機(jī)電一體化k控制器

1、第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理8/5/20221第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理控制器的功能要求： (1) 能夠提供各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和控制功能；(2) 能夠和被控對(duì)象的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接接口； (3) 能夠在苛刻的工作環(huán)境中可靠進(jìn)行。 8/5/20222第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理控制器的功能要求： 控制器輸入顯示通信控制輸出狀態(tài)輸入人機(jī)界面機(jī)器界面信息處理8/5/20223第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理控制器的功能要求： 對(duì)外部設(shè)備的控制 開關(guān)量控制 運(yùn)動(dòng)控制 信息輸入 模擬量輸入 數(shù)字量輸入 開關(guān)量輸入 控制信息輸出 開關(guān)信號(hào)（指示燈、聲響） 顯示屏 信息

2、處理 通信 串行通信 網(wǎng)絡(luò)功能 特點(diǎn)：控制器只需要特定的功能， 不像普通PC機(jī)那樣的“全功能”配置。 8/5/20224第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理控制器的基本組成模式： 單板機(jī)模式 組合式模式 8/5/20225第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理單板機(jī)組成模式小型化：應(yīng)用LSI技術(shù)減少了元件數(shù)量，簡(jiǎn)化了裝配、縮小了體積； 功能化：利用了微機(jī)信息處理能力、控制能力為代表的智能，專用性增強(qiáng)，容易用軟件更改和擴(kuò)展設(shè)計(jì)；可靠性：用LSI技術(shù)減少了元器件、焊點(diǎn)及接續(xù)點(diǎn)數(shù)量，增加了用軟件進(jìn)行檢測(cè)的高了設(shè)計(jì)效率；經(jīng)濟(jì)性：降低了零件費(fèi)、裝配成本、電源能耗，通過(guò)硬件標(biāo)準(zhǔn)化易于實(shí)現(xiàn)大量生降低成本；

3、提高了設(shè)計(jì)效率：將硬件標(biāo)準(zhǔn)化，用軟件適應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格的變化，能大大縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間； 8/5/20226第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理組合模式1)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。將系統(tǒng)劃分成若干個(gè)硬、軟件功能模塊,由研究開發(fā)部門根據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)盡可能完善地設(shè)計(jì),并制訂其規(guī)格系列。使用戶用這些現(xiàn)成的功能模塊可以迅速配套成各種用途的應(yīng)用系統(tǒng)，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作并顯著縮短設(shè)計(jì)周期。2)質(zhì)量穩(wěn)定、價(jià)格低。對(duì)功能模塊可以組織批量生產(chǎn),使質(zhì)量穩(wěn)定,并降低成本。 3)組成靈活、便于修改。結(jié)構(gòu)靈活,便于更新和擴(kuò)展。通過(guò)更換一些模板或進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)改裝，可以滿足不斷變化的特殊要求。 4)維修方便。在出現(xiàn)故障時(shí),只需更換相應(yīng)的功能模板,

4、停機(jī)修理時(shí)間可以降低至最低限度。 8/5/20227第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理組合模式組合式系統(tǒng)采用商品化硬件模塊。組合模式的基礎(chǔ)是開放式體系結(jié)構(gòu)和總線技術(shù)。 總線的主要特征就是多個(gè)部件共享傳輸介質(zhì)。 一個(gè)部件發(fā)出的信號(hào)可以被連接到總線上的其他所有部件所接收?？偩€種類： 串行總線 并行總線 8/5/20228第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理常用并行總線： STD總線 PC總線 -PCI總線 PC104總線8/5/20229第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理PC總線工控機(jī)和普通PC機(jī)的區(qū)別 大母板總線基板8/5/202210第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理工控機(jī)底板8

5、/5/202211第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理常用總線討論： STD總線I/O模板設(shè)計(jì)實(shí)例 主機(jī)板其他模板I/O板8/5/202212第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理 STD總線I/O模板設(shè)計(jì)實(shí)例 板選信號(hào)8/5/202213回答下列問(wèn)題：1.圖上的信號(hào)線哪些是數(shù)據(jù)總線？哪些是地址總線？哪些是控制總線？2. 板地址選擇是由哪些信號(hào)線組成的？3. 輸出信號(hào)數(shù)據(jù)由哪些信號(hào)線控制？ 4. 輸入數(shù)據(jù)由哪些信號(hào)線控制？ 8/5/202214第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理 STD總線I/O模板設(shè)計(jì)實(shí)例尋址原理主要器件：74LS24574LS13874LS24074LS273 跳線8

6、/5/202215第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理常用串行總線： USB總線：電纜長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)米。傳輸速率有 3 種：USB 1.0協(xié)議和 USB 1.1協(xié)議支持1.5 MHz 的低速傳輸和12 MHz 的全速傳輸，USB 2.0協(xié)議兼容 USB 1.1協(xié)議，支持 USB480 MHz 的高速傳輸。 I2C總線：在標(biāo)準(zhǔn)模式下的傳輸速率是0100 kbps ，在高速模式下的傳輸速率是0400 kbps 。 總線的長(zhǎng)度可高達(dá)25英尺，能夠以 10 kbps 的最大傳輸速率支持40個(gè)組件。 CAN總線：通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10 km （速率5 kbps 以下）；通信速率最高可達(dá) 1 Mbps （此時(shí)

7、通信距離最長(zhǎng)為 40m ）。 8/5/202216123開放式數(shù)控系統(tǒng)的控制器開 放 式 數(shù) 控 的 產(chǎn) 生開 放 式 數(shù) 控 的 特 點(diǎn)開 放 式 數(shù) 控 的 現(xiàn) 狀8/5/20221720世紀(jì)50年代- 數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)20世紀(jì)70年代- 計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)20世紀(jì)90年代- 開放式數(shù)控開放式數(shù)控的產(chǎn)生NCCNCOpen CNC8/5/202218開放式數(shù)控系統(tǒng)對(duì)于開放式數(shù)控系統(tǒng)，我們先來(lái)看下開放的含義：可移植性可擴(kuò)展性可協(xié)同性規(guī)?？勺?系統(tǒng)應(yīng)用模塊可用于不同平臺(tái) 不同應(yīng)用模塊可在一個(gè)平臺(tái)運(yùn)行 不同應(yīng)用模塊能協(xié)同工作 可根據(jù)需要調(diào)整應(yīng)用模塊和硬件8/5/202219開放式數(shù)控實(shí)現(xiàn)的主要形式：PC嵌

8、入NCNC嵌入PC NC+PC全軟件型運(yùn)動(dòng)控制卡伺服系統(tǒng)8/5/202220第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理基于 PMAC 運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)建的數(shù)控系統(tǒng) 8/5/202221第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理 接口技術(shù) 為了與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅給信息傳遞和維修帶來(lái)方便，而且可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。目前，正致力于發(fā)展低成本、高速串行的接口，來(lái)解決信號(hào)電纜非接觸化、光導(dǎo)纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題。8/5/202222第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理 軟件技術(shù) 軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本，提高生

9、產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。8/5/202223第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理典型案例1：全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)典型案例2：三種快速成型機(jī)的控制器設(shè)計(jì) 一，分層實(shí)體制造控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二，三維打印控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 三，激光燒結(jié)成形控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8/5/202224第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理討論題：什么是工控機(jī)？它和普通的PC機(jī)有什么區(qū)別？不同的機(jī)電一體化產(chǎn)品對(duì)控制器有什么不同的要求？工控機(jī)的基本組成模式有那兩種？它們各有什么特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合？為什么說(shuō)，總線技術(shù)是工控機(jī)組合模式的技術(shù)基礎(chǔ)？總線有哪些類型？它們分別是怎

10、么工作的？目前常用的產(chǎn)品有哪些？它們各有什么特點(diǎn)？ PC總線工控機(jī)和普通PC機(jī)有什么相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？什么是開放體系結(jié)構(gòu)？為什么數(shù)控技術(shù)會(huì)向開放結(jié)構(gòu)方向發(fā)展？目前在國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了那些成熟的技術(shù)成果？8/5/202225第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制器的構(gòu)成原理討論題收集某一種運(yùn)動(dòng)控制板卡的資料（例如PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡），了解其功能及應(yīng)用。討論它在開放體系控制器中的作用。根據(jù)傳統(tǒng)機(jī)床和并聯(lián)機(jī)床在軌跡運(yùn)動(dòng)控制上采用的不同原理，討論在并聯(lián)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中采用開放結(jié)構(gòu)的必要性。以STD總線的I/O接口板為例，討論組成框圖及其尋址原理。參考圖3-5、圖3-6的接口邏輯電路。試采用74LS245、138、240、273等芯片，在詳細(xì)了解這些芯片的功能和每