)形脈沖分配器的功能關(guān)系如表所列。 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)。圖 9是一個(gè)實(shí)用的脈沖放大電路，圖中使用三級(jí)晶體管放大，第一級(jí)用 3DG6 小功率管，第二級(jí)用 3DK4 中功率管，第三級(jí)用 3DD15 大功率管， R6 為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)限流電阻，隨所配電機(jī)不同而異。 圖 315 脈沖放大電器實(shí)用電路 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 32 圖 316高低壓切換驅(qū)動(dòng)電源的原理圖 上圖 所示電路是單電壓型驅(qū)動(dòng)電源，它的特點(diǎn)是：線路簡(jiǎn)單，電阻 R6 與控制繞組串聯(lián)后，可以減小回路的時(shí)間常數(shù)；但是由于 R6 上要消耗功率，使電源的效率降低，用這種電源供電的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和運(yùn)行頻率都不會(huì)太高。為了提高電源效率 及工作頻率，可采用高、低壓切換型電源，其原理如圖 10 所示。高壓供電是用來(lái)加速電流的增長(zhǎng)速度，而低壓是用來(lái)維持穩(wěn)定的電流值。低壓電源中串聯(lián)一個(gè)數(shù)值較小的電阻，其目的是為了調(diào)節(jié)控制繞組的電流，使各相電流平衡。 顯示器 此次設(shè)計(jì)需要顯示點(diǎn)位坐標(biāo)，所以還必須接上顯示部分。根據(jù)任務(wù)要求。需要精確到。所以設(shè)計(jì)中用十二個(gè) LED 顯示管來(lái)顯示點(diǎn)位坐標(biāo)。（其中六個(gè)用于顯示 X 軸坐標(biāo)，六個(gè)用于顯示 Y 軸坐標(biāo)）。 LED 顯示方法 LED 顯示的方法有兩種： 靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示 靜態(tài)顯示 :所謂靜態(tài)顯示 ,是由單 片機(jī)一次輸出顯示后 ,保持到下次送新的顯示信息為止 ,并且各個(gè) LED數(shù)碼管的筆劃信息碼同時(shí)傳送 .這種顯示占用 CPU資源少 \無(wú)需為選信號(hào) \各個(gè) LED 數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮 \顯示可靠 。缺點(diǎn)是使用元件多 ,且線路比較復(fù)雜 ,因而成本比較高 .當(dāng)顯示的位數(shù)較少時(shí) ,可以采用靜態(tài)的顯示方法 . 動(dòng)態(tài)顯示 :動(dòng)態(tài)顯示就是單片機(jī)定時(shí)對(duì) LED 掃描 ,使其逐個(gè)輸出顯示 .使用這種方法 .每次只有一個(gè)顯示器件顯示 ,即顯示器件分時(shí)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(shí)顯示 .各管按照程序規(guī)定的順序點(diǎn)亮自己的數(shù)碼 ,待各個(gè)數(shù)碼管都點(diǎn)亮后 ,再?gòu)念^ 開始 ,反復(fù)而已 .這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少 ,價(jià)格低 。缺點(diǎn)是占用 CPU 資源多 ,亮度與靜態(tài)顯示相比要暗得多 .只東華理工大學(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 33 要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序 ,顯示器就停止顯示 ,動(dòng)態(tài)顯示的亮度與導(dǎo)通電流相關(guān) ,也與點(diǎn)亮?xí)r間隔時(shí)間的比例相關(guān) .這里采用的 LED 顯示方法是動(dòng)態(tài)顯示 ,其工作原理是 : (1) 先送出筆劃信息碼 ,接著選中 LED 數(shù)碼管 ,并延時(shí) 2MS 使之點(diǎn)亮 . (2) 依據(jù)上次動(dòng)作依次顯示各個(gè) LED 數(shù)碼管 ,直至每個(gè)數(shù)碼管都被點(diǎn)亮過(guò) (3) 循環(huán)反復(fù) 七段數(shù)碼管 7段數(shù)碼管發(fā)光二極管使用靈活，簡(jiǎn)單方便，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，相應(yīng) 的發(fā)光二極管就點(diǎn)亮；當(dāng)電流消滅沒有電流時(shí)，發(fā)光二極管就滅。同樣。共陽(yáng)極 LED顯示器。就是將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起，接到電源正極。這樣，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極加有低電平，該發(fā)光二極管即被點(diǎn)亮。 圖 317 LED 數(shù)碼顯示顯示管 由于采用 PLC 輸出，輸出電壓為直流 24v，所以在 LED顯示管上我們必須串聯(lián)電阻進(jìn)行分壓。 普通的發(fā)光二極管正偏壓降紅色為 ，黃色為 左右，藍(lán) 白 為至少 。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(shí)的額定電流約為 20mA。 限流電阻計(jì)算如下： U 為工作電壓 串聯(lián) R＝（ U－ LED 壓降＊ 18）／ 20mA 并聯(lián) R＝（ U－ LED 壓降）／（ 20*18mA） 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 34 數(shù)碼驅(qū)動(dòng)管 CC4514 是由一 4位可選通鎖存器和 4 線 — 16線譯碼器組成，鎖存器所保留的數(shù)據(jù)為在選脈沖由 1 至 0 轉(zhuǎn)換之前的最后輸入數(shù)據(jù)。 1NH控制端將所有輸出 置為 0。而與數(shù)據(jù)或選通脈沖的輸入狀態(tài)無(wú)關(guān)。 工作條件：電源電壓范圍 3v— 15v。 輸入電壓范圍： 0v— VDD 工作溫度范圍： M類 55 ℃ 125℃， E 類： 40℃ 85℃。 極限值：電源電壓 — 18v。 輸入電壓 0v— VDD+ 輸入電流： 10mA 存儲(chǔ)溫度： 65℃ 150℃。 引出端功能符號(hào)： A0— A3 數(shù)據(jù)輸入端。 1NH 輸出禁止控制端。 LE 數(shù)據(jù)鎖存控制端。 VDD 正電源。