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3页1、 本文由 yanheji 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT,或下载源文件到本机查看。信息时代的高新技术流向传统产业,引起后者的深刻变革。作为传统产业之一的机械工 业,在这场新技 术革命冲击下,产品结构和生产系统结构都发生了质的跃变,微电子技术、 微计算机技术使信息和智能 与机械装置和动力设备相结合,促使机械工业开始了一场大规 模的机电一体化技术革命。随着计算机电 子电力和传感器技术的发展,各先进国家机电一 体化产品层出不穷。机床、汽车、仪表、家用电器、轻 工机械、纺织机械、包装机械、印 刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门 类产品每年都有新的 进展。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注,它在改善人民生活、提高工作 效率、 节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。在机电一体化技术迅速 发展 的同时,运动控制技术作为其关键组成部分,也得到前所未有的大发展。 在一个运动 控制系统中“上位控制”和“执行机构”是系统中举足轻重的两个组成部分。 “执行机构” 部 分一般不外乎:步进电机,伺服电机,以及直流电机等。它
2、们作为执行机构,带动刀具 或工件动作,我 们称之为“四肢” ;“ 上位控制”单元的方案主要有四种:单片机系统, 专业运动控制 PLC,PC+运动控制 卡,专用控制系统。 “上位控制”是“指挥”执行机构动 作的,我们也称之为“大脑” 。以下,我们将分述系 统中的“大脑”中的各个部分,并详尽 地论述“PC+运动控制卡”方案。 一、用单片机系统来实现运动控制。 此系统由单片机芯 片、外围扩展芯片以及通过搭建外围电路组成。在“位置控制”方式时,通过单片 机的 I/O 口发数字脉冲信号来控制执行机构行走;“速度控制”方式时,需加 D/A 转换模块输 出模拟量信 号达到控制。此方案优点在于成本较低,但由于一般单片机 I/O 口产生脉冲频 率不高,对于分辨率高的 执行机构尤其是对于控制伺服电机来说,存在速度达不到,控制 精度受限等缺点。对于运动控制复杂的 场合,例如升降速的处理,多轴联动,直线、圆弧 插补等功能实现起来都需要自己编写算法,这必将带 来开发起来难度较大,研发周期较长, 调试过程烦琐,系统一旦定型不太容易扩充功能、升级、柔性不 强等问题。因此这种方案 一般适用于产品批量较大、运动控制系统
3、功能简单、且有丰富的单片机系统开 发经验的用 户。 二、采用专业运动控制 PLC 来实现运动控制。 目前, 许多品牌的 PLC 都可选配定 位控制模块, 有些 PLC 的 CPU 单元本身就具有运动控制功能 (如 松下 NAIS 的 FP0,FP 系列) ,包括脉冲输出功能,模拟量输出等等。使用这种 PLC 来做运动控制系 统的上位控制时,可以同时利用 PLC 的 I/O 口功能,可谓一举两得。PLC 通常都采用梯形 图编程,对开 发人员来说简单易学,省时省力。还有一点不可忽视,就是它可以与 HMI(人机界面)进行通讯,在线 修改运动参数,如轴号,速度,位移等。这样整个控制系 统中从输入到控制再到显示,非常便利。一方 面将界面友好化,另一方面将控制系统的成 本从整体上节省了。但具有脉冲输出功能的 PLC 大多都是晶 体管输出类型的,这种输出类 型的输出口驱动电流不大,一般只有 0.10.2A。在工业生产中,作为 PLC 驱动的负载来说, 很多继电器开关的容量都要比这大,需要添加中间放大电路或转换模块。与此同时, 由于 PLC 的工作方式(循环扫描)决定了它作为上位控制时的实时性能不是很
4、高,要受 PLC 每 步扫描 时间的限制。而且控制执行机构进行复杂轨迹的动作就不太容易实现,虽说有的 PLC 已经有直线插补、 圆弧插补功能,但由于其本身的脉冲输出频率也是有限的(一般为 10K100K) ,对于诸如伺服电机高 速高精度多轴联动,高速插补等动作,它实现起来仍然较 为困难。这种方案主要适用于运动过程比较简 单、运动轨迹固定的设备,如送料设备、自 动焊机等。 三、采用专用数控系统作为上位控制。 专用的数控系统一般都是针对专用设备 或专用行业而设计开发生产的,像专用车床数控系统,铣床 数控系统,切割机数控系统等 等。它集成了计算机的核心部件,输入、输出外围设备以及为专门应用而开发的软件。由于是“专业对口” ,人们可以尽情发挥“拿来主义” 。不需要进行什么二 次开发,对使用者 来说只需通过熟悉过程达到能操作的目的就行。在这方面,国外知名品 牌的产品在我国制造行业中早已 占领了了领地,如西门子,法那克,法格,海宝等等。当 然,之所以它们能大规模广泛地被采用和这种 专用数控系统,是因为其功能丰富,性能稳 定可靠。但为之付出的代价就是高成本。因此,适用于控制 要求较高且产品档次较高的
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