顺序控制与数字程序控制技术

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1、24.14.24.1 顺序控制技术顺序控制技术4.2 数字程序控制数字程序控制34.1 顺序控制技术顺序控制技术4.1.1 顺序控制概述顺序控制概述4.1.14.1.24.1.34.1.2 顺序控制系统组成顺序控制系统组成4.1.3 微机微机 顺序控制系统应用案例顺序控制系统应用案例4 顺序控制概念顺序控制概念 u顺序控制是指以预先规定好的时间或条件为是指以预先规定好的时间或条件为依据，按预先规定好的动作次序，对控制过依据，按预先规定好的动作次序，对控制过程各阶段顺序地进行自动化。程各阶段顺序地进行自动化。u顺序控制原理：根据应用的场合和工艺要求，：根据应用的场合和工艺要求，划分各种不同的工步

2、，然后按预先规定好的划分各种不同的工步，然后按预先规定好的“时间时间”或或“条件条件”，按次序完成各工步的，按次序完成各工步的动作并保证各工步动作所需要的持续时间。动作并保证各工步动作所需要的持续时间。5例例4.1 冷加工自动线中钻孔动力头钻孔过程冷加工自动线中钻孔动力头钻孔过程的顺序控制原理图的顺序控制原理图工进YA2快进YA1快退YA3SQ1SQ2SQ3动力头6 1)动力头在起始位置动力头在起始位置(行程开关行程开关SQ1受压受压)，按启动，按启动开关按钮开关按钮SB1后，电磁阀后，电磁阀YAl通电，动力头快进；通电，动力头快进；2)快进到位时压下行程开关快进到位时压下行程开关SQ2，使电

3、磁阀，使电磁阀YA2通通电电(YAl保持通电保持通电)，动力头由快进转工进，动力头由快进转工进(钻孔钻孔)，即一边加工一边进给；即一边加工一边进给；3)工进到位时压下行程开关工进到位时压下行程开关SQ3，使，使YAl、YA2断断电，开始定时延迟，动力头原地镟削电，开始定时延迟，动力头原地镟削(精镗精镗)；4)延迟时间到，延迟时间到，YA3通电，动力头快退；通电，动力头快退；5)动力头退回到原位，行程开关动力头退回到原位，行程开关SQ1又受压，又受压，YA3断电，动力头停止。断电，动力头停止。7例例4.2 机械手。下限位开关。左限位开关上限位开关。右限位开关夹紧放松原点。上限位开关。终点。下限位

4、开关。图图4.2机械手取放动作工件示意图机械手取放动作工件示意图8u按顺序执行的继电按顺序执行的继电接触器控制系统接触器控制系统 u半导体逻辑顺序控制系统半导体逻辑顺序控制系统 u可编程顺序控制器系统可编程顺序控制器系统 u微机顺序控制系统微机顺序控制系统 9n顺序控制系统的输入、输出信号以开关顺序控制系统的输入、输出信号以开关量信号为主量信号为主n逻辑关系复杂逻辑关系复杂 n控制程序客观控制程序客观n可靠性要求高可靠性要求高10操作台报 警显 示被控对象控制计算机信号检测输入电路输入接口执行机构输出电路输出接口图4.3典型微机顺序控制系统组成框图 典型的微机顺序控制系统是由系统控制器、信号检

5、测、执行机典型的微机顺序控制系统是由系统控制器、信号检测、执行机构及被控对象等组成构及被控对象等组成 11硬件框图硬件框图12 2.控制程序流程图13START：MOV A，P1 ；读入现场信号ANL A，#0FCH CJNE A，#03H，START ；SQl、SBl1？STEP1：SETB P1.5 ；是，动力头快进 MOV A，P1 ；读入现场信号 ANL A，#04H QNE A，#04H，STEPl ；判断SQ21？STEP2：SETB A，P1.6 ；是，转入工进 MOV A，Pl ；读人现场信号 ANL A，#08H CJNE A，#08H，STEP2 ；判断SQ31？CAlL

6、DELAY ；是，延时停留SETP3：MOV A，#80H MOV P1，A ；YA3l，Yal，YA2 0 MOV A，P1 ANL A，#02H CJNE A，#02H，SETP3 ；判断SQ31？CLR P1.7 ；是，YA30 AJMP START ；返回，转下次循环 3.控制程序144.2.14.2.24.2.34.2.1数字程序控制基础数字程序控制基础4.2.2逐点比较插补法逐点比较插补法4.2.3 步进电机的控制步进电机的控制15 数字程序控制就是能够根据数据和预先就是能够根据数据和预先编制好的程序，控制生产机械按规定的编制好的程序，控制生产机械按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距

7、离和运动工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制速度等规律自动地完成工作的自动控制 数字程序控制系统一般由输入装置、输数字程序控制系统一般由输入装置、输出装置、控制器、伺服驱动装置等组成出装置、控制器、伺服驱动装置等组成 数字程序控制系统中的轨迹控制策略是数字程序控制系统中的轨迹控制策略是插补和位置控制插补和位置控制16 图4.6 曲线分段数字程序控制的基本原理数字程序控制的基本原理 曲线分割曲线分割 插补计算插补计算 根据给定的各曲线段的起点、终点坐标，确定根据给定的各曲线段的起点、终点坐标，确定各坐标值之间的中间值的数值计算方法称为各坐标值之间的中间值的数值计算

8、方法称为插值或插补。常用的插补形式有直线插补和插值或插补。常用的插补形式有直线插补和二次曲线插补两种形式。二次曲线插补两种形式。脉冲分配脉冲分配17按控制对象的运动轨迹分类按控制对象的运动轨迹分类:点位控制、直线切削控制和轮点位控制、直线切削控制和轮廓切削控制廓切削控制 根据有无检测反馈元件分类根据有无检测反馈元件分类:开环和闭环数字程序控开环和闭环数字程序控制制 闭环数字程序控制闭环数字程序控制 D/A计算机伺服电机工作台伺服电机驱动电路测量元件开环数字程序控制开环数字程序控制 计算机步进电机工作台步进电机驱动电路18 逐点比较法插补原理：每当画笔或刀具向某一每当画笔或刀具向某一方向移动一步

9、，就进行一次偏差计算和偏差判方向移动一步，就进行一次偏差计算和偏差判别，也就是到达新的点位置和理想线型上对应别，也就是到达新的点位置和理想线型上对应点的理想位置坐标之间的偏离程度，然后根据点的理想位置坐标之间的偏离程度，然后根据偏差的大小确定下一步的移动方向，使画笔或偏差的大小确定下一步的移动方向，使画笔或刀具始终紧靠理想线型运动，起到步步逼近的刀具始终紧靠理想线型运动，起到步步逼近的效果。效果。由于采用的是由于采用的是“一点一比较，一步步逼近一点一比较，一步步逼近”方方法，因此称为逐点比较法。法，因此称为逐点比较法。19 是以直线或折线是以直线或折线(阶梯状的阶梯状的)来逼近直线或来逼近直线

10、或圆弧等曲线的，它与给定轨迹之间的最圆弧等曲线的，它与给定轨迹之间的最大误差为一个脉冲当量大误差为一个脉冲当量 只要把运动步距取得足够小，便可精确只要把运动步距取得足够小，便可精确地跟随给定轨迹，以达到精度的要求地跟随给定轨迹，以达到精度的要求 20mmemeFy xx y 第一像限内的直线插补第一像限内的直线插补偏差计算公式偏差计算公式 210mF 当当 ，表明，表明m点在直线段点在直线段OA下方，为逼近给定曲线，下方，为逼近给定曲线，应沿应沿+y方向走一步至方向走一步至m+1，该点的坐标值为该点的坐标值为111mmmmxxyy该点的偏差为：该点的偏差为：111(1)mmememememeF

11、yxxyyxx yFx进给与偏差计算进给与偏差计算 当当 ，表明，表明m点在直线段点在直线段OA上或上或OA上方上方，应沿应沿 +x 方向走一步至方向走一步至m+1 该点的坐标值为该点的坐标值为 0mF 111mmmmxxyy111(1)mmememememeFyxxyy xxyFy该点的偏差为：该点的偏差为：22 每走一步比较一次直至两者相等为止每走一步比较一次直至两者相等为止 取终点坐标中的较大者作为终点判别的取终点坐标中的较大者作为终点判别的依据依据 用一个终点判别计数器用一个终点判别计数器，存放两个坐标，存放两个坐标的总步数的总步数23 偏差判别，判断上一步进给后的偏差偏差判别，判断上

12、一步进给后的偏差值值F0还是还是F0；坐标进给，根据偏差判别的结果和所坐标进给，根据偏差判别的结果和所在象限决定在哪个方向上进给一步；在象限决定在哪个方向上进给一步；偏差计算，计算出进给一步后的新偏偏差计算，计算出进给一步后的新偏差值，作为下一步进给的判别依据。差值，作为下一步进给的判别依据。终点判别，终点判别计数器减终点判别，终点判别计数器减1，判断，判断是否到达终点，是否到达终点，24四四象象限限直直线线插插补补计计算算流流程程图图 25例例4.4 设给定的加工轨迹为第一象限的直线设给定的加工轨迹为第一象限的直线OP，起点为，起点为坐标原点，终点坐标坐标原点，终点坐标A（xe，ye），其值

13、为），其值为(5，4)，试进，试进行插补计算并作出走步轨迹图。行插补计算并作出走步轨迹图。2627设设A1、A2、A3、A4分别表示第一、第二、第三、第四分别表示第一、第二、第三、第四象限的四种线型。象限的四种线型。它们的加工起点均从坐标原点开始。它们的加工起点均从坐标原点开始。凡凡F0时，向时，向x方向进给，在第一、四象限向方向进给，在第一、四象限向+x方向进给；方向进给；在第二、三象限，向在第二、三象限，向-x方向进给；方向进给；凡凡F0时，向时，向y方向进给，在第一、二象限向方向进给，在第一、二象限向+y方向进给；方向进给；在第三、四象限，向在第三、四象限，向-y方向进给。方向进给。不管

14、是哪个象限，都采用与第一象限相同的偏差计算公不管是哪个象限，都采用与第一象限相同的偏差计算公式，只是式中的终点坐标值均取绝对值。式，只是式中的终点坐标值均取绝对值。28表表4.2 四象限的进给脉冲和偏差计算四象限的进给脉冲和偏差计算偏差判别偏差判别F00F 0，向圆外，向圆外(-x方向方向)进给一步。进给一步。P点在圆弧内时，点在圆弧内时，F 0处理。处理。30设设P点在圆外，点在圆外，F 0，F=(x1)2+y2 R2 =x2 2x+l+y2 R2 =（x2+y2 R2）2x+l=F2x+1 若若P点在圆内，点在圆内，F 0，F=x2+(y+1)2 R2=x2+y2+2y+l R2 =(x2

15、+y2 R2)+2y+l=F+2y+l 总步数作为计数长度值，长度计数器的初值为总步数作为计数长度值，长度计数器的初值为 Nxy=|xe x0|+|ye y0|每个坐标方向设一个计数器每个坐标方向设一个计数器，偏差计算偏差计算 终点判别终点判别31第一象限逆圆插补的流程图 图 4.1432 图4.15圆弧插补走步轨迹图 例例4.6 假设加工第一象假设加工第一象限逆圆弧限逆圆弧AB，起点起点A的坐标值的坐标值为为x0=4，y0=3，终点终点B的坐标值的坐标值为为xe=0，ye=5。试进行插补计算试进行插补计算并作出走步轨迹并作出走步轨迹图。图。33第二象限顺圆的偏差计算公式 图4.16第二象限的

16、顺圆若F0时，下一步应沿+x方向进给一步，新的加工点坐标将是(x+1，y)，可求出新的偏差为 FF+2x+1 若F0时，下一步应沿+y方向进给一步，新的加工点坐标将是(x，y+1)，可求出新的偏差为 FF+2y+134在圆弧插补中，沿对称轴的进给方向相同，沿非对称轴的进给方向相反，其次，所有对称圆弧的偏差计算公式，只要取起点坐标的绝对值，就与第一象限中NRl或SRl的偏差计算公式相同 图4.17 四个象限中圆弧的对称性（a）（b）35表4.5 八种圆弧插补的计算公式和进给方向圆弧类型F0时的进给F0时的进给计算公式SR1-y+x当F0时，计算FF2yi1和yi=yi1SR2+y-xNR3-y+

17、x当F0时，计算FF2xi1和xixi1NR4+y-xNR1-x+y当F0时，计算FF2 xi1和xixi1NR2+x-ySR3+x+y当F0时，计算FF2 yi1和yi=yi1SR4-x-y36 步进电机是一种能将电脉冲信号直接转变成与脉步进电机是一种能将电脉冲信号直接转变成与脉冲数成正比的角位移或直线位移量的执行元件。冲数成正比的角位移或直线位移量的执行元件。其速度与脉冲频率成正比。其速度与脉冲频率成正比。步进电机按转矩产生的原理可分为步进电机按转矩产生的原理可分为 反应式（反应式（variable reluctance，VR）步进电机）步进电机 永磁式（永磁式（permanent mag

18、net，PM）步进电机）步进电机 混合式（混合式（hybrid，HB）步进电机）步进电机37反应式步进电机的结构反应式步进电机的结构图4.18三相反应式步进电机结构转子和定子两部分转子和定子两部分 定子是由硅钢片叠成的，每相有定子是由硅钢片叠成的，每相有一对磁极一对磁极(N、S极极)，每个磁极的内表，每个磁极的内表面都分布着多个小齿，它们大小相同，面都分布着多个小齿，它们大小相同，间距相同。该定子上共有间距相同。该定子上共有3对磁极。每对磁极。每对磁极都缠有同一绕组，也即形成一对磁极都缠有同一绕组，也即形成一相，这样相，这样3对磁极有对磁极有3个绕组，形成三个绕组，形成三相。可以得出，四相步进

19、电动机有相。可以得出，四相步进电动机有4对对磁极、磁极、4相绕组；五相步进电动机有相绕组；五相步进电动机有5对磁极、对磁极、5相绕组；依此类推。相绕组；依此类推。转子是由软磁材料制成的，其外表转子是由软磁材料制成的，其外表面也均匀分布着小齿，这些小齿与定面也均匀分布着小齿，这些小齿与定子磁极上的小齿的齿距相同，形状相子磁极上的小齿的齿距相同，形状相似似 38反应式步进电机的工作原理转子的齿数为转子的齿数为Z，它的齿距角，它的齿距角 03602/zZZ步进电机的步距角步进电机的步距角 0360/zzNNZ39 对于三相步进电机则有单拍（简称单三拍）方式、双对于三相步进电机则有单拍（简称单三拍）方

20、式、双相三拍（简称双三拍）方式、三相六拍方式。相三拍（简称双三拍）方式、三相六拍方式。单三拍工作方式，通电顺序为单三拍工作方式，通电顺序为 A B C A 双三拍工作方式，通电顺序为双三拍工作方式，通电顺序为 AB BC CA AB 三相六拍工作方式，通电顺序为三相六拍工作方式，通电顺序为 A AB B BC C CA A 如果按上述三种通电方式和通电顺序进行通电，则步如果按上述三种通电方式和通电顺序进行通电，则步进电机正向转动。反之，如果通电方向与上述顺序相进电机正向转动。反之，如果通电方向与上述顺序相反，则步进电机反向转动。反，则步进电机反向转动。40 步进电机控制接口步进电机控制接口41步进电机输出字表步进电机输出字表42三相六拍步进电机走步控制程序三相六拍步进电机走步控制程序