《计算机控制实验指导书》_MCGS控制DJ6机电实验平台实验指导书.doc

DJ6 机电实验平台第一章 实验系统配置一、 系统组成连接图如图11所示PC机PCL818LDJ6机电平台机电实验开发系统图11DJ6机电实验平台可以和PCL818L（数据采集板卡）实验仪相连，组成机电实验开发系统。PCL818L实验仪和PC机连接，运用MCGS进行上位机控制 实现实验程序的编写、加载和调试工作。二、 实验开发系统快速入门以下说明针对由DJ6机电实验平台和DJ系列实验仪组成的实验开发系统。有关DJ系列仿真实验仪的使用，请参见相关说明书。1 PC机上启动DJ调试软件，完成程序的编辑、编译。2 正确连接机电实验平台、实验仪和PC机。系统上电，正确联机。3 完成与实验有关的连线（详见各实验）。4 通过DJ软件向实验仪加载代码，运行程序并利用DJ软件中提供的调试环境监测程序的运行。若平台无法正确动作，请将平台重新上电一次。5 如程序运行结果与设计不符，返回第1步或第3步。第二章 DJ6机电实验平台一、 工作原理1 选择开关使用选择开关确定当前为直流电机工作还是步进电机工作，或处于停机状态。停机状态并不是断电状态，所以平台较长时间不操作，请关闭开关或拔掉电源插头，以减少发热，提高机器寿命。2 传动部分如图2-1所示。直流电机和步进电机通过橡胶传动带而联动。步进电机的轴同时连接蜗杆传动减速机构，再通过齿轮和皮带部分，将电机的圆周运动转换成皮带的水平运动。3 指示部分皮带水平运动的位移量用指针和刻度尺来量化表示。刻度尺分为16大格，每大格长度为1厘米；每大格分为10小格，每小格长度为1毫米。皮带移动同时带动右端的一只多圈线绕电位器转动，通过改变电位器的接入阻值而改变反馈回的电压值，并送入控制接口插座的IN0脚。该反馈电压值可用于计算当前的位移量。为了给平台留有一定的余地，皮带在15大格的行程范围内，位置反馈电压值在04.0V范围内线性变化。当然用户也可把满量程扩大到5V,只要调节满度调节电位器就可实现。用户可以通过该电压值来计算或控制指针的当前位置。步进电机轴上圆盘的角度刻度和面板上的定位箭头配合使用可以定量地表示电机的角位移量。4 限位和断位机构为了防止指针移出正常工作范围，造成皮带机构卡死或损坏，皮带的两端设有左右限位和断位机构。当指针到达左右限位或断位光敏管位置时，光敏管将产生左右限位或断位信号（低电平有效）。机构产生的断位信号为平台控制电路使用。断位信号有效时，平台控制电路将强行切断电机的输出并点亮故障指示灯，启动故障蜂鸣器报警。这时，只能使用左移或右移键将指针移回正常工作范围，电机才会再次启动。机构产生的左右限位信号分别送入控制接口的PI0和PI2口，并将左右限位信号的逻辑“与”结果送入控制接口PI6。用户可以灵活使用这几个信号来控制电机的行为。5 测速部分直流电机的轴连接一个测速圆盘（栅格盘），配合测速光敏管，根据电机的转速，产生一定频率的脉冲信号。该脉冲信号被送入控制接口插座的PI4脚，可采集用于计算电机的转速。6 控制部分如图22所示图22直流伺服测速电机部分正常状况下，由实验仪D/A转换器0832送出05V的模拟信号，经功率放大器放大输出为+12-12V电压，加在直流电机两端，驱动直流电机。经一系列传动，带动指针左右移动，同时还带动多圈线绕电位器，使之输出端（送回实验仪A/D转换器0809）的电压同步变化。当D/A转换器输出为0V时，功放将输出+12V(由于压降实际可能达到10V左右)，直流电机以最大速度转动，带动指针以最快的速度左移；当D/A转换器输出逐步增加时，功放输出逐渐减小，直流电机转速减小，指针左移速度变慢；当D/A转换器输出为2.5V时，直流电机（理论上）停转，指针停止移动；当D/A转换器输出逐渐增加，功放输出负电压，直流电机开始反向转动，指针右移（0V对应+12V，电机正转，指针左移；2.5V对应0V，电机停转，指针静止；5V对应-12V，电机反转，指针右移）。步进电机（四相）部分正常状态下，控制芯片（内部固化了控制程序）接收上位机（实验仪）传来的步进脉冲经缓冲驱动后输出给步进电机。当检测到急停、左移、右移、左断位、右断位信号时，控制芯片中的控制程序将作用，控制步进电机分别作出相应的处理。步进电机的速度可以由调节脉冲宽度控制（为保证均匀，建议使用定时器中断发出步进脉冲），步进电机正转时应送出的脉冲顺序（以四相八拍为例）为：AABBBCCCDDDAA。按键部分“左移”、“右移”按键按下时，当前工作的电机（由选择开关确定）将强制执行左移和右移。用户可使用这两个按键调整指针的位置。如前所述，当指针到达断位光敏管位置时，将由硬件强行使电机停转，同时故障报警。而此时，只有用左、右移位键才能将指针移动，且右断位时只有左移键有效，左断位时只有右移键有效。“急停”按键按下后，当前工作电机将强制停转，同时点亮报警指示灯。此时，“左移”“右移”按钮仍有效。再次按下“急停”按键，则解除急停状态，报警指示灯熄灭 ，电机恢复原工作状态。I/O信号部分如图2-3所示：图23 D/A：为直流电机驱动电压输入端，输入电压范围为0+5V。IN0：为多圈线绕电位器中心抽头电压输出，可采样计算当前指针的位置。正常工作电压范围为0+4.0V。PI0：左限位信号，当指针移到左端限位光敏管处时有效。低电平有效。PI2：右限位信号，当指针移到右端限位光敏管处时有效。低电平有效。PI4：测速光敏管产生的计数脉冲信号，用户可采集用以计算电机的转速。PI6：为左限位信号和右限位信号经逻辑“与”操作的结果信号，低电平有效。可将PI6脚信号引入中断或查询PI6脚状态来判断限位信号产生，再通过读入PI0和PI2来区分左右限位，用于实际编程。PO4：向此脚输出低电平可点亮报警指示灯并激发蜂鸣器报警，提供给编程者使用。PO6：向此脚输出高电平，可立即切断直流电机的驱动电压。用户可以用此脚信号，控制直流电机急停。此脚电平对步进电机无影响。A、B、C、D：为四相步进电机驱动信号输入端。用户可以通过编程产生步进码，送入此四脚来控制步进电机的运转。GND：为电源地。+5V、+12V：为电源电压引出脚。其通断由控制板电源引出开关控制。7 调节部分位于平台面板的右部，由零位调节（上）和满度调节（下）两个微调电位器组成。零位调节用于调节指针处于零刻度线时，IN0返回的位置反馈电压值，标准值应为0V。满度调节用于调节指针处于满刻度（15）线时，IN0返回的位置反馈电压值，标准值设应为+4.0V。为了保证实验的精度，在使用一段时间后，用户应及时校准零度值和满度值。 8 控制板电源引出开关DJ6机电平台使用自带电源。控制板电源引出开关的四位拨动开关拨到“ON”的位置，则机电平台的电源电压+5V、+12V通过25芯接口的12、22和13脚引出，向外部电路供电（平时不用）。由于实验仪使用单独电源供电，当和DJ6机电平台连接时，应将控制板电源引出开关的四位拨动开关拨到“OFF”的位置。出厂时，控制板电源引出开关的四位拨动开关的位置为“OFF”。二、 平台出厂状态1选择开关处于停机状态。2控制板电源引出开关的四位拨动开关的位置为“OFF”。三、注意事项1、不允许带电接、拆线。合闸后，不要用手触摸裸露的接线端。2、任何人不允许用手触摸电动机的旋转部分。第三章 实验系统硬件实验一 步进电动机基本原理实验实验一 四相单四拍一、 实验要求编制程序，利用数据采集卡DO0、DO1、DO2、DO3口产生驱动步进电动机运转的四相单四拍脉冲信号。二、实验目的1、 认识MCGS组态工控软件。2、 了解步进电动机的基本结构和工作原理。3、 掌握步进电动机驱动程序的设计方法。三、实验电路及连线图311机电平台的选择开关打在步进电机位置。2实验仪上P10P13依此接机电平台A、B、C、D插孔。3实验仪上地GND连机电平台地GND。四、实验说明步进电动机又称为脉冲电机，是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动、反转和制动的执行元件。其功用是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移。步进电动机的运转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一个脉冲，步进电机就转动一个角度（步距角）或前进/倒退一步。步进电机旋转的角度由输入的电脉冲数确定，所以，也有人称步进电动机为一个数字/角度转换器。当某一相绕阻通电时，对应的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，如果定子和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转的原因。五、实验步骤1、 打开MCGS组态环境，新建一个工程四相单四拍，新建的工程名中不能含有空格。选中设备窗口，进入窗口内的设备窗口。设备窗口内的工具栏有一个工具箱图标，点开工具箱图标。选中研华818L，双击即可放入窗口，关闭设备工具箱。2、点击工具栏第一个图标工作台，回到主界面。选中实时数据库，在这里可以新建实验数据对象并设置其属性，本实验新增数据对象有数值型的Data1，开关型的DO0、DO1、DO2、DO3、DO4。3、回到设备窗口，进入设备窗口之后，双击研华818L，对板卡数据通道对应的数据对象进行命名。在通道DO0输出00至通道DO3输出03前面的对应数据对象内，依次输入DO0DO3。最后点确认实现命名操作。4、点击工作台回到主界面，选中用户窗口，新建一个窗口，双击进入新建的窗口。在窗口中可以作出动画图。插入四个指示灯显示输出信号，一个按钮和和一个按钮指示灯，一个标签框，用作显示Data1的变化。双击各个部件进行属性设置。5、回到主界面，选中运行策略，双击循环策略，进行程序编写。6、打开机电平台电源，点击工具栏的进入运行环境键，观察实验现象。IF DO4=1 THENData1=Data1+1 DO4是总控开关，DO4=0不运行，DO4=1时程序才运行。ENDIFIF Data1=5 thenData1=1 当Data1累加到5时，给Data1赋值1，实现循环。ENDIFIF Data1=1 THEN DO0=1 DO1=0 DO2=0 DO3=0ENDIFIF Data1= 2 THEN DO0=0 DO1=1 DO2=0 DO3=0ENDIFIF Data1= 3 THEN DO0=0 DO1=0 DO2=1 DO3=0ENDIFIF Data1= 4 THEN DO0=0 DO1=0 DO2=0 DO3=1ENDIF实验二 四相双四拍一、 实验要求编制程序，利用数据采集卡DO0、DO1、DO2、DO3口产生驱动步进电动机运转的四相单四拍脉冲信号。二、 实验目的1、了解步进电动机的基本结构和工作原理。2、掌握步进电动机驱动程序的设计方法。3、认识MCGS组态工控软件。三、实验电路及连线实验电路及连线同实验一。四、实验步骤1、 打开MCGS组态环境，新建一个工程四相双四拍，新建的工程名中不能含有空格。选中设备窗口，进入窗口内的设备窗口。设备窗口内的工具栏有一个工具箱图标，点开工具箱图标。选中研华818L，双击即可放入窗口，关闭设备工具箱。2、点击工具栏第一个图标工作台，回到主界面。选中实时数据库，在这里可以新建实验数据对象并设置其属性，本实验新增数据对象有数值型的Data1，开关型的DO0、DO1、DO2、DO3、DO4。3、回到设备窗口，进入设备窗口之后，双击研华818L，对板卡数据通道对应的数据对象进行命名。在通道DO0输出00至通道DO3输出03前面的对应数据对象内，依次输入DO0DO3。最后点确认实现命名操作。4、点击工作台回到主界面，选中用户窗口，新建一个窗口，双击进入新建的窗口。在窗口中可以作出动画图。插入四个指示灯显示输出信号，一个按钮和和一个按钮指示灯，一个标签框，用作显示Data1的变化。双击各个部件进行属性设置。5、回到主界面，选中运行策略，双击循环策略，进行程序编写。6、打开机电平台电源，点击工具栏的进入运行环境键，观察实验现象。实验三 四相八拍一、 实验要求编制程序，利用数据采集卡DO0、DO1、DO2、DO3口产生驱动步进电动机运转的四相单四拍脉冲信号。二、 实验目的1、了解步进电动机的基本结构和工作原理。2、掌握步进电动机驱动程序的设计方法。3、认识MCGS组态工控软件。三、实验电路及连线实验电路及连线同实验一。四、实验步骤1、 打开MCGS组态环境，新建一个工程四相八拍，新建的工程名中不能含有空格。选中设备窗口，进入窗口内的设备窗口。设备窗口内的工具栏有一个工具箱图标，点开工具箱图标。选中研华818L，双击即可放入窗口，关闭设备工具箱。2、点击工具栏第一个图标工作台，回到主界面。选中实时数据库，在这里可以新建实验数据对象并设置其属性，本实验新增数据对象有数值型的Data1，开关型的DO0、DO1、DO2、DO3、DO4。3、回到设备窗口，进入设备窗口之后，双击研华818L，对板卡数据通道对应的数据对象进行命名。在通道DO0输出00至通道DO3输出03前面的对应数据对象内，依次输入DO0DO3。最后点确认实现命名操作。4、点击工作台回到主界面，选中用户窗口，新建一个窗口，双击进入新建的窗口。在窗口中可以作出动画图。插入四个指示灯显示输出信号，一个按钮和和一个按钮指示灯，一个标签框，用作显示Data1的变化。双击各个部件进行属性设置。5、回到主界面，选中运行策略，双击循环策略，进行程序编写。6、打开机电平台电源，点击工具栏的进入运行环境键，观察实验现象。实验四 步进电机正反转一、 实验要求编制程序，利用数据采集卡DO0、DO1、DO2、DO3口产生驱动步进电动机运转的四相单四拍脉冲信号。二、 实验目的1、了解步进电动机的基本结构和工作原理。2、掌握步进电动机驱动程序的设计方法。3、认识MCGS组态工控软件。三、实验电路及连线实验电路及连线同实验一。四、实验步骤1、 打开MCGS组态环境，新建一个工程步进电机正反转，新建的工程名中不能含有空格。选中设备窗口，进入窗口内的设备窗口。设备窗口内的工具栏有一个工具箱图标，点开工具箱图标。选中研华818L，双击即可放入窗口，关闭设备工具箱。2、点击工具栏第一个图标工作台，回到主界面。选中实时数据库，在这里可以新建实验数据对象并设置其属性，本实验新增数据对象有数值型的Data1、Data2,开关型的DO0、DO1、DO2、DO3。3、回到设备窗口，进入设备窗口之后，双击研华818L，对板卡数据通道对应的数据对象进行命名。在通道DO0输出00至通道DO3输出03前面的对应数据对象内，依次输入DO0DO3。最后点确认实现命名操作。4、点击工作台回到主界面，选中用户窗口，新建一个窗口，双击进入新建的窗口。在窗口中可以作出动画图。插入四个指示灯显示输出信号，一个按钮和和一个标签框，这个标签框用于显示按钮值Data2，另外一个标签框，用作显示Data1的变化。双击各个部件进行属性设置。5、回到主界面，选中运行策略，双击循环策略，进行程序编写。6、打开机电平