開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用舉例

第 6 章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)1開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用舉例本章將通過(guò)對(duì) NC 嵌入 PC 的典型范例PMAC 運(yùn)動(dòng)控制卡及其應(yīng)用的介紹，使讀者對(duì)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有一個(gè)初步的了解。開(kāi) 放 式 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 應(yīng) 用6.1.1 PMAC 開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制卡PMAC 全稱(chēng)可編程多軸控制器（Programmable Multi-Axis Controller） ，是美國(guó) Delta Tau Data Systems 公司于 1990 年推出的基于 PC 機(jī)平臺(tái)的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器。它集運(yùn)動(dòng)控制和 PLC 控制于一體，具有優(yōu)秀的插補(bǔ)計(jì)算、伺服和 I/O 接口等實(shí)時(shí)控制能力，最多可控制 32 軸（Turbo PMAC） 。板上的 MACRO 接口允許將諸多的 PMAC 卡聯(lián)成環(huán)形網(wǎng)進(jìn)行控制。它支持多種總線規(guī)范（ISA、PCI、VME 和 STD） ，同一控制軟件可以不同的總線上運(yùn)行，從而提供了多平臺(tái)支持特性。PMAC 還支持多種電機(jī)（如直流伺服電機(jī)、交流同步電機(jī)、交流異步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)，直線電機(jī)等）和檢測(cè)反饋元件（增量編碼器、絕對(duì)編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、線性磁傳感器等） 。PMAC 以 Motorola 56000 系列 DSP 為 CPU，板上的存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)控制軟件和用戶(hù)程序、I/O 接口和伺服接口用于連接外部輸入/輸出信號(hào)和伺服電機(jī),板上的顯示接口允許連接一個(gè) 2×40 的字符液晶顯示器。此卡本身就是一個(gè) NC 系統(tǒng)可以單獨(dú)使用，也可以插入 PC 機(jī)中，構(gòu)成開(kāi)放式控制系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)如圖 6-1-1 所示，表 6-1-1 為 PMAC 開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器的主要技術(shù)性能指標(biāo)。圖 6-1-1 PMAC 開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制卡表 6-1-1 PMAC 開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器的主要技術(shù)性能指標(biāo)Comment JZF1: 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第 6章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)2表 6-1-1 開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器的主要技術(shù)性能指標(biāo)主要技術(shù)性能指標(biāo) TURBO-PMAC控制軸數(shù) 32通道結(jié)構(gòu)（坐標(biāo)系） 16聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 32插補(bǔ)（直線、圓弧、螺旋線） 有非均勻有理樣條插補(bǔ)(NURBS) 有三階多項(xiàng)式插補(bǔ) 有CPU DSP56300CPU頻率(MHz) 80,100程序段處理能力 1000段/分預(yù)測(cè)（Look Ahead）功能 有速度和加速度前饋控制 有S曲線加減速控制 有同步控制功能 有刀具半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償 有絲杠螺距誤差補(bǔ)償 有高速位置采集 有電子齒輪和電子凸輪 有編程語(yǔ)言 RS274和類(lèi) Basic語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)接口 Macro Ring直接數(shù)字驅(qū)動(dòng)能力PWM直接連接放大器，可驅(qū)動(dòng)各種交流、直流、步進(jìn)、直線電機(jī)PLC 能力內(nèi)裝 64個(gè) PLC（實(shí)時(shí) PLC,編譯好再執(zhí)行的 PLC, 解釋執(zhí)行的PLC）6.1.2 KT560-T開(kāi)放式車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)T560_T開(kāi)放式車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)由 PMAC-LITE四軸運(yùn)動(dòng)控制卡和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成，它的軟件分為上位機(jī)（PC）和下位機(jī)（PMAC）兩部分。上位機(jī)主要完成系統(tǒng)的管理功能，如人機(jī)界面的實(shí)現(xiàn)，加工狀態(tài)顯示，仿真的實(shí)現(xiàn)，參數(shù)編輯，參數(shù)配置，程序文件編輯，端口狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障的診斷等工作。下位機(jī)的軟件主要是實(shí)現(xiàn)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制與信號(hào)的邏輯控制。PTALK 部分為上位機(jī)與下位機(jī)的通信模塊。其結(jié)構(gòu)如圖 6-1-2所示。第 6 章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)3圖 6-1-2 KT560_T 軟件結(jié)構(gòu)圖KT560_T 數(shù)控系統(tǒng)是在上海開(kāi)通數(shù)控有限公司的 FONCS 通用數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的基礎(chǔ)上的構(gòu)建的。FONCS 充分的應(yīng)用了 OOP 的設(shè)計(jì)思想并結(jié)合了工業(yè)控制領(lǐng)域的組態(tài)軟件的特點(diǎn)。用戶(hù)可以通過(guò) FONCS 的開(kāi)發(fā)工具，對(duì)軟件功能模塊進(jìn)行可視化的配置，從模塊庫(kù)中調(diào)出需要的功能組件或者刪除不必要的組件。FONCS 的開(kāi)發(fā)工具對(duì)系統(tǒng)配置的結(jié)果保存在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，當(dāng) FONCS 在運(yùn)行環(huán)境中啟動(dòng)時(shí)，會(huì)根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，動(dòng)態(tài)生成用戶(hù)界面(圖 6-1-3 與圖 6-1-4)。用戶(hù)借助于這樣一個(gè)機(jī)制，可以在短時(shí)間內(nèi)為自己的機(jī)床定制專(zhuān)用的控制系統(tǒng)。圖 6-1-3 KT560_T 的界面結(jié)構(gòu)Comment JZF2: 三維動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)第 6章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)4圖 6-1-4 系統(tǒng)界面（主界面、手動(dòng)界面、自動(dòng)界面和診斷界面）系統(tǒng)的各個(gè)界面都是通過(guò)系統(tǒng)菜單來(lái)進(jìn)行切換的，KT560_T 中提供了一個(gè)菜單編輯器(圖 6-1-5)，用戶(hù)可以通過(guò)這個(gè)工具自定義菜單的結(jié)構(gòu)和菜單按鈕的外觀，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)的開(kāi)放性。圖 6-1-5 菜單編輯器在使用數(shù)控機(jī)床的過(guò)程中，數(shù)控程序的檢查方法是影響生產(chǎn)率的重要因素之一，數(shù)控程序校驗(yàn)常用的有三種方法，一是由編輯人員檢查 NC代碼、數(shù)據(jù)；二是在機(jī)床上“以筆代刀” ，模擬加工畫(huà)出刀具軌跡；三是采用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行檢查。顯然前兩種方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，增加了機(jī)床的占用時(shí)間；而第三種方法直觀、快速，可減輕編程人員的工作量，提高數(shù)控機(jī)床使用率。KT560_T中的動(dòng)態(tài)三維仿真功能，可仿真車(chē)床的車(chē)削過(guò)程，具有真實(shí)感。三維數(shù)控仿真是數(shù)控機(jī)床在虛擬環(huán)境中的映射，集制造技術(shù)、機(jī)床數(shù)控理論、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD） 、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM） 、建模和仿真技術(shù)于一體。在此虛擬環(huán)境中刀具對(duì)工件進(jìn)行虛擬切Comment JZF3: 參數(shù)管理、口令保護(hù)第 6章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)5削，能檢查數(shù)控程序的正確性、合理性、對(duì)加工方案的優(yōu)劣做出評(píng)估和優(yōu)化；達(dá)到縮短產(chǎn)品加工周期，降低成本、提高質(zhì)量的目的。KT560_T的仿真采用實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)方式，首先生成一個(gè)毛坯，然后根據(jù)機(jī)械加工時(shí)的材料去除規(guī)律生成動(dòng)畫(huà)的每一幀。三維仿真通過(guò)三維演示窗口顯示在屏幕上。在自動(dòng)模塊和編輯模塊中，都可在文件的打開(kāi)和保存時(shí)進(jìn)行快速的仿真演示。圖 6-1-6為加工一個(gè)保齡球瓶時(shí)的動(dòng)態(tài)三維效果演示。圖 6-1-6 三維演示KT560-T數(shù)控系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)管理功能,能夠同時(shí)滿足開(kāi)放性與靈活性、安全性與可靠性的要求。由于數(shù)控機(jī)床涉及的參數(shù)很多，不同類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床甚至同一類(lèi)型不同的數(shù)控機(jī)床都有各自不同的參數(shù)，這給參數(shù)管理帶來(lái)了不便，要求參數(shù)管理模塊具有很大的靈活性與開(kāi)放性，當(dāng)被管理的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，參數(shù)管理模塊能自動(dòng)適應(yīng)產(chǎn)生的變化，即能對(duì)參數(shù)的增加、減少、類(lèi)型的變化等進(jìn)行動(dòng)態(tài)的管理。KT560_T 提供了一個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)軟件工具（軟件參數(shù)界面見(jiàn)圖 6-1-7） ，允許系統(tǒng)制造廠商自行定義和編輯系統(tǒng)參數(shù)。圖 6-1-7參數(shù)界面第 6 章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)66.2 開(kāi) 放 式 運(yùn) 動(dòng) 控 制 器 實(shí) 驗(yàn) 裝 置開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)驗(yàn)裝置的主要功能有：執(zhí)行運(yùn)動(dòng)程序和 PLC 程序、控制和調(diào)整伺服電機(jī)運(yùn)行特性、系統(tǒng)的故障監(jiān)控和與計(jì)算機(jī)通訊。它能幫助我們學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)與插補(bǔ)原理，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際的控制要求開(kāi)發(fā)數(shù)控機(jī)床需要的各種功能。6.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置的基本組成開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)裝置的基本組成： 一臺(tái) IBM-PC 或兼容計(jì)算機(jī)； 一塊四軸運(yùn)動(dòng)控制卡 PMAC-LITE；一個(gè)帶數(shù)控操作面板的裝有四路直流伺服驅(qū)動(dòng)器與四個(gè)帶編碼器的直流伺服電機(jī)的機(jī)箱。 ，如 圖 6-2-1 所示， 機(jī)箱內(nèi)部有一開(kāi)關(guān)電源，輸入為 AC220V，輸出的 DC+/-12V 供 PMAC內(nèi)部數(shù)摸轉(zhuǎn)換電路用，輸出 DC24V 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡的驅(qū)動(dòng)電源。機(jī)箱操作面板上的 ON/OFF開(kāi)關(guān)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡的電源，ACC8D OPT 4A 卡是四軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡，負(fù)責(zé)將 PMAC 送出的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩，控制電機(jī)運(yùn)行。另外，機(jī)箱內(nèi)部還有二塊信號(hào)轉(zhuǎn)接板，一塊與 PMAC 卡的 J2、J3、J5、J11 輸入/輸出端口相連，轉(zhuǎn)接信號(hào)；另一塊連接機(jī)箱操作面板上的控制按鈕、開(kāi)關(guān)及指示燈，分別表示 PMAC 的輸入和輸出。圖 6-2-1 PMAC-LITE 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)6.2.2 PMAC 的命令和變量集用 PMAC 的命令和變量編寫(xiě)運(yùn)動(dòng)程序和 PLC 程序，控制伺服系統(tǒng)工作，進(jìn)而可開(kāi)發(fā)各種應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)需要達(dá)到的功能。1. 在 線 命 令 （ 立 即 執(zhí) 行 ， 不 存 儲(chǔ) ）1）全局命令&1 指定坐標(biāo)系 1 為當(dāng)前尋址的系統(tǒng)#1 指定電機(jī) 1 為當(dāng)前尋址的電機(jī)$ 全局復(fù)位，包括所有的電機(jī)和坐標(biāo)系第 6 章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)7SAVE 保存 I 變量到 EEROM 中OPEN PROG 1 打開(kāi)運(yùn)動(dòng)程序 1 的緩沖器CLEAR 清除打開(kāi)緩沖器的內(nèi)容2) 坐標(biāo)系定義命令#1x 定義電機(jī) 1 為 x 軸，比例系數(shù)為 1。R 運(yùn)行當(dāng)前尋址的運(yùn)動(dòng)程序 當(dāng)前坐標(biāo)系中進(jìn)給保持，并允許手動(dòng)控制軸向運(yùn)動(dòng)。A 立即終止當(dāng)前的程序和軸運(yùn)動(dòng)% 報(bào)告當(dāng)前進(jìn)給倍率值%100 指定進(jìn)給倍率值為 100%3）電機(jī)命令HM 電機(jī)執(zhí)行返回參考點(diǎn)運(yùn)動(dòng)#1J+ 手動(dòng)電機(jī) 1 向正方向運(yùn)動(dòng)J/ 停止手動(dòng)運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，變開(kāi)環(huán)控制為閉環(huán)。P 報(bào)告指定電機(jī)的位置V 報(bào)告指定電機(jī)的速度2. 運(yùn) 動(dòng) 程 序 命 令這是一組緩沖命令，存放在緩沖器中，用 R 命令執(zhí)行，其作用是指定運(yùn)動(dòng)位置，運(yùn)動(dòng)方式和屬性，程序邏輯控制，變量賦值。例如：X100Y（P1）Z（P2*P3） 指定 X、Y、Z 的運(yùn)動(dòng)位置LINEAR 直線插補(bǔ)方式CIRCLE0 順時(shí)針園弧插補(bǔ)方式ABS 所有的軸以絕對(duì)值方式運(yùn)動(dòng)INC（X） X 軸以增量值方式運(yùn)動(dòng)TM100 指定運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 100msGOTO（標(biāo)號(hào)） 跳轉(zhuǎn)到指定標(biāo)號(hào)的程序段I130=3000 I 變量賦值SENDP“abcd” 通過(guò)總線傳送”abcd” 給計(jì)算機(jī)TA 指定運(yùn)動(dòng)加速時(shí)間3. PLC 程 序 指 令這也是一組緩沖命令，重復(fù)執(zhí)行，其中包括運(yùn)算、邏輯控制、信息傳送等命令。例如：IF ELSEENDIFWHILEENDWHILECOMMAND“#4HM” 指定“電機(jī) 4 返回參考點(diǎn)”命令4. I， P， Q 和 M 變 量I 變量用于設(shè)定 PMAC 卡的性能，伺服電機(jī)控制和編碼器參數(shù)；P、Q 變量作為通用變量，在運(yùn)算中賦值和傳送信息，Q 變量還可以在坐標(biāo)系中作其它特殊用途；M 變量可以直接定義存儲(chǔ)器和 I/O 接口，通過(guò) M 變量的讀寫(xiě)，對(duì) I/O 接口和各軸的實(shí)際位置、理論位置進(jìn)行操第 6 章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)8作。6.2.3 運(yùn)動(dòng)程序組成和作用運(yùn)動(dòng)程序由一些例命令語(yǔ)句組成，用于軸向定位和輪廓軌跡運(yùn)動(dòng)。1. 運(yùn) 動(dòng) 命 令X1000 Y2000 Z3000U(P1*3.14159) V(20*SIN(Q6)DWELL, DELAY2. 模 式 命 令A(yù)BS，INC，F(xiàn)RAX，NORMAL ，LINEAR，CIRCLEn ,RAPID, SPLINEn, PVTTA, TM, TS, F3. 變 量 賦 值變量=表達(dá)式4. 邏 輯 控 制 語(yǔ) 句N(xiāo)，O，GOTO，GOSUB，CALL，RETURNG，M，T，D（特殊的 CALL 語(yǔ)句）IF，WHILE，ELSE，ENDIF，ENDWHILE5. 輔 助 語(yǔ) 句COMMAND，SEND，DISPLAY，ENABLE PLC，DISABLE PLC6. PMAC 的 運(yùn) 算 符 （ 在 運(yùn) 動(dòng) 程 序 和 PLC 程 序 中 使 用 ）& 位“與”位 SIN 正弦| 位“或”位 COS 余弦 位“異或”位 TAN 正切= 等于 ASIN 反正弦!= 不等于 ACOS 反余弦 > 大于 ATAN 反正切!> 小于等于 ATAN2 擴(kuò)展的反正切1000X 定義 5 號(hào)電機(jī)移動(dòng)單位 1mm=1000 計(jì)數(shù)單位運(yùn)動(dòng)程序：OPEN PROG 2 打開(kāi)程序 2 緩沖器CLEAR 清除緩沖器中的內(nèi)容LINEAR 直線插補(bǔ)INC 增量方式TA500 加速度時(shí)間為 500msTS250 S 曲線加速度時(shí)間兩邊為 250msTM2000 從起點(diǎn)到終點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 2 秒P1=0 計(jì)數(shù)器設(shè)置初值WHILE (P10) DWELL(Q166*1000) 停頓時(shí)間以毫秒為單位ENDIFRETURNN17000 NORMAL K-1 RET G17 指定 XY 平面N18000 NORMAL J-1 RET G18 指定 ZX 平面N19000 NORMAL I-1 RET G19 指定 YZ 平面N90000 ABS RET G90 模式N91000 INC RET G91 模式N97000 READ(S) G97 模式RETURN CLOSE運(yùn)動(dòng)程序 1001 包含 M 代碼子程序：OPEN PROG 1001 CLEAR N03000 CMD “#4J+” RET M03 模式N04000 CMD “#4J-” RET M04 模式N05000 CMD “4J/” RET M05 模式CLOSE6.2.5 PMAC 軟件的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)第 6 章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)11PMAC 是 一 個(gè) 開(kāi) 放 體 系 結(jié) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 控 制 器 ， 可 以 在 多 種 操 作 系 統(tǒng) 平 臺(tái) 上 運(yùn) 行 ， 如DOS、 WINDOWS、 WINDOWS NT、 UNIX、 OS2 等 操 作 系 統(tǒng) 。 還 能 把 計(jì) 算 機(jī) 應(yīng) 用 軟 件 （ 如CAD/CAM） 裝 在 系 統(tǒng) 里 一 起 運(yùn) 行 。PMAC 構(gòu) 成 的 數(shù) 控 系 統(tǒng) ， 其 系 統(tǒng) 軟 件 由 兩 部 分 構(gòu) 成 ： PMAC 系 統(tǒng) 軟 件 和 計(jì) 算 機(jī) 應(yīng) 用軟 件 。1. PMAC 系 統(tǒng) 軟 件PMAC 本 身 就 是 一 個(gè) 高 性 能 數(shù) 控 系 統(tǒng) ， 具 有 高 速 插 補(bǔ) ， I/O 控 制 和 優(yōu) 良 的 伺 服 控制 性 能 ， PMAC 系 統(tǒng) 軟 件 的 主 要 功 能 ：1) 執(zhí)行由計(jì)算機(jī)下載的運(yùn)動(dòng)程序2) 執(zhí)行裝在 PMAC 中的 PLC 程序3) 控制伺服電機(jī)運(yùn)行4) 運(yùn)動(dòng)故障檢查5) 與計(jì)算機(jī)通訊，接收計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)程序、命令、數(shù)據(jù)，返回給計(jì)算機(jī)所需的各種信息（如軸的位置、速度、工作狀態(tài)等） 。2. 計(jì) 算 機(jī) 應(yīng) 用 軟 件為 方 便 操 作 和 與 PMAC 系 統(tǒng) 軟 件 使 用 環(huán) 境 構(gòu) 成 一 個(gè) 完 整 的 數(shù) 控 系 統(tǒng) ， 根 據(jù) 控 制 對(duì)象 和 PMAC 的 命 令 語(yǔ) 句 、 變 量 ， 在 計(jì) 算 機(jī) 中 開(kāi) 發(fā) 相 應(yīng) 的 應(yīng) 用 軟 件 ， 可選用C,C+,VC,VB,Delphi,C+ Builder 等高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，開(kāi)發(fā)的應(yīng) 用 軟 件 應(yīng) 具 備 如下 的 功 能 ：1) 人機(jī)交互對(duì)話功能2) 運(yùn)動(dòng)程序和 PLC 程序編輯功能3) 運(yùn)動(dòng)程序的仿真模擬功能4) 與 PMAC 通訊功能5) 向 PMAC 發(fā)送運(yùn)動(dòng)程序、PLC 程序、命令和數(shù)據(jù)；接受 PMAC 傳送的信息、數(shù)據(jù)，并進(jìn)處理。3. PMAC 軟 件 開(kāi) 發(fā) 工 具 PEWINPEWIN 是 PMAC 應(yīng) 用 軟 件 ， 用 于 開(kāi) 發(fā) 和 調(diào) 試 系 統(tǒng) ， 它 的 主 要 功 能 如 下 ：1) I，P，Q 和 M 變量的設(shè)置；2) 在坐標(biāo)系中分配電機(jī)的位置；3) 顯示電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度、位置和跟隨誤差；4) 實(shí)時(shí)顯示 PMAC 的 I/O 接口信號(hào)狀態(tài)；5) 執(zhí)行 PMAC 的各種命令；6) 運(yùn)動(dòng)程序和 PLC 程序的編輯、下載和調(diào)試；7) 設(shè)置通訊方式（串行、總線和雙口 RAM） ；8) 測(cè)試電機(jī)性能和運(yùn)動(dòng)程序，以及故障分析；9) 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析，并畫(huà)出波形圖；10）伺服電機(jī)動(dòng)態(tài)特性的調(diào)整。第 6 章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)126.3 數(shù) 控 機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng) 控 制 實(shí) 驗(yàn)本 節(jié) 將 在 開(kāi) 放 式 運(yùn) 動(dòng) 控 制 實(shí) 驗(yàn) 裝 置 的 基 礎(chǔ) 上 ， 提 出 數(shù) 控 機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng) 控 制 的 實(shí) 驗(yàn) 。6.3.1 基本運(yùn)動(dòng)控制1. 點(diǎn) 位 控 制目 的 ： 了 解 點(diǎn) 位 運(yùn) 動(dòng) 控 制 和 程 序 的 編 制 。操 作 ： 點(diǎn) 擊 計(jì) 算 機(jī) 界 面 中 的 “點(diǎn) 位 控 制 ”,按 計(jì) 算 機(jī) 提 示 的 點(diǎn) 位 運(yùn) 動(dòng) 程 序 格 式 ， 輸 入位 置 值 ， 設(shè) 定 點(diǎn) 位 運(yùn) 動(dòng) 軸 的 速 度 ， 然 后 按 啟 動(dòng) 按 鈕 ， 此 時(shí) 界 面 顯 示 點(diǎn) 位 運(yùn) 動(dòng) 軌跡 圖 形 ， 觀 察 電 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 的 情 況 。思 考 題 ： 點(diǎn) 位 運(yùn) 動(dòng) 的 特 點(diǎn) 是 什 么 ?使 用 什 么 G 代 碼 ？ 根 據(jù) 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 ， 畫(huà) 出 其 中 一 個(gè) 軸的 速 度 -位 置 曲 線 圖2. 輪 廓 控 制目 的 ： 了 解 輪 廓 控 制 和 程 序 的 編 制 。要 求 ： 點(diǎn) 擊 計(jì) 算 機(jī) 界 面 中 的 “輪 廓 控 制 ”， 按 計(jì) 算 機(jī) 提 示 的 輪 廓 運(yùn) 動(dòng) 程 序 格 式 ， 輸 入位 置 值 ， 設(shè) 定 輪 廓 運(yùn) 動(dòng) 的 速 度 ， 然 后 按 啟 動(dòng) 按 鈕 ， 此 時(shí) 界 面 顯 示 輪 廓 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡圖 形 ， 觀 察 電 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 的 情 況 。思 考 題 ： 輪 廓 運(yùn) 動(dòng) 的 特 點(diǎn) 是 什 么 ?使 用 什 么 G 代 碼 ？ 根 據(jù) 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 ， 畫(huà) 出 其 中 一 個(gè) 軸的 速 度 -位 置 曲 線 圖3. 手 動(dòng) 控 制目 的 ： 了 解 手 動(dòng) 控 制 的 操 作 和 功 能 。要 求 ： 點(diǎn) 擊 計(jì) 算 機(jī) 界 面 中 的 “手 動(dòng) 控 制 ”， 按 計(jì) 算 機(jī) 的 提 示 ， 設(shè) 定 手 動(dòng) 速 度 ， 選 擇 手動(dòng) 軸 ， 用 手 動(dòng) 操 作 鍵 對(duì) 軸 進(jìn) 行 手 動(dòng) 連 續(xù) 、 點(diǎn) 動(dòng) 、 手 輪 控 制 ， 觀 察 相 應(yīng) 電 機(jī) 的 運(yùn)動(dòng) 。4. 坐 標(biāo) 系 的 確 定 原 則目 的 ： 了 解 運(yùn) 動(dòng) 升 降 速 控 制 的 原 理 ， 學(xué) 會(huì) 調(diào) 整 S 曲 線 升 降 速 參 數(shù) 。 要 求 ： 點(diǎn) 擊 計(jì) 算 機(jī) 界 面 中 的 “升 降 速 控 制 ”， 按 計(jì) 算 機(jī) 的 提 示 輸 入 不 同 的 升 降 速 控 制參 數(shù) ， 觀 察 相 應(yīng) 電 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 速 度 的 變 化 ， 理 解 升 降 速 運(yùn) 動(dòng) 控 制 的 原 理 和 目 的 。思 考 題 ： 畫(huà) 出 一 個(gè) 軸 運(yùn) 動(dòng) 的 速 度 -時(shí) 間 曲 線 圖5. 返 回 參 考 點(diǎn)目 的 ： 了 解 返 回 參 考 點(diǎn) 的 操 作 和 功 能 。要求：點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)界面中的“返回參考點(diǎn)” ，按計(jì)算機(jī)的提示，選擇返回參考點(diǎn)的軸，輸入返回參考點(diǎn)的速度，然后按啟動(dòng)鍵，按下參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)，觀 察 相 應(yīng) 電 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 的 變 化 。思 考 題 ： 為 什 么 要 執(zhí) 行 返 回 參 考 點(diǎn) 操 作 ？6 同 步 跟 蹤目 的 ： 了 解 同 步 跟 蹤 控 制 的 原 理 。要 求 ： 點(diǎn) 擊 計(jì) 算 機(jī) 界 面 中 的 “同 步 跟 蹤 ”， 按 計(jì) 算 機(jī) 的 提 示 選 擇 主 動(dòng) 軸 和 從 動(dòng) 軸 ， 然第 6 章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)13后 手 動(dòng) 主 動(dòng) 軸 ， 則 從 動(dòng) 軸 跟 蹤 主 動(dòng) 軸 同 步 運(yùn) 動(dòng) 。6.3.2 插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制1. 直 線 插 補(bǔ)目 的 ： 了 解 直 線 插 補(bǔ) 的 控 制 原 理 和 程 序 編 制 格 式 。要 求 ： 點(diǎn) 擊 計(jì) 算 機(jī) 界 面 中 的 “直 線 插 補(bǔ) ”， 按 計(jì) 算 機(jī) 提 示 的 直 線 插 補(bǔ) 程 序 格 式 ， 輸 入位 置 值 ， 設(shè) 定 運(yùn) 動(dòng) 速 度 ， 然 后 按 啟 動(dòng) 按 鈕 ， 此 時(shí) 頁(yè) 面 顯 示 直 線 插 補(bǔ) 軌 跡 圖 形 ，觀 察 電 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 的 情 況 。思考題：程序中的運(yùn)動(dòng)速度對(duì)直 線 插 補(bǔ) 的 含 義 是 什么？2. 圓 弧 插 補(bǔ)目 的 ： 了 解 圓 弧 插 補(bǔ) 控 制 的 原 理 和 程 序 編 制 格 式 。要求：點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)界面中的“圓弧插補(bǔ)” ，按計(jì)算機(jī)提示的圓弧插補(bǔ)程 序 格 式 ，輸入位 置值 ， 設(shè) 定 運(yùn)動(dòng)速 度 ， 然 后 按 啟 動(dòng) 按 鈕 ， 此 時(shí) 界 面 顯 示 圓弧插 補(bǔ) 軌 跡 圖 形 ， 觀 察電 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 的 情 況 。思考題：程序中的運(yùn)動(dòng)速度對(duì)圓 弧 插 補(bǔ) 的 含 義 是 什么？3. 螺 旋 線 插 補(bǔ)目 的 ： 了 解 螺 旋 線 插 補(bǔ) 的 控 制 原 理 和 程 序 編 制 格 式 。要 求 ： 點(diǎn) 擊 計(jì) 算 機(jī) 界 面 中 的 “螺 旋 線 插 補(bǔ) ”， 按 計(jì) 算 機(jī) 提 示 的 螺 旋 線 插 補(bǔ) 程 序 格 式 ，輸入位 置 值 ， 設(shè) 定 運(yùn)動(dòng)速 度 ， 然 后 按 啟 動(dòng) 按 鈕 ， 此 時(shí) 界 面 顯 示 螺 旋 線 插 補(bǔ) 軌 跡圖 形 ， 觀 察 電 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 的 情 況 。思考題：程序中的運(yùn)動(dòng)速度對(duì)螺 旋 線 插 補(bǔ) 的 含 義 是 什么？4. 坐 標(biāo) 系 的 確 定 原 則目 的 ： 了 解 螺 紋 插 補(bǔ) 的 控 制 原 理 和 程 序 編 制 格 式 。要求：點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)界面中的“螺紋插補(bǔ)” ，按計(jì)算機(jī)提示的螺紋插補(bǔ)程 序 編 制 格 式 ，輸入位 置 值 ， 設(shè) 定 運(yùn)動(dòng)速 度 ， 然 后 按 啟 動(dòng) 按 鈕 ， 此 時(shí) 界 面 顯 示 螺 旋 線 插 補(bǔ) 軌 跡 圖 形 ，觀 察 電 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 的 情 況 。思考題：“螺 紋插 補(bǔ) ”和 “每 轉(zhuǎn) 進(jìn) 給 ”的 區(qū) 別 是 什么？6.3.3 閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制1. 位 置 閉 環(huán) 控 制目 的 ： 了 解 閉 環(huán) 運(yùn) 動(dòng) 控 制 的 原 理 ， 學(xué) 會(huì) 調(diào) 整 伺 服 PID 參 數(shù) 。 要 求 ： 點(diǎn) 擊 計(jì) 算 機(jī) 界 面 中 的 “閉 環(huán) 控 制 ”， 按 計(jì) 算 機(jī) 的 提 示 輸 入 不 同 的 伺 服 控 制 參 數(shù) ，觀 察 相 應(yīng) 電 機(jī) 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度 、 跟 蹤 誤 差 的 變 化 ， 理 解 閉 環(huán) 運(yùn) 動(dòng) 控 制 的 原 理 。思考題：跟 蹤 誤 差 的 含 義 是 什么？ “定位死區(qū)”的概念是 什么？在電氣上如何調(diào)整圓弧 的橢圓度？2. 主 軸 控 制目 的 ： 了 解 主 軸 控 制 的 原 理 ， 設(shè) 置 主 軸 參 數(shù) 和 操 作 主 軸 的 運(yùn) 行 。 要 求 ： 點(diǎn) 擊 計(jì) 算 機(jī) 界 面 中 的 “主 軸 控 制 ”， 輸 入 不 同 的 主 軸 速 度 ， 用 主 軸 正 轉(zhuǎn) 、 反 轉(zhuǎn)第 6 章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)14和 停 止 按 鈕 啟 動(dòng) 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 、 停 止 ， 觀 察 相 應(yīng) 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 ， 還 可 以 用M03M04M05 指 令 來(lái) 啟 動(dòng) 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 、 停 止 。6.3.4 PLC 控制實(shí)驗(yàn)1. 輸 入 輸 出 信 號(hào) 控 制目 的 ： 學(xué) 習(xí) 運(yùn) 動(dòng) 程 序 和 PLC 程 序 的 編 寫(xiě) 、 編 譯 和 調(diào) 試 ， 掌 握 I、 M、 P 變 量 的 設(shè) 置 。要 求 ： 定 義 操 作 面 板 上 的 手 動(dòng) 方 向 鍵 、 開(kāi) 關(guān) 、 選 擇 開(kāi) 關(guān) 和 波 段 開(kāi) 關(guān) ， 使 用 這 些 方 向 鍵 和 開(kāi) 關(guān) 控 制 電 機(jī) 工 作 與 修 正 電 機(jī) 速 度 （ 設(shè) 定 相 應(yīng) 的 電 機(jī) 速 度 、 加 速 度 為 I 變 量 ） 。2. 數(shù) 控 車(chē) 床 刀 架 控 制目的：了解數(shù)控車(chē)床刀架控制原理，掌握刀架控制的 PLC 程序編制和調(diào)試。要求：畫(huà)出一臺(tái)數(shù)控車(chē)床四方刀架的控制流程圖，定 義 操 作 面 板 上 的 開(kāi) 關(guān) ， 控 制 刀 架 的 刀 位 （ 發(fā) 光 二 極 管 作 為 刀 架 電 機(jī) 正 反 轉(zhuǎn) 輸 出 控 制 信 號(hào) ） ， 并 編 制 、 調(diào) 試 相 應(yīng) 的PLC 程 序 。6.3.5 綜合實(shí)驗(yàn)1. 綜 合 實(shí) 驗(yàn) 1目 的 ： 初 步 了 解 PMAC 命 令 運(yùn) 動(dòng) 程 序 的 編 寫(xiě) 和 調(diào) 試 。要 求 ： 用 類(lèi) BASIC 語(yǔ) 言 和 G 代 碼 編 寫(xiě) 兩 個(gè) 運(yùn) 動(dòng) 程 序 （ 包 含 直 線 、 園 弧 段 ） ， 并 在PLC 程 序 中 編 輯 “啟 動(dòng) ”、 “停 止 ”按 鈕 的 功 能 ， 通 過(guò) “啟 動(dòng) ”、 “停 止 ”按 鈕 執(zhí) 行 啟 動(dòng) /停 止 程 序 。2. 綜 合 實(shí) 驗(yàn) 2目的：通過(guò)本試驗(yàn)，初步掌握在 WINDOWS95 環(huán)境下開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)的方法。要求： 1）編制一個(gè)手動(dòng)操作人機(jī)交互界面，顯示四個(gè)軸的位置。2）界面具有點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)動(dòng)、增量進(jìn)給（×1，× 10，×100） 、返回參數(shù)點(diǎn)功能。3）編制 PLC 程序，定義波段開(kāi)關(guān) 1 為軸的選擇開(kāi)關(guān)，定義波段開(kāi)關(guān) 2 為倍率開(kāi)關(guān)，定義兩個(gè)輸入開(kāi)關(guān)為手動(dòng)正向、負(fù)向運(yùn)動(dòng)按鈕。4) 編制通訊程序，解決計(jì)算機(jī)和 PMAC 之間的信息交互。3. 伺 服 電 機(jī) 動(dòng) 態(tài) 特 性 的 調(diào) 整 （ AUTO TURNING）目的：通過(guò)本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，了解伺服電機(jī)控制基本原理，掌握閉環(huán)控制的調(diào)整。要求：參閱 PEWIN 手冊(cè)，利用 PEWIN 的 AUTO TURNING 功能調(diào)整某個(gè)電機(jī)的 I 變量，觀察 電機(jī)運(yùn)動(dòng)的特性曲線，掌握獲得最佳性能的調(diào)整方法。第 6 章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)15本 章 小 結(jié)現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)方式要求生產(chǎn)設(shè)備朝著靈活、多功能、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，從而對(duì)控制器提出了“開(kāi)放”的要求。制造信息的集成化、生產(chǎn)系統(tǒng)的分散化也促進(jìn)了控制器向開(kāi)放性的方向發(fā)展，日新月異的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為控制器的開(kāi)放奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有四個(gè)特點(diǎn)：相互操作性、可移植性、可縮放性、可互換性。PMAC 開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器的主要功能：執(zhí)行運(yùn)動(dòng)程序和 PLC 程序、控制伺服電機(jī)運(yùn)行、系統(tǒng)的故障監(jiān)控和與計(jì)算機(jī)通訊。掌握和應(yīng)用 PMAC 開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器，有助于我們了解數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)與插補(bǔ)原理，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際的控制要求開(kāi)發(fā)數(shù)控機(jī)床需要的各種功能。思 考 題 與 習(xí) 題1 試分析開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)？2 試述開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的基本模式？3 試分析數(shù)控系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件的關(guān)系？第 6 章開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)16