顺序控制课件.ppt

1、顺序控制课件,第四章 顺序控制和数值控制,4.1 顺序控制 4.2 开环数值控制 4.3,顺序控制课件,基本概念：,顺序控制： 就是指控制系统根据预先规定的工艺要求，按照各个输入信号的条件，使生产过程的各个执行机构自动地按规定的顺序动作。 广泛应用于企业加工、装配、检验等工作的自动化。,数值控制： 就是利用计算机的高速运算和逻辑判断功能，在执行机构机械动作的响应时间内，按预定的运动轨迹算出“动点”的位置，控制机械装置做出相对运动，以获得预定的加工轨迹。 广泛应用于机械加工设备、数字绘图仪机器人等领域中。,顺序控制课件,4.1顺序控制,4.1.1 继电器控制 4.1.2 半导体器件控制 4.1.

2、3 存储式顺序控制,顺序控制课件,4.1.1 一般概念-定义、功能,1、定义：顺序控制就是根据工艺要求，使生产过程的各个执行机构按预先规定的顺序动作。 2、基本功能：根据生产过程要求预先确定程序，使系统在输入信号条件下，按顺序进行工序转换；根据各个工序的要求，控制执行机构工作。,顺序控制课件,4.1.1 一般概念-分类,3、分类（按照应用条件、场合和复杂程度）,继电器控制,半导体器件控制,存储式顺序控制,专用控制器,可编程控制器,顺序控制课件,4.1.1 继电器控制,概念： 利用继电器、接触器、触点等元器件，根据要实现的功能，设计相应的硬件电路图，然后将所需继电器、接触器及其触点按一定的逻辑关

3、系用导线相连，实现执行机构的顺序运行。 优缺点： 优点：逻辑电路图比较直观，形象，具有结构简单，价格便宜。 缺点：寿命较短，可靠性较差，控制功能也不能随意改变。,顺序控制课件,电动机连续运行,注意：接触器线圈电压380V时，采用此种接线方式。,顺序控制课件,KM,SB1,KM,SB2,FR,A,B,C,KM,FU,QS,FR,电流成回路， 只要接两相就可以了。,异步机的直接起动 + 过载保护,顺序控制课件,SB,KA,SB1,KA,SB2,FR,KM,KA,点动+连续运行：加中间继电器（KA）。,FR,顺序控制课件,电动鼓风机控制,顺序控制课件,顺序控制课件,顺序控制课件,顺序控制课件,4.1

4、.2 半导体逻辑元件,概念： 把二极管、三极管、集成电路等安装在印刷电路板上，构成逻辑元件的组合，实现顺序控制。 我们已经作过的交通灯控制电路，属于该类电路。 优缺点： 优点：体积小、可靠性高、寿命长等； 缺点：固定的印刷电路，只能适合一种固定的工艺过程。,顺序控制课件,4.1.3存储式顺序控制,概念： 利用ROM和EPROM和RAM，把顺序控制程序预先存储在控制器内，当输入信号变化时，与原先存储的程序进行比较并进行逻辑判断，从而决定必要的控制，然后将结果送到输出部分，实现对生产过程的顺序控制。 专用计算机控制器： 可编程控制（PLC）,顺序控制课件,4.1.3.1专用计算机控制器,1、概念：

5、 针对某一类控制对象的特点和加工流程而设计的。软件采用汇编语言，通用性比较差，用户二次开发能力差。,顺序控制课件,4.1.3.2可编程控制器,利用计算机原理为顺序控制专门设计的，满足生产要求的、通用的、使用方便的装置。 特点： (1)可靠性高；(2)编程容易；(3)组合灵活 ； (4)输入输出功能模块齐全 ； (5)安装方便 ；(6)运行速度快 用途：顺序控制（取代继电器）；运动控制（步进电机）；过程控制（模拟量）；具有数据通信、处理的能力。,顺序控制课件,顺序控制举例：,例一： 冷加工自动线中钻孔动力头的自动控制。,顺序控制课件,状态转移图,状态转移图也称功能图。一个控制过程可以分为若干个阶

6、段，这些阶段称为状态。状态与状态之间由转换分隔。相邻的状态具有不同的动作。当相邻两状态之间的转换条件得到满足时，就实现转换，即上面状态的动作结束而下一状态的动作开始，可用状态转移图描述控制系统的控制过程，状态转移图具有直观、简单的特点，是设计PLC顺序控制程序的一种有力工具。,顺序控制课件,说明：,组成元件 1）SB1启动按钮； 2）SQ1、SQ2、SQ3 三个行程开关； 3）YA1、YA2、YA3三个电磁阀； 状态转换图如右图：,顺序控制课件,例二：机械手的自动控制 将工件从左工作台移到右工作台,顺序控制课件,说明：,机械手的上升/下降和左移/右移的运动是由双线圈的两位电磁阀驱动气缸来完成。

7、 机械手的夹紧/放松动作是由单线圈两位电磁阀完成，线圈得电夹紧，失电放松。 有无零件可由光电探测器来检测。 状态转换图如右图：,顺序控制课件,机械手：,顺序控制课件,检验设备,顺序控制课件,顺序控制课件,顺序控制课件,顺序控制课件,顺序控制课件,顺序控制课件,顺序控制课件,虚线是气动三联件，表示一个组件，里面有过滤器和减压阀。,顺序控制课件,顺序控制课件,4.2 数值控制,4.2.1 概念 4.2.2 基本原理 4.2.3 逐点比较插补算法,顺序控制课件,4.2.1 概念,数值控制：利用电子计算机的高速的运算和逻辑判断能力，在执行机构的机械动作的响应时间内，按照预先设定的轨迹计算出动点的位置，

8、控制机械装置作出相对运动，获得预定的加工轨迹。数控机床、线切割、绘图仪等. 数控系统的组成： 数控系统一般由输入装置、输出装置、控制器和差补器四大部分组成。这些功能都由计算机完成。,顺序控制课件,4.2.2 基本原理,1、将曲线分段（直线段或曲线段）,并记录端点坐标，送入计算机；,2、给定端点坐标（x、y值）后，利用插值给定一系列的中间值（逼近理想值）；,3、把插补运算过程定出中间点，以脉冲信号形式控制x、y向的步进电机，使其带动绘图笔或刀具等绘制或加工出所要求的轮廓 。,顺序控制课件,概念：,脉冲当量（步长）： 每个脉冲移动的相对位置。 表示 x：x方向的步长； y：y方向的步长； 一般取x

9、 y。 假如起点（x0,y0),终点（xe,ye)则：,假如以步长为单位，起点(X0,Y0)，终点(Xe,Ye),则：,顺序控制课件,插补： 就是求中间值的数值计算方法。要求这些中间点的坐标是以一定的精度逼近给定的线段的。,差补运算的目的： 就是如何分配X和Y方向上的脉冲数，使实际的中间点的轨迹尽可能的逼近理想轨迹。 常用的插补形式： 1）直线插补； 指在给定的两个基点之间用一条近似的直线来逼近，由此定出中间点。中间点的连线（折线）近似直线。 2）二次曲线插补。如圆弧，抛物线和双曲线等。 指在给定的两个基点之间用一条近似的曲线来逼近。 中间点的连线（折线）近似曲线的折线弧。,顺序控制课件,4.

10、2.3 逐点比较算法,也就是动点（绘图笔或刀具）每走一步都要与给定轨迹上的坐标值进行一次比较，看该点是在给定轨迹的上方或下方（直线插补），或在给定轨迹的内部还是外部（圆弧插补），以便决定下一步所走的方向，如在下方，则向上方走，如在内部，则向外部走。 1.平面直线插补算法； 2.平面圆弧插补算法。,顺序控制课件,1.平面直线插补算法,（1）第一象限直线插补算法与实现 算法基本思想： 1）偏差计算； 2）偏差判断； 3）坐标进给； 4）终点判断。,顺序控制课件,起点O：（X0,y0） (0,0)坐标原点 终点A：（Xe,Ye) 动点m：（Xm,Ym) 当m在直线上时，根据斜率公式有：,1）偏差计算

11、公式,顺序控制课件,定义偏差判别式： 则:,偏差计算、判断与坐标进给：,Fm=0动点在直线上,Fm0动点在直线上方,Fm0动点在直线下方,动点在直线上方时要逼近直线,+X,+Y,动点在直线下方时要逼近直线,动点在直线上时，要逼近直线，怎样走步：,规定：+X,+X,顺序控制课件,偏差计算算法的改进：,1、F0=0 （起始点偏差，动点在直线上） 2、坐标进给方向 +X； 3、 那么F1、F2、F3.,顺序控制课件,根据坐标进给改进算法：,Fm0 +x 则：,于是：,Fm0 +Y 则：,于是：,顺序控制课件,2）终点判断：,可以通过设置计数器来判断终点，设置方法有两种： A）设置两个计数器： 用这两

12、个计数器分别记录X方向和Y方向的进给步数Nx和Ny，每进给一步，相应的计数器减1，直到两个计数器全为0时，到达终点。 B）设置单个计数器： 用这个计数器记录X方向和Y方向的进给步数总和Nxy，每进给一步，Nxy减1，直到Nxy减为0，到达终点。,顺序控制课件,例一：,加工第一象限直线OA，起点是O（0,0），终点是A（6,4）。要求： （1）按逐点比较法插补进行列表计算； （2）做出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。,顺序控制课件,解：,解：1）坐标进给的总步数：Nxy=|6-0|+|4-0|=10，xe=6，ye=4，xoy=1，插补计算过程如表： 计算公式： Fm=0 +x xm+1=xm

13、+1 ym+1=ym Fm+1=Fm-ye Fm0 +y xm+1=xm ym+1=ym+1 Fm+1=Fm+xe,2）走步轨迹图：,直线差补走步轨迹图,顺序控制课件,插补计算过程列表：,顺序控制课件,(2)四个象限的直线插补,+X,-X,+Y,-Y,F0,F0,F0,F0,F0,F0,F0,F0,(Xe,Ye),(-Xe,Ye),(-Xe,-Ye),(Xe,-Ye),顺序控制课件,例二：,加工第二象限直线OA，起点是O（0,0），终点是A（-6,4）。要求： （1）按逐点比较法插补进行列表计算； （2）做出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。,顺序控制课件,解：,解：1）坐标进给的总步数：Nx

14、y=|6-0|+|4-0|=10，xe=6，ye=4，xoy=2，插补计算过程如表： 计算公式： Fm=0 -x xm+1=xm-1 ym+1=ym Fm+1=Fm-ye Fm0 +y xm+1=xm ym+1=ym+1 Fm+1=Fm+xe,2）走步轨迹图： 大家下去自己做。,顺序控制课件,插补计算过程列表：,顺序控制课件,（3）直线插补算法流程：,ZF=1 +x 2 -x 3 +y 4 -y,顺序控制课件,2 平面圆弧插补算法,（1）第一象限圆弧插补算法的实现 1）偏差计算公式： 2）终点判断。,顺序控制课件,圆弧的四向插补原理（第一象限）,定义偏差判别式：,当F0时，代表画笔在圆弧外，沿

15、-x方向走一步 当F0处理,顺序控制课件,根据坐标进给改进算法：,Fm0 -x 则：,于是：,Fm0 +Y 则：,于是：,顺序控制课件,2）终点判断：,可以通过设置计数器来判断终点，设置方法有两种： A）设置两个计数器： 用这两个计数器分别记录X方向和Y方向的进给步数Nx和Ny，每进给一步，相应的计数器减1，直到两个计数器全为0时，到达终点。 B）设置单个计数器： 用这个计数器记录X方向和Y方向的进给步数总和Nxy，每进给一步，Nxy减1，直到Nxy减为0，到达终点。,顺序控制课件,对逆弧，当画笔从A+区到A-区时，偏差为：,对逆弧，当画笔从A- 区到A+区时，偏差为,顺序控制课件,对顺弧，当

16、画笔从A+区到A-区时，偏差为：,对顺弧，当画笔从A- 区到A+区时，偏差为,顺序控制课件,（2）四个象限圆弧差补算法,顺序控制课件,8种圆弧插补的计算公式和进给方向,顺序控制课件,例三：,设加工第一象限逆圆弧AB，已知起点的坐标为A(4,0)终点的坐标为B(0,4)。要求： （1）按逐点比较法插补进行列表计算； （2）做出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。,顺序控制课件,解：,解：1）坐标进给的总步数：Nxy=|0-4|+|4-0|=8，x0=4，y0=0，插补计算过程如表： 计算公式： Fm=0 -x xm+1=xm-1 ym+1=ym Fm+1=Fm-2xm+1 Fm0 +y xm+1=

17、xm ym+1=ym+1 Fm+1=Fm+2ye+1,2）走步轨迹图： 大家下去自己做。,顺序控制课件,插补计算过程列表：,顺序控制课件,（3）圆弧插补算法流程：,1 2 3 4 5 6 7 8 SR1 SR2 SR3 SR4 NR1 NR2 NR3 NR4,1 2 3 4 +x -x +y -y,顺序控制课件,4.3步进电机,步进电机： 又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模（D/A）转换器。 4.3.1 工作原理 4.3.2 工作方式 4.3.3 步进电机控制接口及输出字表； 4.3.4 步进电机控制程序,顺序控制课件,步进电机概述,步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的

18、执行机构。 当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种开环控制。,顺序控制课件,4.3.1工作原理,左图为1个三相步进电机 1.定子每相都有一对磁极，三相共有三对磁极，共六个齿。 2.转子有四个齿，分别标记为1、2、3、4齿。 3.直流电源U通过开关向A、B、C向步进电机供电。,步进电机的工作原理图,顺序控

19、制课件,顺序控制课件,基本概念： （1）拍：绕组通电的操作称为拍。一相绕组通电的操作就为一拍。 （2）齿距角：一个齿距的角度。 Z为齿数. （3）步距角：步进电机每一拍，转子转过的角度。,顺序控制课件,4.3.2 工作方式,有单相通电方式、双相通电方式和单相双相交叉通电方式。 以三相步进电机为例，它的三种工作方式为： （1）三相单三拍方式（单三拍）：正向旋转，通电顺序为 ABCA；反向旋转，通电顺序为 ACBA。 （2）三相双三拍方式（双三拍） ：正向旋转，通电顺序为 ABBCCAAB；反向旋转，通电顺序为 ABCABCAB。 （3）三相六拍方式： 正向旋转，通电顺序为 AABBBCCCAA；

20、反向旋转，通电顺序为 ACACBCBABA。,顺序控制课件,步进电机的控制,步进电机的工作方式 单三拍方式 正向旋转，通电顺序为 ABCA 反向旋转，通电顺序为 ACBA,顺序控制课件,步进电机的控制, 双三拍方式 正向旋转，通电顺序为 ABBCCAAB 反向旋转，通电顺序为 ABACCBAB,顺序控制课件,步进电机的控制, 三相六拍方式 正向旋转，通电顺序为 AABBBCCCAA 反向旋转，通电顺序为 AACCCBBBAA,顺序控制课件,步进电机的控制方法： 1、根据工作方式分配通电脉冲； 2、控制步进电机的速度。,顺序控制课件,4.3.3步进电机控制接口及输出字表,1、步进电机的控制接口

21、此接口电路选用可编程并行接口芯片8255，8255的PA口的PA0、PA1、PA2控制X轴的三相步进电机， 8255的PB口的PB0、PB1、PB2控制Y轴的三相步进电机。,顺序控制课件,2 步进电机控制的输出字表,定义输出为1时，相应绕组通电，为0时，相应绕组断电。 则三相六拍控制方式的输出字表为：,顺序控制课件,顺序控制课件,4.3.4控制程序,1、控制流程； 2、速度控制； 3、程序清单,顺序控制课件,1、控制流程,顺序控制课件,2、速度控制,顺序控制课件,速度计算,Ti为相邻两步之间的时间间隔（S） Vi为进给一步后的末速度 （步/S） a为进给一步的加速度 （步/S2),顺序控制课件

22、,3 三相单三拍控制程序清单(1),DATA SEGMENT RM DB 01H,02H,04H COTR EQU 04A6H ;8255A控制端口 IOA EQU 04A0H ;8255A数据端口A DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AL,80H ；8255A初始化 MOV DX,COTR OUT DX,AL MOV BX,0 IOLED1: MOV DX,IOA MOV AL,RMBX,顺序控制课件,OUT DX,AL ;依次取出三拍数据并输出 INC BX CMP BX,03H JL LP MOV BX,00H LP: CALL XDELAY JMP IOLED1 XDELAY:MOV CX,03FFFH XDELA: LOOP XDELA RET CODE ENDS END START,顺序控制课件,三相单三拍控制程序清单(2)：