第二章 数控系统与接口技术
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KMR
SBF KR
SB
KMF SBR
KMR KMF KMF KMR
KR
M 3~
KMR
三相交流异步电机计算机控制正反转、制动控制
A BC QS
FU
D1 光电隔离
J1
D2 光电隔离
J2
D3 光电隔离
J3
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KR J3
J1
KMR KMF
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三相交流异步电机手动正反转、电磁抱闸制动控制
5. 交流电源,直流电源
6. 计算机CPU只能处理TTL电平 控制强电抗干扰的概念:TLP521 ULN2803A
带达林顿三极管的光电隔离元器件:元件如ULN2003,ULN2803A 等等,输出电流大,可以直接驱动频率较低的负载 ,如图TLP521 和达林顿管组成ULN2003和ULN2803A光电耦合驱动器芯片。
电阻或光电二极管封装在一起,它不产生电磁波和噪声,对电路 干扰很小,与可控硅一样属于无触点开关,形状很小,与普通三 极管大小差不多。目前在单片机和开关电源中用得最多的抗干扰 器件。光耦合器(optical coupler,英文缩写为OC)亦称光电隔 离器或光电耦合器,简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的 器件,通常把发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏 半导体管)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出 光线,受光器接受光线之后就产生光电流,从输出端流出,从而 实现了“电—光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输 出端的光电耦合器,由于它具有体积小、寿命长、无触点,抗干 扰能力强,使TTL电平与强电绝缘,在数控机床控制电路上获得 广泛的应用,如图2-7所示。
④ 计算机控制强电方案4: 带固态继电器的并行输入/输出卡+交流继电器+电机 如图2-15
继电器输出板
光电式接近开关信号读入计算机
兰色,正极的地
棕色,正极10-30V
R1 R2
0X150口的地线 0X150口的D1位
#include “dos.h”
printf(“有物体靠近”);
#include “conio.h”
用其他输入设备输入到计算机数控装置,转换成数值数据,计 算机再对数据进行插补等处理,把信号传送到I/O电路和装置, 驱动机床及其附件动作,送到伺服进给单元,驱动机床切割加 工,由该装置控制和驱动机床刀具的运动加工出零件。按图2- 1,把数控机床的组成分成两大块:机床部分和计算机数控系统 部分,机床部分在“金属切削机床课程”已学习,本课程学习 计算机数控系统部分,而这部分又分为:电源模块,计算机数 控装置,输入输出部分,伺服装置,测量装置,主轴伺服单元, 机床I/O电路和装置。本章讲:电源模块,主轴伺服单元,机床 I/O电路和装置设计。其他部分在其他章讲。
(二) 计算机通过并行输入/输出接口卡输出信号控制外设 1. 外设是不大于 5 伏的信号 外设取发光二极管,额定电压2伏,额定电流20毫安,这时外设的 电压对计算机不产生干扰,不需采取抗干扰措施。用IPC5313并行 输入/输出卡的0X150口的D1位,每个口有D0、D1、……、D7共8 个接线位,每个口有二个连在一起的“地” 接线位,硬件电路图如图 2-8,忽略其他电阻,R=(5/0.02)=250欧,该卡内部进行取非设计, 输出1为低电平,输出0为高电平,输出11111101B=fdH,D1位为0 发光二极管亮,D1位是1发光二极管就不亮,使发光二极管亮的C 语言程序:
A BC
KM
QS
KT
FU
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SBF KR
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NC
KMF SBR
KMR KMF KMF KMR
KM KMR
三相交流异步电机计算机控制正反转、电磁制动控制
A BC QS
FU
D1 光电隔离
J1
D2 光电隔离
J2
D3 光电隔离
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Leabharlann Baidu
NC
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KM
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第二节 计算机并行输入/输出接口电路分类及设计原理
一. 计算机并行输入/输出接口电路的分类及其设计 (一) IPC5313型32路并行输入/输出接口卡简述 该卡是基于ISA总线,有0x150,0x151,0x152,0x153四个口地 址,每个口地址10个引脚,两个引脚是地线,其他8个引脚是数据 位线,分别对应D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7位,所以该 卡共有40个引脚。可以用C语言,8088汇编语言编程使CPU与外设 交换数据信息。
D1 151H口的地
220V交流电源
图2-13 输入+5V固态继电器控制220V交流灯泡
用固态继电器控制灯实验
+5V
交流220伏
0X150口D1位
#include “dos.h” #include “conio.h”
main() {
int a; a=0x0fd; // D1位为0,输出高电平灯灭;为1灯亮 outportb(0x150,a); }
三相交流异步电机手动正反转、制动控制
A BC QS
FU
KMF
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SBF KR
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KMR KMF KMF KMR
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三相交流异步电机计算机控制正反转、制动控制
A BC QS
FU
D1 光电隔离
J1
D2 光电隔离
J2
D3 光电隔离
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(二)干扰的概念及克服的措施
在数控系统工作时,CPU只能处理TTL电平信号,而强电都高 于5V甚至大大高于5V,有时候强电对弱电产生影响,破坏了TTL电 平,使CPU不能正常工作叫干扰。克服干扰的措施是采用光电耦 合器把强电和弱电隔离开,消除强电对弱电的影响。
光电耦合器是一种光电转换开关,它是将一只发光管与光敏
KMR KMF
KMF KMF KMR
J2
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电磁抱闸
计算机控制强电方案1: 向并行接口卡(芯片)发出持续信号 ⒍ 光电隔离 - 直 流继电器 - 交流接触器 - 设备
计算机控制强电方案1: 并行接口卡(芯片)-光电隔离-直流继电器-交流接触器-设备 计算机控制强电方案2: 并行接口卡(芯片)-固态继电器-交流接触器-设备 计算机控制强电方案3: 并行接口卡(芯片)-固态继电器-设备
}
main()
{
int a,b;
a=inportb(0x150);
b=0x02&a;
if(b!=0)
printf(“没有物体靠近”) ;
else
(三) 外设通过并行输入/输出接口卡把信号输入给计算机 1.外设是TTL电平的信号
(2)计算机控制强电方案2: 并行接口卡-固态继电器-交流接触器-电机
(3) 计算机控制强电方案3: 并行接口卡-固态继电器-电机
④ 计算机控制强电方案4: 带固态继电器的并行输入/输出卡+交流继电器+电机 如图2-15
继电器输出板
三相交流异步电机手动正反转、制动控制
A BC QS
FU
KMF
外设是大于5伏的电压可能对CPU的TTL电平产生干扰,所以 要采用光电耦合器进行光电隔离,使外设电压不能干扰计算机 TTL电平,如外设是24伏的直流继电器,如图2-9采用中间继电 器控制,程序同图2-8的程序,D1位为1时,中间继电器线圈J 不带电;D1位为0时,中间继电器线圈J带电。因J通断电瞬间产 生很大的自感电动势,加续流二极管D,产生的自感电流在J和D 之间消耗掉。中间继电器线圈带电后,常开触电闭合,接通交流继 电器的线圈的220伏交流电,交流继电器三对常开触电闭合,将380 伏交流电接到交流电机,电机就运转起来了,电气控制原理图如图 2-9所示。
3. 做为机械类专业常见计算机接口电路实际情况
使并行输入/输出卡与外设协调一致工作的电路
2. 计算机接口电路的概念
使CPU与外设协调一致工作的电路
3. 做为机械类专业常见计算机接口电路实际情况
使并行输入/输出卡与外设协调一致工作的电路
4. 光电隔离的概念
在计算机控制与检测系统,强电对弱电产生影响使计算机不能 正常工作,叫强电对弱电产生干扰
#include “dos.h” main() { int a; a=0x0fd; outportb(0x150,a); }
使发光二极管亮的8088汇编语言程序: MOV DX,150H MOV AL,0FDH OUT DX,AL
2.外设是大于 5 伏的信号
(1) 方案1:并行输入/输出卡+光电隔离+直流继电 器+交流继电器+电机
这种方案又分两种情况: ① 计算机向并行输入输出卡的D1位发出持续高电平,
电机运转;发出低电平电机停转
② 计算机向并行输入输出卡的D1位发出持高电平, J自保,电机运转,再向D1位发出低电平,电机持续运转; J1的常闭触点串联到控制回路,计算机向D2位发出高电 平,J1的常闭触电断开,电机停转
上述变压、整流、滤波、稳压计算理论在电工学课程全部学 习过,不再论述。现在整流、滤波、稳压元器件都已经集成化, 有整流块、滤波器、稳压块,如图2-6所示。
整流桥模块
滤波器模块
图2-6 整流块、滤波器元件
三. 避免电压干扰的光电隔离元件
(一)TTL电平的概念
在计算机控制系统,经过CPU处理的信号都是TTL电平,高 电平5.0伏,事实上3.5-5.0伏CPU都处理为高电平,设计电路时 按5.0伏设计;低电平0.0伏,事实上0-0.5伏CPU都处理为低电 平,设计电路时按0.0伏设计。通常把高于5.0伏的电压信号叫强 电,把TTL电平的电压信号叫弱电。
在第一章学习过数控机床的组成:
控制介质,数控装置,伺服系统,检测装置,机床本体,辅 助装置过
二.电源模块的获得及其元器件
电源模块分直流和交流电源模块,通过变压器,整流稳压等等 获得各种电压的电源。
(一)交流电源的获得 三相交流电源的电压:任意两根火线之间380伏,任意一根火
线和零线之间是220伏。变电压器上已经标注好输入端及其接的电 压,输出端及输出电压,在数控机床上常见的交流变压器输入端: 交流380V,220V。输出端常见110V,36V,24V,12V。
D2 光电隔离
J2
D3 光电隔离
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J3
NC
KR J3
KM
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KM
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KMF KMF KMR
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电磁抱闸
计算机控制强电方案2: 并行接口卡(芯片)-固态继电器-交流接触器-设备
计算机控制强电方案3: 并行接口卡(芯片)-固态继电器-设备
选择输入+5V,输出可接交流220V的固态继电器控制 220V交流灯泡。用IPC5313卡151H口的D1位,如图2- 13,控制灯泡亮的C语言程序如下:
图2-7 TTL电平 — 光 — 强电
Anode Cathode Emitter Collector
阳极 负极 发射极 集电极
ULN2003N
2.接口电路的概念
使计算机的CPU与外设能够协调一致工作的电路叫计算机接 口电路,简称计算机接口。这里说的外设是除了CPU之外的所有 设备,象存储器、键盘、显示器等等。通常计算机CPU与这些外 设的接口已经设计好了,CPU与串行、并行接口也已经设计好了, 我们做的接口是传感器、强电等等电路与串行、并行接口的接口 电路。串行、并行接口也只能处理TTL电平,我们所谓设计接口 电路,就是把传感器、强电等等电路的信号与串行、并行接口的 TTL电平协调起来,以便计算机能处理。
KMR KMF
KMF KMF KMR
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三相交流异步电机手动正反转、电磁抱闸制动控制
A BC QS FU
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KMF KMR
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三相交流异步电机计算机控制正反转、电磁制动控制
A BC QS
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D1 光电隔离
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第二章 计算机数控系统及其接口技术
第一节 计算机数控系统概述
早期的数控机床没有计算机,纯粹用小规模集成电路作为信 息存储和数字计算,通常叫硬件数控(NC),后来有了计算机, 用计算机研制数控系统的速度大大提高,这样的数控系统叫计算 机数控(CNC),就是我们研究的这种。
一.数控机床工作过程
按要求把被加工的机械零件,如形状、尺寸等信息人工或
图2-2 交流变压器
(二)直流电源的获得 直流电源的获得是把交流电源经过变压、整流、滤波、稳压 获得的,其过程如图2-3所示,典型电路如图2-4,整流滤波稳 压前后负载上电压波形图如图2-5。
图2-3 变压整流滤波稳压原理图
图2-4 典型变压整流滤波稳压电路图
半波整流滤波稳 压负载电压波形
桥式整流 滤波稳压 负载电压 波形