【正文】 部結(jié)構(gòu)和引腳完全相同。 本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，采用脈沖分配器專用集成電路芯片PMM8714 控制勵(lì)磁。本步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分是通過硬件實(shí)現(xiàn)脈沖分配，單片機(jī)只需向脈沖分配器發(fā)送步進(jìn)脈沖和控制旋轉(zhuǎn)方向的電平信號(hào) [17]，通過軟件可編程控制并行 I/O 口和 和 ，以輸出相應(yīng)頻率的脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由軟件實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高，電流較大。輕則影響計(jì)算機(jī)程序的正常工作，重則導(dǎo)致計(jì)算機(jī)和接口電路損壞，所以在接口電路與功率放大器之間要接上光電隔離電路。 圖 42 雙脈沖輸入法的連線方式 19 圖 43 光電隔離電路 表 41 PMM8714 的引腳功能說明 引腳 符號(hào) 功能 1 CU 正轉(zhuǎn)時(shí)鐘脈沖輸入 2 CD 反轉(zhuǎn)時(shí)鐘脈沖輸入 3 Ck 時(shí)鐘脈沖輸入 4 U/D 旋轉(zhuǎn)方向切換 5 EA 勵(lì)磁模式切換 6 EB 勵(lì)磁模式切換 7 EC 勵(lì)磁模式切換 8 PD 控制輸出信號(hào)為低電平 9 Z0 輸出相源檢測(cè) 10 C0 輸入脈沖檢測(cè) 11 EM 勵(lì)磁檢測(cè) 12 GND 地 13 R 復(fù)位 14 QE 輸出 E 15 QD 輸出 D 16 QC 輸出 C 17 QB 輸出 B 18 QA 輸出 A 19 QE 輸出 E 20 QD 輸出 D 21 QC 輸出 C 22 QB 輸出 B 23 QA 輸出 A 20 顯示電路設(shè)計(jì) 為了知道測(cè)試機(jī)已開合多少次，設(shè)計(jì)電路中需有顯示部分，本設(shè)計(jì)電路選用 LED 顯示器， LED 顯示器的顯示方法為動(dòng)態(tài)顯示。 8051 的 P2 口作為掃描口，經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器 75492 接顯示器共陰極； P0 口作為段數(shù)據(jù)口，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器 7407 接顯示器的各個(gè)陽極。 共陰極顯示器 圖 44 8 位動(dòng)態(tài)顯示器接口電路 單片機(jī)電源電路的設(shè)計(jì) 在我國(guó)，工業(yè)交流電 電壓為 220V,頻率為 50Hz。為了得到直流電，除了用直流發(fā)電機(jī)外，目前廣泛采用各種半導(dǎo)體直流電源。 (2)整流電路：將交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓，其中的整流元件所以能整流，是因?yàn)樵哂袉蜗驅(qū)щ姷奶匦浴? 21 (4)穩(wěn) 壓環(huán)節(jié)：在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)時(shí)，使直流輸出電壓穩(wěn)定。因?yàn)椴捎眠\(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路仍有不少外接元件，還要注意共模電壓的允許值和輸入端的保護(hù)，使用復(fù)雜。其內(nèi)部電路也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路，這種穩(wěn)壓器只有輸入端 輸出端 2 和公共端 3 三個(gè)引出端，也可稱為三端集成穩(wěn)壓器。后端所接電容是為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。 測(cè)量位移的傳感器的有很多，綜合考慮，選用 光電開關(guān) 傳感器測(cè)量位移，最適合本設(shè)計(jì)。光電開關(guān)將輸入電 流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。更重要的是外界影響對(duì)它無干擾。總之，由于相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造和直接安裝使費(fèi)用減少。 按供電種類的分類 1 直流式 2 交流式 3直流交流混合式 在 此，光電開關(guān)主要起兩個(gè)作用： (1)用來確定起始位置 時(shí)的觸發(fā)信號(hào) ；(2)行程的限位 ，提高測(cè)量精度 。 本設(shè)計(jì) 選用 8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制，采用脈沖分配器專用集成電路芯片PMM8714 控制勵(lì)磁 。 機(jī)械部分主要是滾珠絲桿， 滾珠絲桿是精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件高精度，它將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)。傳感器碼盤的測(cè)量精度經(jīng)計(jì)算為 遠(yuǎn)小于 ?？梢耘卸ū驹O(shè)計(jì)方案可行。設(shè)計(jì)過程中完成了對(duì)縱向 進(jìn)給系統(tǒng)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)和垂直進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)主要的零部件進(jìn)行了選擇并對(duì)其進(jìn)行了一系列的校核，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足要求，說明本次設(shè)計(jì)的醫(yī)用三自由度醫(yī)療床的結(jié)構(gòu)是合理的。醫(yī)用三自由度醫(yī)療床具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低、維修簡(jiǎn)單方便、效率高和操作編程簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，醫(yī)用三自由度醫(yī)療床一定有著廣闊的發(fā)展前景。四年的大學(xué)學(xué)習(xí)，不僅是為了今天的畢業(yè)設(shè)計(jì)，也是為今后走上 工作崗位作了準(zhǔn)備。在導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，我按時(shí)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。通過一個(gè)3 軸機(jī)床，對(duì)其系統(tǒng)性能和重構(gòu)問題的參數(shù)進(jìn)行分析。主要考慮內(nèi)容包括： 設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)延遲，節(jié)點(diǎn)編號(hào)，信息聯(lián)絡(luò)， 統(tǒng)一性測(cè)試等。 導(dǎo)言 可重構(gòu)制造系統(tǒng)（ RMS ）其可重新配置性具有相當(dāng)?shù)某杀拘б?，其生產(chǎn)能力及機(jī) 器的功能也能夠迅速適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)需求（ koren ， 1999年）。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)， RMS 的設(shè)備設(shè)計(jì)必須做到功能模塊化和智能化。在指定 RMS 的設(shè)備，機(jī)器和系統(tǒng)，可以在有效迅速地改組后，在硬件和軟件上滿足新任務(wù)的要求。 機(jī)床上傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)體 系，是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的，它已經(jīng)成功的在工業(yè)生產(chǎn)中使用了幾十年。因此，傳統(tǒng)點(diǎn)到點(diǎn)的控制系統(tǒng)已不能滿足新的要求，如模塊化，集中化的控制，綜合診斷，快速，易于維護(hù)， 成本低（ Eccles 1998年） 。這些分布式通用總線系統(tǒng)，稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（ NCSs ） ，這種體積小的布線及分布 28 式處理，顯示出了若干優(yōu)勢(shì)，并支持 RMS 的安全啟用?；趯?duì)象的設(shè)備型號(hào)分別通用，通過制造商了解裝置型號(hào)和功能，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)級(jí)別上的重構(gòu)（ koren ， 1999年） 。這是其中一個(gè)研究成果。這個(gè)正在調(diào)查和研究的主要目標(biāo)是開發(fā)加工的方法和工具，以在 RMS 中協(xié)助提高一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的機(jī)械機(jī)械等級(jí)。 RMS的網(wǎng)絡(luò)與控制 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，即互聯(lián)設(shè)備，如傳感器、驅(qū)動(dòng)器和控制器，使用較少的線路，并要求比點(diǎn)到點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)需要更少的維修。此外，在診斷通信裝置和設(shè)備條件時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)層次更容易執(zhí)行的。一般來說，通信可以使用較低的技術(shù)水平，如為 sensor buses或 field buses （ schickhuber 和 McCarthy ， 1997 年） 。一般來說，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)都采用大數(shù)據(jù)封包，并相對(duì)偶然突發(fā)性數(shù)據(jù)保持高數(shù)據(jù)傳輸速率，以支持傳輸大型數(shù)據(jù)文件。 控制網(wǎng)絡(luò)，在對(duì)比之下，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)區(qū)別控制網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵要素是時(shí)間臨界系統(tǒng)支持性能。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)化機(jī)床，顧名思義，是 ncss 和分布式的系統(tǒng)的控制器，驅(qū)動(dòng)器和傳感器通過一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)和設(shè)計(jì)好的信息交換裝置連接。因此， 單一中央控制單元上的加工負(fù)載，可以被分配到幾個(gè)小的處理器上，即專門用于這一部份的驅(qū)動(dòng)器 /傳感器。此外，智能裝 置能改善信號(hào)處理和通信質(zhì)量。遺失或過分延遲的信息通過一個(gè)傳感器經(jīng) 30 由控制器到達(dá)一個(gè)致動(dòng)器，例如，可能會(huì)惡化系統(tǒng)性能或?qū)е虏环€(wěn)定信息。不同的網(wǎng)絡(luò)有不同的協(xié)議分配和該裝置對(duì)網(wǎng)絡(luò)可用帶寬。這些時(shí)間延遲不僅是出現(xiàn)在每個(gè)采樣瞬間，也在不同設(shè)備在同一個(gè)子系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生。 因此，必須現(xiàn)建立模型和控制器的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，以便網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可成功建立。這個(gè)工具，是一個(gè)被稱為 robotool 的 3 軸（ X ，Y 和 Z ）加工系統(tǒng)中，每個(gè)軸的動(dòng)作是直線下滑并通過驅(qū) 動(dòng)滾珠絲杠，由直流電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)角速度測(cè)量測(cè)速。每 10 毫秒對(duì)這兩個(gè)位置的速度信號(hào)采樣。在過去，一些研究者已用 robotool 作為一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)研究開放式控制系統(tǒng)（ koren 等人， 1996 年），監(jiān)控系統(tǒng)（ Lander 和 Ulsoy 等， 1998 年 ，和交叉聯(lián)結(jié)控制系統(tǒng)（ Chen 等，1998 ）。 31 由于硬件設(shè)置原因，當(dāng)系統(tǒng)功能目標(biāo)的改變時(shí)，添加 /刪除系統(tǒng)組件和執(zhí)行診斷時(shí)非常困難和耗時(shí)的。此外，信號(hào)導(dǎo)致這些設(shè)備不統(tǒng)一，不能共享其他設(shè)備，需要進(jìn)一步改造才能使用。我們正在 robotoo上設(shè)置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)裝置控制系統(tǒng) DeviceNet（ DeviceNet 是一個(gè)傳感器在 NCS上普遍采用的通信協(xié)議總線。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如圖所示）的第一個(gè)優(yōu)勢(shì) ，是減少配線。這些措施包括客戶機(jī) /服務(wù)器（以一對(duì)一的互動(dòng)），以及發(fā)布者 /訂閱（ 以一對(duì)多的互動(dòng)） 。一個(gè)傳感器所產(chǎn)生的信息，可方便地瀏覽數(shù)控裝置（發(fā)布者 /訂閱通訊模式），無須提交任何重復(fù)傳感器和算法就可以在傳統(tǒng)的生產(chǎn)系統(tǒng)中發(fā)送。 NCS 性能分析 由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，設(shè)備信息必須確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)是否可用后才可以傳輸。因此，信號(hào)由傳感器，控制器或調(diào)節(jié)器傳來的是延 33 遲后信息和瞬間采樣。時(shí)間延遲的特點(diǎn)會(huì)影響控制機(jī)床內(nèi)部的一個(gè)軸線以及相互合作的不同軸線性能性能。 有效的 NCS解決方案 為了實(shí)現(xiàn)有效的 NCS 方案， RMS 控制系統(tǒng)中的一些問題必須解決，除了前面幾節(jié)概述分析的性能問題，其中一個(gè)重要的問題，涉及到了利用智能設(shè)備傳感器，執(zhí)行器和網(wǎng)絡(luò)化控制器。除了具有網(wǎng)絡(luò)功能的應(yīng)用處理器，分析傳感器數(shù)據(jù)功能的網(wǎng)絡(luò)控制器，能做出決定并給予指令驅(qū)動(dòng)裝置。 為了保證一定程度的重構(gòu)，我 們必須保證裝置一定程度上的互操作性和互換性。目前，在密西根大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，我們正進(jìn)行不同層次的一致性測(cè)試，包括控制網(wǎng)，設(shè)備網(wǎng)，和傳感器總線信息傳輸協(xié)議等。這些一致性測(cè)試是為了保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互操作性和互換性。 Control Engineering, Vol. 8, No. 1, pp. 21–32. 35 附錄 2 IMPLEMENTATION OF NETWORKED MACHINE TOOLS IN RECONFIGURABLE MANUFACTURING SYSTEMS ABSTRACT This paper discusses the hierarchical model and implementation considerations of work architectures for RMS. Using a 3axis machine tool, system performance and reconfiguration issues are parameterized and analyzed. We utilize this machine tool to address issues associated with evaluating system performance and developing control work solutions. The implementation considerations of a worked machine tool includedevice and work delays, node numbering, messaging connections, conformance testing, etc. The issues addressed in the paper facilitate the design of several key ponents of the modularity and flexibility in worked Reconfigurable Manufacturing INTRODUCTION Reconfigurable Manufacturing Systems (RMS) can be costeffectively reconfigured to rapidly adapt the system’s manufacturing capacity and its machine functionality in a changing marketplace (Koren, 1999). Reconfigurability and adaptation are achieved through flexible control architectures and open information exchange via works. In achieving these goals, RMS devices must be designed to function modularly and intelligently Modularity provides standardized units or dimensions for flexibility and variety of device operations, and intelligence enables devices to function independently 36 and to interoperate with other devices to achieve system functionality goals. With the designated RMS devices, machines and systems can be efficiently and achieved through flexible control architectures and open information exchange via works. In achieving these goals, RMS devices must be designed to function modularly and intelligently Modularity provides standardized units or dimensions