控制技術(shù)與系統(tǒng)-第四章 順序控制.

1、 控制技術(shù)與系統(tǒng)control technology and system 黨學(xué)明 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院第四章 順序控制主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) PLC（略）（略） 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)(CNC) （略）（略）第一節(jié)第一節(jié) 概述概述主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：一、一、 順序控制系統(tǒng)的組成順序控制系統(tǒng)的組成二、二、 基本邏輯運算基本邏輯運算三、順序控制系統(tǒng)的實現(xiàn)三、順序控制系統(tǒng)的實現(xiàn)四、應(yīng)用四、應(yīng)用一、 順序控制系統(tǒng)的組成 1、 自動控制系統(tǒng)技術(shù)被控變量的自動控制系統(tǒng)技術(shù)被控變量的時間特性時間特性可分為兩大類型：可分為兩大類型：v一類是一類是連續(xù)量的控制系統(tǒng)連續(xù)

2、量的控制系統(tǒng)，這類控制系統(tǒng)在時間特性上表現(xiàn)，這類控制系統(tǒng)在時間特性上表現(xiàn)為為連續(xù)量連續(xù)量，反饋控制反饋控制為這類控制系統(tǒng)的主流，包括為這類控制系統(tǒng)的主流，包括定值控制定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)等。等。v另一類是另一類是斷續(xù)量的控制系統(tǒng)斷續(xù)量的控制系統(tǒng)，這類控制系統(tǒng)在時間特性上表，這類控制系統(tǒng)在時間特性上表示為示為離散量離散量，這類控制系統(tǒng)以，這類控制系統(tǒng)以順序控制順序控制為主流，包括為主流，包括時間順時間順序控制系統(tǒng)、邏輯順序控制系統(tǒng)和條件順序控制序控制系統(tǒng)、邏輯順序控制系統(tǒng)和條件順序控制系統(tǒng)等。系統(tǒng)等。順序控制：順序控制：控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)工藝按預(yù)先規(guī)定的工藝要求，在控制系統(tǒng)

3、根據(jù)生產(chǎn)工藝按預(yù)先規(guī)定的工藝要求，在各個輸入信號的作用下，使生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機構(gòu)自動地各個輸入信號的作用下，使生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機構(gòu)自動地按預(yù)先規(guī)定的順序動作按預(yù)先規(guī)定的順序動作2. 順序控制的分類順序控制的分類時間順序控制系統(tǒng)時間順序控制系統(tǒng) 邏輯順序控制系統(tǒng)邏輯順序控制系統(tǒng)條件順序控制系統(tǒng)條件順序控制系統(tǒng)1) 時間順序控制系統(tǒng)時間順序控制系統(tǒng)以固定時間程序的控制系統(tǒng)以固定時間程序的控制系統(tǒng)例如信號燈、設(shè)備啟動或者關(guān)閉過程等例如信號燈、設(shè)備啟動或者關(guān)閉過程等特點：特點：各設(shè)備運行時間是事先已確定的，各設(shè)備運行時間是事先已確定的， 一旦順序執(zhí)行，將按預(yù)定的時間執(zhí)一旦順序執(zhí)行，將按預(yù)定的時間執(zhí)

4、行操作指令行操作指令。 北向 南向 東向 西向 紅 紅 紅 紅 黃 黃 黃 黃 綠 綠 綠 綠 啟動 停止 東西向 南北向 黃黃 紅紅 綠綠 Q4.0 Q4.1 Q4.2 Q4.3 Q4.4 Q4.5 交通信號燈控制盤 I0.0 I0.1 2）邏輯順序控制系統(tǒng)邏輯順序控制系統(tǒng)v按照邏輯先后順序執(zhí)行操作指令，它與時間無按照邏輯先后順序執(zhí)行操作指令，它與時間無嚴(yán)格的關(guān)系。執(zhí)行操作指令的邏輯順序關(guān)系不嚴(yán)格的關(guān)系。執(zhí)行操作指令的邏輯順序關(guān)系不變。變。v這類控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程的控制中應(yīng)用較這類控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程的控制中應(yīng)用較多。多。v例如化學(xué)反應(yīng)、酒勾兌、混料等例如化學(xué)反應(yīng)、酒勾兌、混料等3）

5、條件順序控制系統(tǒng)條件順序控制系統(tǒng)以執(zhí)行操作指令的條件是否滿足為依據(jù)，當(dāng)條件滿足時，以執(zhí)行操作指令的條件是否滿足為依據(jù)，當(dāng)條件滿足時，相應(yīng)的操作就被執(zhí)行，不滿足時，將執(zhí)行另外的操作。相應(yīng)的操作就被執(zhí)行，不滿足時，將執(zhí)行另外的操作。典型的例子是電梯控制系統(tǒng)、倉儲管理等典型的例子是電梯控制系統(tǒng)、倉儲管理等3 順序控制系統(tǒng)的一般組成順序控制系統(tǒng)的一般組成 系統(tǒng)控制器、輸入輸出電路、輸入輸出接口、信系統(tǒng)控制器、輸入輸出電路、輸入輸出接口、信號檢測、顯示電路、報警電路、操作臺號檢測、顯示電路、報警電路、操作臺 主要的五部分及功能主要的五部分及功能 (1)輸入接口輸入接口 實現(xiàn)輸入信號的電平轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)輸入信

6、號的電平轉(zhuǎn)換。 (2)控制器控制器 接受控制輸入信號，按一定的控制算法運接受控制輸入信號，按一定的控制算法運算后控制器具有記憶功能，能實現(xiàn)所需的控制運算算后控制器具有記憶功能，能實現(xiàn)所需的控制運算功能。功能。 (3)輸出接口輸出接口 實現(xiàn)輸出信號的功率轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)輸出信號的功率轉(zhuǎn)換。 (4)撿出檢測器撿出檢測器 檢出或檢測被控對象的狀態(tài)信息。檢出或檢測被控對象的狀態(tài)信息。 (5)顯示報警裝置顯示報警裝置 顯示系統(tǒng)的輸入、輸出、狀態(tài)、報顯示系統(tǒng)的輸入、輸出、狀態(tài)、報警等信息，便于了解過程運行狀態(tài)和對過程的操作、警等信息，便于了解過程運行狀態(tài)和對過程的操作、調(diào)試、事故處理等。調(diào)試、事故處理等。二、二

7、、 基本邏輯運算基本邏輯運算v 順序控制系統(tǒng)中大量的信號是數(shù)字量或開關(guān)量。順序控制系統(tǒng)中大量的信號是數(shù)字量或開關(guān)量。對數(shù)字量或開關(guān)量，其基本的運算是邏輯運算。對數(shù)字量或開關(guān)量，其基本的運算是邏輯運算。v例如邏輯運算有例如邏輯運算有“與與運算運算yAB “或或“運算運算y=A+B； “非非”運算運算y ?；具\算：基本運算：交換交換律律： AB=BA A+B=B+A結(jié)合結(jié)合律：律： (AB)C= A ( BC ) (A+B)+C= A+ ( B+C)分配律：分配律：A ( B+C)=AB+ AC _A常用簡化恒等式：常用簡化恒等式：A 0=0 A 1=A A A=A A+0=A A+1=1 A+

8、A=A摩根定理：摩根定理： _=.AA1A A0AA ._ABA BA BA + B 三、順序控制系統(tǒng)的實現(xiàn)三、順序控制系統(tǒng)的實現(xiàn)可實現(xiàn)方案：可實現(xiàn)方案：v采用繼電器組成的邏輯控制系統(tǒng)采用繼電器組成的邏輯控制系統(tǒng)v采用晶體管的無觸點邏輯控制系統(tǒng)采用晶體管的無觸點邏輯控制系統(tǒng)v采用可編程序控制器的邏輯控制系統(tǒng)采用可編程序控制器的邏輯控制系統(tǒng)v采用計算機的邏輯控制系統(tǒng)采用計算機的邏輯控制系統(tǒng)1）采用繼電器組成的邏輯控制系統(tǒng)）采用繼電器組成的邏輯控制系統(tǒng)v控制功能全部由硬件完成，即采用繼電器的常開?？刂乒δ苋坑捎布瓿桑床捎美^電器的常開常閉觸點、延時斷開閉觸點、延時斷開/延時閉合觸點等可動觸點和

9、普通延時閉合觸點等可動觸點和普通繼電器、時間繼電器、接觸器等執(zhí)行裝置完成所需繼電器、時間繼電器、接觸器等執(zhí)行裝置完成所需的順序邏輯功能。的順序邏輯功能。v例如，電動機的開?？刂频?。例如，電動機的開?？刂频?。v特點：特點： 受繼電器觸點可靠性的影響和使用壽命的限制，受繼電器觸點可靠性的影響和使用壽命的限制，這類控制系統(tǒng)的使用故障較多，使用壽命較短，加這類控制系統(tǒng)的使用故障較多，使用壽命較短，加上因采用硬件完成順序邏輯功能，因此更改不上因采用硬件完成順序邏輯功能，因此更改不便維修困難。便維修困難。2）采用晶體管的無觸點邏輯控制系統(tǒng)）采用晶體管的無觸點邏輯控制系統(tǒng)v順序邏輯控制因減少了接點的可動部件

10、，可靠性大大提高。順序邏輯控制因減少了接點的可動部件，可靠性大大提高。晶體管、晶閘管等半導(dǎo)體晶體管組成的無觸點體元器件的使晶體管、晶閘管等半導(dǎo)體晶體管組成的無觸點體元器件的使用壽命也較繼電器的觸點使用壽命長，因此，在用壽命也較繼電器的觸點使用壽命長，因此，在20世紀(jì)世紀(jì)70年代得到了較大的發(fā)展。年代得到了較大的發(fā)展。v它也是用硬件組成順序邏輯功能，更改也不很方便。但因采它也是用硬件組成順序邏輯功能，更改也不很方便。但因采用功能模塊的結(jié)構(gòu)，部件的更換和維修較繼電器順序邏輯控用功能模塊的結(jié)構(gòu)，部件的更換和維修較繼電器順序邏輯控制系統(tǒng)要方便。制系統(tǒng)要方便。3）采用可編程序控制器的邏輯控制系統(tǒng)）采用可

11、編程序控制器的邏輯控制系統(tǒng)v 可編程序控制器是在計算機技術(shù)的促進(jìn)下得以發(fā)展起來的可編程序控制器是在計算機技術(shù)的促進(jìn)下得以發(fā)展起來的新一代順序邏輯控制裝置。與上述的組成方法不同、它用軟新一代順序邏輯控制裝置。與上述的組成方法不同、它用軟件完成順序邏輯功能、用計算機來執(zhí)行操作指令、實施操作。件完成順序邏輯功能、用計算機來執(zhí)行操作指令、實施操作。v因此順序邏輯功能的更改十分方便。加上得益于計算機的因此順序邏輯功能的更改十分方便。加上得益于計算機的高可靠性和高運算速度，使得可編程序控制器一出現(xiàn)就得到高可靠性和高運算速度，使得可編程序控制器一出現(xiàn)就得到了廣泛的應(yīng)用。了廣泛的應(yīng)用。 4)采用計算機的邏輯控

12、制系統(tǒng)v計算機組成的順序邏輯控制系統(tǒng)指在集散控制系統(tǒng)計算機組成的順序邏輯控制系統(tǒng)指在集散控制系統(tǒng)或工控機守實現(xiàn)順序邏輯控制功能的控制系統(tǒng)。在或工控機守實現(xiàn)順序邏輯控制功能的控制系統(tǒng)。在大型的順序邏輯控制和連續(xù)控制相結(jié)合的工程應(yīng)用大型的順序邏輯控制和連續(xù)控制相結(jié)合的工程應(yīng)用中中v在這類控制系統(tǒng)中，有連續(xù)量的控制和開關(guān)量的控在這類控制系統(tǒng)中，有連續(xù)量的控制和開關(guān)量的控制，采用計算機對它們進(jìn)行操作和管理，必要時，制，采用計算機對它們進(jìn)行操作和管理，必要時，把信息傳送到上位機或下送到現(xiàn)場控制器和執(zhí)行機把信息傳送到上位機或下送到現(xiàn)場控制器和執(zhí)行機構(gòu)。構(gòu)。v可編程序控制器可編程序控制器將與其他將與其他計算

13、機控制裝置計算機控制裝置是工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制裝置。是工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制裝置。四、應(yīng)用 (1)工業(yè)生產(chǎn)流水線工業(yè)生產(chǎn)流水線 在機械電子等制造工業(yè)中，產(chǎn)品采用流水線的工作方式按先后在機械電子等制造工業(yè)中，產(chǎn)品采用流水線的工作方式按先后次序進(jìn)行，在這類工業(yè)生產(chǎn)過程中，部分控制操作是按時間次序進(jìn)行，在這類工業(yè)生產(chǎn)過程中，部分控制操作是按時間的次序進(jìn)行的大部分控制操作是按邏輯順序進(jìn)行的。這類的次序進(jìn)行的大部分控制操作是按邏輯順序進(jìn)行的。這類順序控制系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛順序控制系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛.例如數(shù)控機床、柔性制造系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線等。例如數(shù)控機床、柔性制造系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、生產(chǎn)流

14、水線等。 (2)安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng) 在石油化工、核電、冶金等工業(yè)領(lǐng)域由于工作環(huán)境具有高在石油化工、核電、冶金等工業(yè)領(lǐng)域由于工作環(huán)境具有高溫、高壓、易燃、易爆、核輻射等特點，因此，必須對操作溫、高壓、易燃、易爆、核輻射等特點，因此，必須對操作的過程參數(shù)進(jìn)行控制，一旦它們偏離規(guī)定的范圍，就會發(fā)少的過程參數(shù)進(jìn)行控制，一旦它們偏離規(guī)定的范圍，就會發(fā)少事故造成設(shè)備損壞或人員傷亡。在這些工業(yè)生產(chǎn)過程中，事故造成設(shè)備損壞或人員傷亡。在這些工業(yè)生產(chǎn)過程中，要設(shè)置控制系統(tǒng)用于防止事故的發(fā)生。要設(shè)置控制系統(tǒng)用于防止事故的發(fā)生。(3)家電產(chǎn)品家電產(chǎn)品 在家電產(chǎn)品中，順序控制系統(tǒng)也有較廣泛的應(yīng)用。在家電

15、產(chǎn)品中，順序控制系統(tǒng)也有較廣泛的應(yīng)用。洗衣機的順序控制、冰箱的溫度控制、空調(diào)系統(tǒng)等順序邏輯洗衣機的順序控制、冰箱的溫度控制、空調(diào)系統(tǒng)等順序邏輯控制系統(tǒng)是較常見的應(yīng)用例子，家用電器的一些模糊控制系控制系統(tǒng)是較常見的應(yīng)用例子，家用電器的一些模糊控制系統(tǒng)、自動烹調(diào)系統(tǒng)等也得到應(yīng)用?？傊谶@一領(lǐng)域、順序統(tǒng)、自動烹調(diào)系統(tǒng)等也得到應(yīng)用?？傊谶@一領(lǐng)域、順序控制系統(tǒng)還剛開始進(jìn)入應(yīng)用，有很大發(fā)展。控制系統(tǒng)還剛開始進(jìn)入應(yīng)用，有很大發(fā)展。第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)一、一、 基本概念基本概念1. 數(shù)字控制數(shù)字控制 (數(shù)控數(shù)控NC) (Numerical Control ) 它是指用數(shù)字化信號對機床

16、運動及其加工過程中進(jìn)行控制它是指用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程中進(jìn)行控制的一種方法。的一種方法。2. 數(shù)控系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)（NC Control System） 數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服機構(gòu)等統(tǒng)稱數(shù)數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服機構(gòu)等統(tǒng)稱數(shù)控控制系統(tǒng)。它由程序輸入、輸出設(shè)備、計算機數(shù)字控制控控制系統(tǒng)。它由程序輸入、輸出設(shè)備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程控制器、主軸進(jìn)給及驅(qū)動裝置等組成。裝置、可編程控制器、主軸進(jìn)給及驅(qū)動裝置等組成。3. 數(shù)控機床（數(shù)控機床（NC Machine Tools） 數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系

17、統(tǒng)）的高效自動化機床。它綜合了計算機、自動控制、精密測量、機自動化機床。它綜合了計算機、自動控制、精密測量、機床的機構(gòu)設(shè)計與制造等方面的最新成果。床的機構(gòu)設(shè)計與制造等方面的最新成果。4.4.直接數(shù)字控制系統(tǒng)（直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DNCDNC） 使用一臺通用計算機直接控制和管理一群數(shù)控使用一臺通用計算機直接控制和管理一群數(shù)控機床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。機床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。5.開放式數(shù)控系統(tǒng)開放式數(shù)控系統(tǒng) 世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PCPC機豐富的軟、機豐富的軟、硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放

18、式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性，并可以較容易的實現(xiàn)智能化、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性，并可以較容易的實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化。二、二、 數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)的組成 從自動控制從自動控制的角度來看，的角度來看，CNC系統(tǒng)是一系統(tǒng)是一種位置（軌跡）種位置（軌跡）控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 從外部特征從外部特征來看，來看，CNC系系統(tǒng)是由硬件統(tǒng)是由硬件（通用硬件和（通用硬件和專用硬件）和專用硬件）和軟件（專用）軟件（專用）兩大部分組成兩大部分組成的。的。I/O設(shè)備計算機主板顯 示 卡功能模板m功能模板1電 子 盤多功能卡位置控制板n位置控

19、制板1PLC模塊主軸控制模板機床I/O控制面板速度控制單元1速度控制單元n功能驅(qū)動1功能驅(qū)動m系 統(tǒng) 總 線（BUS）標(biāo)準(zhǔn)PC計算機CNC裝置CNC系統(tǒng) CNCCNC系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件 微機基本系統(tǒng)微機基本系統(tǒng) 人機界面接口人機界面接口: :鍵盤、顯示器、操作面板、手搖脈沖發(fā)生器鍵盤、顯示器、操作面板、手搖脈沖發(fā)生器 通訊接口、通訊接口、 RS232RS232、RS485RS485串行接口、網(wǎng)絡(luò)接口串行接口、網(wǎng)絡(luò)接口 進(jìn)給軸位置控制接口進(jìn)給軸位置控制接口 主軸控制接口主軸控制接口 輔助功能（輔助功能（MST MST 輔助輔助 主軸主軸 刀具刀具 指令指令）控制接口）控制接口 CPU R O M

20、R A M IN 接接口口0UT接接口口其它其它 接接 口口 通 訊通 訊控 制控 制接接 口口 位 置位 置控 制控 制接接 口口 主 軸主 軸控 制控 制接口接口MDI/CRT接口接口手搖脈手搖脈沖發(fā)生沖發(fā)生器接口器接口2. CNC2. CNC系統(tǒng)軟件的功能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件的功能結(jié)構(gòu) 從本質(zhì)特征來看，從本質(zhì)特征來看，CNCCNC系統(tǒng)軟件是具有實時性和多任務(wù)系統(tǒng)軟件是具有實時性和多任務(wù)性的專用操作系統(tǒng)，從功能特征來看，該操作系統(tǒng)由性的專用操作系統(tǒng)，從功能特征來看，該操作系統(tǒng)由CNCCNC管理軟件和管理軟件和CNCCNC控制軟件兩部分組成。它是控制軟件兩部分組成。它是CNCCNC系統(tǒng)活的系統(tǒng)活的靈

21、魂。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。靈魂。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。操作系統(tǒng)管理軟件控制軟件零件程序管理顯示處理人機交互交互位置控制輸入輸出管理插補運算故障診斷處理速度處理機床輸入輸出編譯處理主軸控制刀具半徑補償. CNCCNC硬件軟件的作用和相互關(guān)系硬件軟件的作用和相互關(guān)系CNC系統(tǒng)平臺硬件硬件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件控制軟件控制軟件數(shù)控加工程序數(shù)控加工程序 接接口口被控設(shè)備被控設(shè)備 機機 床床 機器人機器人 測量機測量機 .硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂CNC裝置的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬件的支持下，合理地組織、裝置的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬件的支持下，合理地組織、管理整個系統(tǒng)的各項工

22、作，實現(xiàn)各種數(shù)控功能，使數(shù)控機管理整個系統(tǒng)的各項工作，實現(xiàn)各種數(shù)控功能，使數(shù)控機床按照操作者的要求，有條不紊地進(jìn)行加工。床按照操作者的要求，有條不紊地進(jìn)行加工。 CNC系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成了系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成了CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺。三、三、 CNC系統(tǒng)的主要工作過程系統(tǒng)的主要工作過程1. 1. 正常工作前的準(zhǔn)備工作正常工作前的準(zhǔn)備工作 在接通電源后，在接通電源后，CNCCNC裝置將對數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的各組裝置將對數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的各組成部分的工作狀態(tài)進(jìn)行檢查和診斷，并設(shè)置初始狀態(tài)。成部分的工作狀態(tài)進(jìn)行檢查和診斷，并設(shè)置初始狀態(tài)。2. 2. 零件加工控制信息的輸入零件加工控

23、制信息的輸入 CNCCNC系統(tǒng)具備了正常工作條件后，開始輸入零件加工程系統(tǒng)具備了正常工作條件后，開始輸入零件加工程序、刀具長度補償數(shù)值、刀具半徑補償數(shù)值以及工件坐標(biāo)系序、刀具長度補償數(shù)值、刀具半徑補償數(shù)值以及工件坐標(biāo)系原點相對機床原點的坐標(biāo)值。原點相對機床原點的坐標(biāo)值。數(shù)控加工程序存儲器：數(shù)控加工程序存儲器：用于存放整個數(shù)控加工程序，當(dāng)存儲用于存放整個數(shù)控加工程序，當(dāng)存儲有多個加工程序時，一般在存儲器中開辟一個目錄區(qū)。有多個加工程序時，一般在存儲器中開辟一個目錄區(qū)。數(shù)控加工程序緩沖器：數(shù)控加工程序緩沖器：只能存放一個或幾個程序數(shù)據(jù)段，規(guī)只能存放一個或幾個程序數(shù)據(jù)段，規(guī)模較小。是數(shù)控加工程序輸入

24、通路的重要組成部分。模較小。是數(shù)控加工程序輸入通路的重要組成部分。v3. 數(shù)控加工程序的譯碼和預(yù)處理數(shù)控加工程序的譯碼和預(yù)處理v 加工控制信息輸入后，啟動加工運行，此時加工控制信息輸入后，啟動加工運行，此時CNC裝置在系統(tǒng)控制程序的作用下，對數(shù)控程序進(jìn)裝置在系統(tǒng)控制程序的作用下，對數(shù)控程序進(jìn)行預(yù)處理，即進(jìn)行譯碼和預(yù)計算（刀補計算、坐標(biāo)行預(yù)處理，即進(jìn)行譯碼和預(yù)計算（刀補計算、坐標(biāo)變換等）。變換等）。v 所謂所謂譯碼譯碼就是將輸入的程序段按照一定的規(guī)則就是將輸入的程序段按照一定的規(guī)則翻譯成數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并按約定的翻譯成數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并按約定的形式存放在指定的譯碼結(jié)果緩沖

25、器中。形式存放在指定的譯碼結(jié)果緩沖器中。具體來講，就是從數(shù)控加工程序緩沖器或具體來講，就是從數(shù)控加工程序緩沖器或MDIMDI緩沖器緩沖器逐個讀入字符，先識別出其中的文字碼和數(shù)字碼，逐個讀入字符，先識別出其中的文字碼和數(shù)字碼，然后根據(jù)文字碼代表的功能，將后續(xù)數(shù)字碼送到相然后根據(jù)文字碼代表的功能，將后續(xù)數(shù)字碼送到相應(yīng)的譯碼結(jié)果緩沖器單元中，可見，譯碼主要包括應(yīng)的譯碼結(jié)果緩沖器單元中，可見，譯碼主要包括代碼識別和功能解釋兩大部分。代碼識別和功能解釋兩大部分。4. 插補計算插補計算 一個程序段的加工控制信息預(yù)處理完畢后進(jìn)行插補一個程序段的加工控制信息預(yù)處理完畢后進(jìn)行插補處理。處理。所謂所謂“插補插補”

26、就是指在一條已知起點和終點的曲就是指在一條已知起點和終點的曲線上進(jìn)行數(shù)據(jù)點的密化。插補的任務(wù)就是根據(jù)進(jìn)給速度線上進(jìn)行數(shù)據(jù)點的密化。插補的任務(wù)就是根據(jù)進(jìn)給速度的要求，在一段零件輪廓的起點和終點之間，計算出若的要求，在一段零件輪廓的起點和終點之間，計算出若干個中間點，分別向各個坐標(biāo)軸發(fā)出方向、大小和速度干個中間點，分別向各個坐標(biāo)軸發(fā)出方向、大小和速度都確定的運動序列指令。都確定的運動序列指令。5. 位置控制位置控制 各個坐標(biāo)軸的伺服系統(tǒng)將插補結(jié)果作為各個坐標(biāo)軸各個坐標(biāo)軸的伺服系統(tǒng)將插補結(jié)果作為各個坐標(biāo)軸位置調(diào)節(jié)器的指令值，機床上位置檢測元件測得的位移位置調(diào)節(jié)器的指令值，機床上位置檢測元件測得的位移

27、作為實際位置值。位置調(diào)節(jié)器將兩者進(jìn)行比較，經(jīng)過調(diào)作為實際位置值。位置調(diào)節(jié)器將兩者進(jìn)行比較，經(jīng)過調(diào)節(jié)，輸出相應(yīng)的位置和速度控制信號，控制各軸伺服系節(jié)，輸出相應(yīng)的位置和速度控制信號，控制各軸伺服系統(tǒng)驅(qū)動機床坐標(biāo)軸運動。通過各個坐標(biāo)軸運動的合成，統(tǒng)驅(qū)動機床坐標(biāo)軸運動。通過各個坐標(biāo)軸運動的合成，產(chǎn)生數(shù)控加工程序所要求的工件輪廓尺寸。產(chǎn)生數(shù)控加工程序所要求的工件輪廓尺寸。四、四、CNCCNC裝置的優(yōu)點裝置的優(yōu)點1.1. 具有靈活性和通用性具有靈活性和通用性qCNCCNC裝置的功能大多由軟件實現(xiàn)，且軟硬件采用模塊化的裝置的功能大多由軟件實現(xiàn)，且軟硬件采用模塊化的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)功能的修改、擴(kuò)充變得較為靈活。結(jié)

28、構(gòu)，使系統(tǒng)功能的修改、擴(kuò)充變得較為靈活。qCNCCNC裝置其基本配置部分是通用的，不同的數(shù)控機床僅配裝置其基本配置部分是通用的，不同的數(shù)控機床僅配置相應(yīng)的特定的功能模塊，以實現(xiàn)特定的控制功能。置相應(yīng)的特定的功能模塊，以實現(xiàn)特定的控制功能。2.2. 數(shù)控功能豐富數(shù)控功能豐富q插補功能：插補功能：二次曲線、樣條、空間曲面插補二次曲線、樣條、空間曲面插補q補償功能：補償功能：運動精度補償、隨機誤差補償、非線性誤差運動精度補償、隨機誤差補償、非線性誤差補償?shù)妊a償?shù)萹人機對話功能：人機對話功能：加工的動、靜態(tài)跟蹤顯示，高級人機對加工的動、靜態(tài)跟蹤顯示，高級人機對話窗口話窗口q編程功能：編程功能：G G代

29、碼、籃圖編程、部分自動編程功能。代碼、籃圖編程、部分自動編程功能。3.3. 可靠性高可靠性高qCNCCNC裝置采用集成度高的電子元件、芯片、采用裝置采用集成度高的電子元件、芯片、采用VLSIVLSI本身就是本身就是可靠性的保證?？煽啃缘谋ＷC。q許多功能由軟件實現(xiàn)，使硬件的數(shù)量減少。許多功能由軟件實現(xiàn)，使硬件的數(shù)量減少。q豐富的故障診斷及保護(hù)功能豐富的故障診斷及保護(hù)功能( (大多由軟件實現(xiàn)大多由軟件實現(xiàn)) )，從而可使系統(tǒng)，從而可使系統(tǒng)的故障發(fā)生的頻率和發(fā)生故障后的修復(fù)時間降低。的故障發(fā)生的頻率和發(fā)生故障后的修復(fù)時間降低。4.4. 使用維護(hù)方便使用維護(hù)方便q操作使用方便：操作使用方便：用戶只需根

30、據(jù)菜單的提示，便可進(jìn)行正用戶只需根據(jù)菜單的提示，便可進(jìn)行正確操作。確操作。q編程方便：編程方便：具有多種編程的功能、程序自動校驗和模擬具有多種編程的功能、程序自動校驗和模擬仿真功能。仿真功能。q維護(hù)維修方便：維護(hù)維修方便：部分日常維護(hù)工作自動進(jìn)行部分日常維護(hù)工作自動進(jìn)行( (潤滑，關(guān)潤滑，關(guān)鍵部件的定期檢查等鍵部件的定期檢查等) )，數(shù)控機床的自診斷功能，可迅，數(shù)控機床的自診斷功能，可迅速實現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位。速實現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位。5.5. 易于實現(xiàn)機電一體化易于實現(xiàn)機電一體化 數(shù)控系統(tǒng)控制柜的體積?。ú捎糜嬎銠C，硬件數(shù)控系統(tǒng)控制柜的體積?。ú捎糜嬎銠C，硬件數(shù)量減少；電子元件的集成度越來越高，硬件數(shù)

31、量減少；電子元件的集成度越來越高，硬件的不斷減?。蛊渑c機床在物理上結(jié)合在一的不斷減?。?，使其與機床在物理上結(jié)合在一起成為可能，減少占地面積，方便操作。起成為可能，減少占地面積，方便操作。五、分類1.按伺服系統(tǒng)的類型按伺服系統(tǒng)的類型 開環(huán)控制數(shù)控機床開環(huán)控制數(shù)控機床 閉環(huán)控制數(shù)控機床閉環(huán)控制數(shù)控機床v半閉環(huán)控制數(shù)控機床半閉環(huán)控制數(shù)控機床2按機床運動軌跡按機床運動軌跡1).1).點位控制數(shù)控機床點位控制數(shù)控機床 為點到點控制，只要刀具從某一位置向另一位置移動時，不管中間的軌跡為點到點控制，只要刀具從某一位置向另一位置移動時，不管中間的軌跡如何，只要刀具最后能正確到達(dá)目標(biāo)位置的控制方式，稱為點位

32、控制。這如何，只要刀具最后能正確到達(dá)目標(biāo)位置的控制方式，稱為點位控制。這類機床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖剪床等。類機床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖剪床等。點位控制加工原理圖點位控制加工原理圖2). 2). 直線控制數(shù)控機床直線控制數(shù)控機床 除點到點的準(zhǔn)確位置之外，還要保證兩點之間除點到點的準(zhǔn)確位置之外，還要保證兩點之間移動的軌跡是直線，而且對移動的速度也要進(jìn)行控移動的軌跡是直線，而且對移動的速度也要進(jìn)行控制，以便適應(yīng)隨工藝因素變化的不同需要。制，以便適應(yīng)隨工藝因素變化的不同需要。 簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床，一般有簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床，一般有2 2 3 3個可個可控坐標(biāo)軸，但同時控

33、制的坐標(biāo)軸只有一個控坐標(biāo)軸，但同時控制的坐標(biāo)軸只有一個。3). 3). 輪廓控制的數(shù)控機床輪廓控制的數(shù)控機床 能夠?qū)蓚€或兩個以上運動坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相能夠?qū)蓚€或兩個以上運動坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可進(jìn)行曲線或曲面的加工。關(guān)的控制，因而可進(jìn)行曲線或曲面的加工。2軸控制，同時控制兩個坐標(biāo)軸控制，同時控制兩個坐標(biāo) 3)按控制器的結(jié)構(gòu)來劃分按控制器的結(jié)構(gòu)來劃分，有，有硬件數(shù)控硬件數(shù)控和和計算機數(shù)控計算機數(shù)控；計算機數(shù)控計算機數(shù)控(當(dāng)前主要是微機數(shù)控當(dāng)前主要是微機數(shù)控)，可分為單微機，可分為單微機系統(tǒng)和多微機系統(tǒng)。系統(tǒng)和多微機系統(tǒng)。v早期：早期：由數(shù)字邏輯電路來處理數(shù)字信息的

34、，也就是由數(shù)字邏輯電路來處理數(shù)字信息的，也就是硬件數(shù)控，習(xí)慣上稱之為硬件數(shù)控，習(xí)慣上稱之為NC系統(tǒng)，十硬件數(shù)控因系統(tǒng)，十硬件數(shù)控因其功能少，線路復(fù)雜，可靠性低等缺點。其功能少，線路復(fù)雜，可靠性低等缺點。v現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的主流是微機數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的主流是微機數(shù)控系統(tǒng)。v 隨著機械制造技術(shù)的發(fā)展，對數(shù)控系統(tǒng)提出了復(fù)隨著機械制造技術(shù)的發(fā)展，對數(shù)控系統(tǒng)提出了復(fù)雜功能、高進(jìn)給速度和高加工精度等要求。隨著微雜功能、高進(jìn)給速度和高加工精度等要求。隨著微處理器的價格降低，多個微處理器在處理器的價格降低，多個微處理器在”個數(shù)控系個數(shù)控系統(tǒng)中可以并行完成單個微處理器難以完成的復(fù)雜功統(tǒng)中可以并行完成單個微處理器

35、難以完成的復(fù)雜功能，而且速度快，有較高的性能價格比?；诠δ?、能，而且速度快，有較高的性能價格比?；诠δ?、價格等因素權(quán)衡多微處理器的數(shù)控系統(tǒng)得到了迅價格等因素權(quán)衡多微處理器的數(shù)控系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。微機數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)一速發(fā)展。微機數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)一個系統(tǒng)中微處理器的個系統(tǒng)中微處理器的多少，可分為單微機系統(tǒng)和多微機系統(tǒng)。多少，可分為單微機系統(tǒng)和多微機系統(tǒng)。4)按功能水平來劃分按功能水平來劃分，可分為高、中、低，可分為高、中、低(經(jīng)濟(jì)型經(jīng)濟(jì)型)三三類。類。劃分標(biāo)準(zhǔn)：劃分標(biāo)準(zhǔn)：(1)分辨力和進(jìn)給速度分辨力和進(jìn)給速度 分辨力為分辨力為10um進(jìn)給速度為進(jìn)給速度為815mmin為低擋；分辨力為為低擋；分辨力

36、為lum，進(jìn)給速度為，進(jìn)給速度為1520mmin為為中擋；分辨力為中擋；分辨力為0.1um，進(jìn)給速度為，進(jìn)給速度為1520mmin為高擋。為高擋。(2)坐標(biāo)聯(lián)動功能坐標(biāo)聯(lián)動功能 低擋最多低擋最多23軸聯(lián)動；中、高檔聯(lián)動軸為軸聯(lián)動；中、高檔聯(lián)動軸為35軸以上。軸以上。(3)顯示功能顯示功能 低擋一般只有數(shù)碼管顯示或簡單的低擋一般只有數(shù)碼管顯示或簡單的CRT字符顯示；字符顯示；中擋的中擋的CRT顯示有圖形功能；高檔的一般有三維動態(tài)圖形顯顯示有圖形功能；高檔的一般有三維動態(tài)圖形顯示功能。示功能。(4)通信功能通信功能 低擋數(shù)控系統(tǒng)一般無通信功能：中擋系統(tǒng)有低擋數(shù)控系統(tǒng)一般無通信功能：中擋系統(tǒng)有Rs2

37、32或或DNC(直接數(shù)控直接數(shù)控)通信接口；高擋系統(tǒng)有通信接口；高擋系統(tǒng)有MAP(制造自動制造自動化協(xié)議化協(xié)議)等高性能通信接口，具有聯(lián)網(wǎng)功能。等高性能通信接口，具有聯(lián)網(wǎng)功能。 (5)主主CPU檔次檔次 低擋數(shù)控系統(tǒng)一般采用低擋數(shù)控系統(tǒng)一般采用8位或位或16位位CPU， 中、中、高檔系統(tǒng)采用高檔系統(tǒng)采用32位以上的微處理器為主位以上的微處理器為主CPU(6) 進(jìn)給伺服裝置水平。進(jìn)給伺服裝置水平。六、插補器 插補運算的任務(wù)就是在已知加工軌跡曲線的起插補運算的任務(wù)就是在已知加工軌跡曲線的起點和終點間進(jìn)行點和終點間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點的密化數(shù)據(jù)點的密化”。 插補是在每個插補周期（極短時間，一般為毫秒級）插補

38、是在每個插補周期（極短時間，一般為毫秒級）內(nèi)，根據(jù)指令、進(jìn)給速度計算出一個微小直線段的內(nèi)，根據(jù)指令、進(jìn)給速度計算出一個微小直線段的數(shù)據(jù)，刀具沿著微小直線段運動，經(jīng)過若干個插補數(shù)據(jù)，刀具沿著微小直線段運動，經(jīng)過若干個插補周期后，刀具從起點運動到終點，完成輪廓的加工。周期后，刀具從起點運動到終點，完成輪廓的加工?；鹃L度單位以硬件為基礎(chǔ)的以硬件為基礎(chǔ)的NC系統(tǒng)中系統(tǒng)中，數(shù)控裝置采用了電壓數(shù)控裝置采用了電壓脈沖作為插補點坐標(biāo)增量輸出，其中每一脈沖都在脈沖作為插補點坐標(biāo)增量輸出，其中每一脈沖都在相應(yīng)的坐標(biāo)軸上產(chǎn)生一個基本長度單位的運動、在相應(yīng)的坐標(biāo)軸上產(chǎn)生一個基本長度單位的運動、在這種系統(tǒng)中，一個脈沖

39、這種系統(tǒng)中，一個脈沖P對應(yīng)著一對應(yīng)著一個基本長度單位個基本長度單位BLU可表示為：可表示為： PBLUv在在CNC系統(tǒng)中系統(tǒng)中，信息以二進(jìn)制形式編排、處，信息以二進(jìn)制形式編排、處理和存儲。二進(jìn)理和存儲。二進(jìn)制的每一位制的每一位Bit代表一個基本代表一個基本長度單位長度單位BLU，表示為，表示為 BitBLU1. 1. 插補方法的分類插補方法的分類 硬件插補器硬件插補器完成插補運算的裝置或程序稱為插補器完成插補運算的裝置或程序稱為插補器 軟件插補器軟件插補器 軟硬件結(jié)合插補器軟硬件結(jié)合插補器1 1）. .基準(zhǔn)脈沖插補基準(zhǔn)脈沖插補 每次插補結(jié)束僅向各運動坐標(biāo)軸輸出一個控制脈沖，各坐每次插補結(jié)束僅向

40、各運動坐標(biāo)軸輸出一個控制脈沖，各坐標(biāo)僅產(chǎn)生一個脈沖當(dāng)量或行程的增量。脈沖序列的頻率代表標(biāo)僅產(chǎn)生一個脈沖當(dāng)量或行程的增量。脈沖序列的頻率代表坐標(biāo)運動的速度，而脈沖的數(shù)量代表運動位移的大小。基準(zhǔn)坐標(biāo)運動的速度，而脈沖的數(shù)量代表運動位移的大小。基準(zhǔn)脈沖插補的方法很多，如逐點比較法、數(shù)字積分法、脈沖乘脈沖插補的方法很多，如逐點比較法、數(shù)字積分法、脈沖乘法器等。法器等。2 2）. .數(shù)據(jù)采樣插補數(shù)據(jù)采樣插補 采用時間分割思想，根據(jù)編程的進(jìn)給速度將輪廓采用時間分割思想，根據(jù)編程的進(jìn)給速度將輪廓曲線分割為每個插補周期的進(jìn)給直線段（又稱輪廓曲線分割為每個插補周期的進(jìn)給直線段（又稱輪廓步長）進(jìn)行數(shù)據(jù)密化，以此來

41、逼近輪廓曲線。然后步長）進(jìn)行數(shù)據(jù)密化，以此來逼近輪廓曲線。然后再將輪廓步長分解為各個坐標(biāo)軸的進(jìn)給量（一個插再將輪廓步長分解為各個坐標(biāo)軸的進(jìn)給量（一個插補周期的近給量），作為指令發(fā)給伺服驅(qū)動裝置。補周期的近給量），作為指令發(fā)給伺服驅(qū)動裝置。該裝置按伺服檢測采樣周期采集實際位移，并反饋該裝置按伺服檢測采樣周期采集實際位移，并反饋給插補器與指令比較，有誤差運動，誤差為零停止，給插補器與指令比較，有誤差運動，誤差為零停止，從而完成閉環(huán)控制。從而完成閉環(huán)控制。 數(shù)據(jù)采樣插補方法有：數(shù)據(jù)采樣插補方法有：直線函數(shù)法、擴(kuò)展直線函數(shù)法、擴(kuò)展DDADDA、二階遞歸、二階遞歸算法等。算法等。2 2 逐點比較法逐點比

42、較法 早期數(shù)控機床廣泛采用的方法，又稱代數(shù)法、醉步早期數(shù)控機床廣泛采用的方法，又稱代數(shù)法、醉步伐，適用于開環(huán)系統(tǒng)。伐，適用于開環(huán)系統(tǒng)。1).1).插補原理及特點插補原理及特點 原理原理：每次僅向一個坐標(biāo)軸輸出一個進(jìn)給脈沖，而每每次僅向一個坐標(biāo)軸輸出一個進(jìn)給脈沖，而每走一步都要通過走一步都要通過偏差函數(shù)計算偏差函數(shù)計算，判斷偏差點的瞬時判斷偏差點的瞬時坐標(biāo)同規(guī)定加工軌跡之間的偏差坐標(biāo)同規(guī)定加工軌跡之間的偏差，然后決定下一步，然后決定下一步的的進(jìn)給方向進(jìn)給方向。每個插補循環(huán)由。每個插補循環(huán)由偏差判別、進(jìn)給、偏偏差判別、進(jìn)給、偏差函數(shù)計算和終點判別差函數(shù)計算和終點判別四個步驟組成。四個步驟組成。 逐

43、點比較法可以實現(xiàn)直線插補、圓弧插補及其逐點比較法可以實現(xiàn)直線插補、圓弧插補及其它曲安插補。它曲安插補。特點：特點：運算直觀，插補誤差不大于一個脈沖當(dāng)量，脈運算直觀，插補誤差不大于一個脈沖當(dāng)量，脈沖輸出均勻，調(diào)節(jié)方便。沖輸出均勻，調(diào)節(jié)方便。插補步驟：插補步驟： 偏差判別偏差判別 - 坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給 - 偏差計算偏差計算 - 終點判斷終點判斷 走一步走一步 - 比較一次比較一次 - 決定下決定下 插補結(jié)束判斷插補結(jié)束判斷 一步的走向一步的走向 第一象限內(nèi)的直線插補第一象限內(nèi)的直線插補 偏差計算式：偏差計算式： 若點若點M在在OA直線段上，則有直線段上，則有ym/xm=ye/xe 即即ymxe-xmye0 于是取偏差計算式為于是取偏差計算式為 Km=ym/xm-ye/xe=ymxe-