項(xiàng)目二柔性制造系統(tǒng)核心技術(shù)任務(wù)1機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)任務(wù)2氣動(dòng)控制技術(shù)任務(wù)3傳感器檢測(cè)技術(shù)任務(wù)4電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)任務(wù)5工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

任務(wù)1機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)

一、任務(wù)引入在柔性制造系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的傳輸、搬運(yùn)，常常要使用各種機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備，了解和熟悉這些機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理，是學(xué)習(xí)柔性制造系統(tǒng)必須掌握的內(nèi)容。二、任務(wù)分析通過(guò)本任務(wù)的學(xué)習(xí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下知識(shí)目標(biāo)：(1)了解帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。(2)了解滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。(3)了解直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。(4)了解齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。三、相關(guān)知識(shí)1.帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)認(rèn)知在自動(dòng)化生產(chǎn)線機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，常利用帶傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械部件之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要依靠帶與帶輪之間的摩擦或嚙合進(jìn)行工作。帶傳動(dòng)可分為摩擦型帶傳動(dòng)和嚙合型帶傳動(dòng)，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩大傳動(dòng)類型及其異同點(diǎn)如表2-1所示。由于嚙合型帶傳動(dòng)在傳動(dòng)過(guò)程中傳遞功率大，傳動(dòng)精度高，所以在自動(dòng)化生產(chǎn)線中使用得較為廣泛。2)了解帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(特別是嚙合型同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu))目前被大量應(yīng)用在各種自動(dòng)化裝配專機(jī)、自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線、機(jī)械手及工業(yè)機(jī)器人等自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)械中，同時(shí)還廣泛應(yīng)用在包裝機(jī)械、儀器儀表、辦公設(shè)備及汽車等行業(yè)。在這些設(shè)備和產(chǎn)品中，同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要用于傳遞電機(jī)轉(zhuǎn)矩或提供牽引力，使其他機(jī)構(gòu)在一定范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)(直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng))。2.滾珠絲杠機(jī)構(gòu)1)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)認(rèn)知將滾珠絲杠機(jī)構(gòu)沿縱向剖開可以看到，它主要由絲杠、螺母、滾珠、滾珠回流管、壓板、防塵片等部分組成，如圖2-2所示。絲杠屬于直線度非常高的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，在滾珠循環(huán)滾動(dòng)的方式下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)螺母及其連接在一起的負(fù)載滑塊(例如工作臺(tái)、移動(dòng)滑塊)在導(dǎo)向部件作用下的直線運(yùn)動(dòng)。工業(yè)應(yīng)用中幾種典型滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的外形如圖2-3所示。滾珠絲杠機(jī)構(gòu)雖然價(jià)格較貴，但由于其具有高剛度、高精度、運(yùn)動(dòng)可逆、能高速進(jìn)給和微量進(jìn)給、驅(qū)動(dòng)扭矩小、傳動(dòng)效率高、使用壽命長(zhǎng)等一系列突出優(yōu)點(diǎn)，能夠在自動(dòng)化機(jī)械的各種場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)所需要的精密傳動(dòng)，所以仍然在工程上得到了極廣泛的應(yīng)用。2)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的應(yīng)用滾珠絲杠機(jī)構(gòu)作為一種高精度的傳動(dòng)部件，被大量應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化加工中心、電子精密機(jī)械進(jìn)給機(jī)構(gòu)、伺服機(jī)械手、工業(yè)裝配機(jī)器人、半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備、食品加工和包裝、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。圖2-4所示為滾珠絲杠機(jī)構(gòu)在數(shù)控雕刻機(jī)中應(yīng)用的實(shí)物圖。圖2-5所示為滾珠絲杠機(jī)構(gòu)應(yīng)用于各種精密進(jìn)給機(jī)構(gòu)的X-Y工作臺(tái)，其中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)部件，直線導(dǎo)軌為導(dǎo)向部件，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)為運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部件。3.直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)1)直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)認(rèn)知直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)通常也被稱為直線導(dǎo)軌、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、線性滑軌等，它實(shí)際是由能相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌(或軌道)與滑塊兩大部分組成的，其中滑塊由滾珠、端蓋板、保持板、密封墊片組成。直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。幾種典型直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的外形如圖2-7所示。直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)由于采用了類似于滾珠絲杠的精密滾珠結(jié)構(gòu)，所以具有如表2-2所示的一系列特點(diǎn)。使用直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)除了可以獲得高精度的直線運(yùn)動(dòng)以外，還可以直接支撐負(fù)載工作，降低了自動(dòng)化機(jī)械的復(fù)雜程度，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)與制造過(guò)程，從而大幅度降低了設(shè)計(jì)與制造成本。2)直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的應(yīng)用由于在機(jī)器設(shè)備上大量采用直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為進(jìn)給、移送裝置，所以為了保證機(jī)器的工作精度，首先必須保證這些直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度。直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)作為自動(dòng)化機(jī)械最基本的結(jié)構(gòu)模塊被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化裝配設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線、機(jī)械手、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器等裝備制造行業(yè)。圖2-8所示為直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)在雙柱車床中的應(yīng)用。圖2-9所示為直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)在臥式雙頭焊接機(jī)床中的應(yīng)用。4.間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1)機(jī)械間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)認(rèn)知在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，根據(jù)工藝的要求，經(jīng)常需要沿輸送方向以固定的時(shí)間間隔、固定的移動(dòng)距離將各工件從當(dāng)前的位置準(zhǔn)確地移動(dòng)到相鄰的下一個(gè)位置，實(shí)現(xiàn)這種輸送功能的機(jī)構(gòu)稱為間歇傳輸機(jī)構(gòu)，工程上有時(shí)也稱為步進(jìn)輸送機(jī)構(gòu)或步進(jìn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。工程上常用的間歇性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有槽輪機(jī)構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)等。圖2-10所示為常用間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。雖然各種間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都能實(shí)現(xiàn)間歇輸送的功能，但是它們都有其自身結(jié)構(gòu)、工作特點(diǎn)及工程應(yīng)用領(lǐng)域，如表2-3所示。2)間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊和工作效率高兩大優(yōu)點(diǎn)。采用間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能有效簡(jiǎn)化自動(dòng)化生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)，方便地實(shí)現(xiàn)工序集成化，形成高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，提高自動(dòng)化專機(jī)或生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，因而在自動(dòng)化機(jī)械裝備，特別是電子產(chǎn)品生產(chǎn)、輕工機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。5.齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的認(rèn)知齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最廣的一種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、圓錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。圖2-11所示為各種齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的外形圖。齒輪傳動(dòng)是依靠主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的齒廓之間的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，與其他傳動(dòng)相比，齒輪傳動(dòng)具有如表2-4所示的特點(diǎn)。2)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，比較典型的應(yīng)用是在各級(jí)變速器、汽車的變速箱等機(jī)械傳動(dòng)變速裝置中。圖2-12所示為齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在減速器和汽車變速箱中的應(yīng)用。

任務(wù)2氣動(dòng)控制技術(shù)

一、任務(wù)引入在柔性制造系統(tǒng)中，氣動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用廣泛，掌握和了解氣源的產(chǎn)生、輸送，氣源的減壓控制，氣源的流量控制，電磁閥、汽缸的結(jié)構(gòu)和自動(dòng)控制，都是為學(xué)好柔性制造系統(tǒng)所必須掌握的內(nèi)容。二、任務(wù)分析通過(guò)本任務(wù)的學(xué)習(xí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下知識(shí)目標(biāo)：(1)了解氣動(dòng)控制系統(tǒng)的組成。(2)熟悉和了解各種汽缸的結(jié)構(gòu)和工作原理。(3)熟悉和了解各種氣動(dòng)控制元件的結(jié)構(gòu)和作用。三、相關(guān)知識(shí)1.氣動(dòng)控制系統(tǒng)認(rèn)知圖2-13所示為一個(gè)簡(jiǎn)單的氣動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成圖。該控制系統(tǒng)有靜音氣泵、氣動(dòng)二聯(lián)件、汽缸、電磁閥、檢測(cè)元件和控制器等組成，能實(shí)現(xiàn)汽缸的伸縮運(yùn)動(dòng)控制。氣動(dòng)控制系統(tǒng)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，在控制元件的控制和輔助元件的配合下，通過(guò)執(zhí)行元件把空氣壓縮能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而完成汽缸直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并對(duì)外做功。一個(gè)完整的氣動(dòng)控制系統(tǒng)基本由氣壓發(fā)生器(氣源裝置)、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件、檢測(cè)裝置及控制器等6部分組成。圖2-13中的靜音氣泵為壓縮空氣發(fā)生裝置，其中包括空氣壓縮機(jī)、安全閥、過(guò)載安全保護(hù)器、儲(chǔ)氣罐、罐體壓力指示表、一次壓力調(diào)節(jié)指示表、過(guò)濾減壓閥及氣源開關(guān)等部件，如圖2-14所示。氣泵是用來(lái)產(chǎn)生具有足夠壓力和流量的壓縮空氣并將其凈化、處理及存儲(chǔ)的一套裝置，氣泵的輸出壓力可通過(guò)其上的過(guò)濾減壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。2.氣動(dòng)執(zhí)行元件在氣動(dòng)控制系統(tǒng)中，氣動(dòng)執(zhí)行元件是一種將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)直線、擺動(dòng)或者回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。氣動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件是汽缸和氣馬達(dá)。汽缸用于實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣馬達(dá)則用于實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作。圖2-15所示為幾種常見(jiàn)的氣動(dòng)執(zhí)行元件實(shí)物圖。氣動(dòng)執(zhí)行元件作為氣動(dòng)控制系統(tǒng)中重要的組成部分，被廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化機(jī)械及生產(chǎn)裝備中。為了滿足各種應(yīng)用場(chǎng)合的需要，實(shí)際設(shè)備中使用的氣動(dòng)執(zhí)行元件不僅種類繁多，而且各元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)合也都不盡相同。表2-5給出了工程實(shí)際應(yīng)用中常用氣動(dòng)執(zhí)行元件的應(yīng)用特點(diǎn)。3.氣動(dòng)控制元件在氣動(dòng)控制系統(tǒng)中，氣動(dòng)控制元件用于控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和流動(dòng)方向，以保證執(zhí)行元件具有一定的輸出力和速度，并可按設(shè)計(jì)的程序正常工作。氣動(dòng)控制元件主要有氣動(dòng)壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥。1)氣動(dòng)壓力控制閥氣動(dòng)壓力控制閥用來(lái)控制氣動(dòng)控制系統(tǒng)中壓縮空氣的壓力，可將壓力減到每臺(tái)裝置所需的壓力，并使壓力穩(wěn)定在所需的壓力值上，以滿足各種壓力需求或節(jié)能的要求，氣動(dòng)壓力控制閥主要有安全閥、順序閥、減壓閥等幾種。圖2-16所示為常用氣動(dòng)壓力控制閥的實(shí)物圖。表2-6所示為主要?dú)鈩?dòng)壓力控制閥的類型、作用及應(yīng)用特點(diǎn)。在氣動(dòng)控制系統(tǒng)工程應(yīng)用中，經(jīng)常將分水濾氣器、減壓閥和油霧器組合在一起使用，此裝置俗稱氣動(dòng)三聯(lián)件。2)氣動(dòng)流量控制閥流量控制閥在氣動(dòng)控制系統(tǒng)中通過(guò)改變閥的流通截面積來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制，以達(dá)到控制汽缸運(yùn)動(dòng)速度或者控制換向閥的切換時(shí)間和氣動(dòng)信號(hào)的傳遞速度。流量控制閥包括調(diào)速閥、單向節(jié)流閥和帶消聲器的排氣節(jié)流閥等幾種。圖2-17所示為常用氣動(dòng)流量控制閥的實(shí)物圖。表2-7所示為主要?dú)鈩?dòng)流量控制閥的類型、作用及應(yīng)用特點(diǎn)。特別是單向節(jié)流閥上帶有氣管的快速接頭，只要將適合的氣管往快速接頭上一插就可以接好，使用非常方便，因而在氣動(dòng)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。3)方向控制閥方向控制閥是氣動(dòng)控制系統(tǒng)中通過(guò)改變壓縮空氣的流動(dòng)方向和氣流通斷來(lái)控制執(zhí)行元件啟動(dòng)、停止及運(yùn)動(dòng)方向的氣動(dòng)元件。電磁閥是氣動(dòng)控制中最主要的元件，它利用電磁線圈通電時(shí)靜鐵心對(duì)動(dòng)鐵心產(chǎn)生的電磁吸引力使閥切換以改變氣流方向。根據(jù)閥芯復(fù)位的控制方式，又可以將電磁閥分為單電控和雙電控兩種。圖2-18所示為電磁控制換向閥的實(shí)物圖。電磁控制換向閥易于實(shí)現(xiàn)電—?dú)饴?lián)合控制，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，在氣動(dòng)控制系統(tǒng)中廣泛使用。在使用雙電控電磁閥時(shí)應(yīng)特別注意的是，兩側(cè)的電磁線圈不能同時(shí)得電，否則將會(huì)使電磁閥線圈燒壞。為此，在電氣控制回路上，通常設(shè)有防止同時(shí)得電的聯(lián)鎖回路。電磁閥按閥切換通道數(shù)目的不同可以分為二通閥、三通閥、四通閥和五通閥；同時(shí)，按閥芯的切換工作位置數(shù)目的不同又可以分為二位閥和三位閥。例如，有兩個(gè)通口的二位閥稱為二位二通閥；有三個(gè)通口的二位閥稱為二位三通閥。常用的還有二位五通閥，用在推動(dòng)雙作用汽缸的回路中。圖2-19所示為部分電磁換向閥的圖形符號(hào)。所謂“位”，指的是為了改變氣體方向，閥芯相對(duì)于閥體所具有的不同的工作位置?！巴ā钡暮x則指換向閥與系統(tǒng)相連的通口，有幾個(gè)通口即為幾通。在工程實(shí)際應(yīng)用中，為了簡(jiǎn)化控制閥的控制線路和氣路的連接，優(yōu)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通常將多個(gè)電磁閥及相應(yīng)的氣控和電控信號(hào)接口、消聲器和匯流板等集中在一起組成控制閥的集合體使用，將此集合體稱為控制閥島。圖2-20所示為氣動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的電磁閥島實(shí)物圖。為了方便氣動(dòng)控制的調(diào)試，各電磁閥均帶有手動(dòng)換向和加鎖功能的手動(dòng)旋鈕。

任務(wù)3傳感器檢測(cè)技術(shù)

一、任務(wù)引入在柔性制造系統(tǒng)中，傳感器被大量使用，有檢測(cè)機(jī)構(gòu)運(yùn)行位置的傳感器、檢測(cè)工件顏色的傳感器、判斷工件材料屬性的傳感器，還有檢測(cè)物體溫度的變送器和檢測(cè)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的編碼器，等等。學(xué)習(xí)和掌握它們的使用方法，也是為學(xué)習(xí)柔性制造系統(tǒng)必須掌握的知識(shí)內(nèi)容。二、任務(wù)分析通過(guò)本任務(wù)的學(xué)習(xí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下知識(shí)目標(biāo)：(1)了解和掌握開關(guān)量傳感器的工作原理和使用方法。(2)熟悉數(shù)字量傳感器的工作原理。三、相關(guān)知識(shí)傳感檢測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳感檢測(cè)技術(shù)能有效地實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行信息的自動(dòng)檢測(cè)，并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行輸出。自動(dòng)化設(shè)備中用于實(shí)現(xiàn)傳感檢測(cè)功能的裝置稱為傳感器。傳感器種類繁多，按從傳感器輸出電信號(hào)的類型不同，可將其劃分為開關(guān)量傳感器、數(shù)字量傳感器和模擬量傳感器。1.開關(guān)量傳感器開關(guān)量傳感器又稱為接近開關(guān)，是一種采用非接觸式檢測(cè)，輸出開關(guān)量的傳感器。在自動(dòng)化設(shè)備中，應(yīng)用較為廣泛的主要有磁感應(yīng)式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān)、電感式接近開關(guān)和光電式接近開關(guān)等。1)磁感應(yīng)式接近開關(guān)磁感應(yīng)式接近開關(guān)簡(jiǎn)稱磁性接近開關(guān)或磁性開關(guān)，其工作方式是當(dāng)有磁性物質(zhì)接近磁性開關(guān)傳感器時(shí)，傳感器感應(yīng)動(dòng)作，并輸出開關(guān)信號(hào)。在自動(dòng)化設(shè)備中，磁性開關(guān)主要與內(nèi)部活塞(或活塞桿)上安裝有磁環(huán)的各種汽缸配合使用，用于檢測(cè)汽缸等執(zhí)行元件的兩個(gè)極限位置。為了方便使用，每一磁性開關(guān)上都裝有動(dòng)作指示燈。當(dāng)檢測(cè)到磁信號(hào)時(shí)，輸出電信號(hào)，指示燈亮。同時(shí)，磁性開關(guān)內(nèi)部都具有過(guò)電壓保護(hù)電路，即使磁性開關(guān)的引線極性接反，也不會(huì)使其燒壞，只是不能正常檢測(cè)工作。圖2-21所示為磁性開關(guān)實(shí)物圖及電氣符號(hào)圖。2)電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)利用自身的測(cè)量頭構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，被檢測(cè)物體構(gòu)成另一個(gè)極板，當(dāng)物體靠近開關(guān)時(shí)，物體與接近開關(guān)的極距或者介電常數(shù)發(fā)生變化，引起靜電容量發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭連接的電路狀態(tài)也發(fā)生相應(yīng)地變化，并輸出開關(guān)信號(hào)。電容式接近開關(guān)不僅能檢測(cè)金屬零件，而且能檢測(cè)紙張、橡膠、塑料、木塊等非金屬物體，還可以檢測(cè)絕緣的液體。電容式接近開關(guān)一般應(yīng)用在塵埃多、易接觸到有機(jī)溶劑及需要較高性價(jià)比的場(chǎng)合中。由于檢測(cè)內(nèi)容的多樣性，所以得到更廣泛的應(yīng)用。圖2-22所示為電容式接近開關(guān)實(shí)物及電氣符號(hào)圖。3)電感式接近開關(guān)電感式接近開關(guān)是利用渦流效應(yīng)制成的開關(guān)量輸出位置傳感器。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近時(shí)能使其內(nèi)部產(chǎn)生電渦流，使得接近開關(guān)振蕩能力衰減、內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，進(jìn)而控制開關(guān)的通斷。由于電感式接近開關(guān)基于渦流效應(yīng)工作，所以它的檢測(cè)對(duì)象必須是金屬。電感式接近開關(guān)對(duì)金屬與非金屬的篩選性能好，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，在現(xiàn)代工業(yè)檢測(cè)中也得到廣泛應(yīng)用。圖2-23所示為電感式接近開關(guān)的實(shí)物及電氣符號(hào)圖。4)光電式接近開關(guān)光電式接近開關(guān)是利用光電效應(yīng)制成的開關(guān)量傳感器，主要由光發(fā)射器和接收器組成。光發(fā)射器和接收器有一體式和分體式兩種。光發(fā)射器用于發(fā)射紅外光或可見(jiàn)光；光接收器用于接收發(fā)射器發(fā)射的光，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以開關(guān)量形式輸出。圖2-24所示為各種光電式接近開關(guān)的實(shí)物及電氣符號(hào)圖。按照接收器接收光的方式不同，光電式接近開關(guān)可以分為對(duì)射式、反射式和漫反射式三種。這三種形式的光電接近開關(guān)的檢測(cè)原理和方式都有所不同。它們的檢測(cè)原理分別如圖2-25、圖2-26和圖2-27所示。(1)對(duì)射式光電接近開關(guān)的光發(fā)射器與光接收器分別處于相對(duì)的位置上，根據(jù)光路信號(hào)的有無(wú)判斷信號(hào)是否進(jìn)行輸出改變。此開關(guān)最常用于檢測(cè)不透明物體。對(duì)射式光電接近開關(guān)的光發(fā)射器和光接收器有一體式和分體式兩種。(2)反射式光電接近開關(guān)的光發(fā)射器與光接收器為一體化的結(jié)構(gòu)，在其相對(duì)的位置上安置一個(gè)反射鏡，光發(fā)射器發(fā)出的光被反射鏡反射，根據(jù)是否有反射光線被光接收器接收來(lái)判斷有無(wú)物體。(3)漫反射式光電接近開關(guān)的光發(fā)射器與光接收器集于一體，利用光照射到被測(cè)物體上反射回來(lái)的光線而進(jìn)行工作。漫反射式光電接近開關(guān)的可調(diào)性很好，其敏感度可通過(guò)其背后的旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。光電接近開關(guān)在安裝時(shí)，不能安裝在水、油、灰塵多的地方，應(yīng)回避強(qiáng)光及室外太陽(yáng)光等直射的地方，注意消除背景物景的影響。光電接近開關(guān)主要用于自動(dòng)包裝機(jī)、自動(dòng)灌裝機(jī)、自動(dòng)或半自動(dòng)裝配流水線等自動(dòng)化機(jī)械裝置上。2.數(shù)字量傳感器數(shù)字量傳感器是一種能把被測(cè)模擬量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出的裝置，可直接與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接。數(shù)字量傳感器具有測(cè)量精度和分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、易于與計(jì)算機(jī)接口，便于信號(hào)處理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量以及適宜遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，在一些精度要求較高的場(chǎng)合應(yīng)用極為普遍。工業(yè)裝備上常用的數(shù)字量傳感器主要有數(shù)字編碼器(在實(shí)際工程中應(yīng)用最多的是光電編碼器)、數(shù)字光柵和感應(yīng)同步器等。1)光電編碼器光電編碼器通過(guò)讀取光電編碼盤上的圖案或編碼信息來(lái)表示與光電編碼器相連的測(cè)量裝置的位置信息。圖2-28所示為光電編碼器的實(shí)物圖。根據(jù)光電編碼器的工作原理，可以將其分為絕對(duì)式光電編碼器和增量式光電編碼器兩種。絕對(duì)式光電編碼器通過(guò)讀取編碼盤上的二進(jìn)制編碼信息來(lái)表示絕對(duì)位置信息，二進(jìn)制位數(shù)越多，測(cè)量精度越高，輸出信號(hào)線對(duì)應(yīng)越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，價(jià)格越高。增量式光電編碼器直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖信號(hào)A、B和Z相，A、B兩組脈沖相位差90°，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位；其測(cè)量精度取決于碼盤的刻線數(shù)，但結(jié)構(gòu)相對(duì)絕對(duì)式光電編碼器簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。光電編碼器是一種角度(角速度)檢測(cè)裝置，它將輸入的角度量，利用轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小、精度高、工作可靠和接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)備中。2)數(shù)字光柵傳感器數(shù)字光柵傳感器是根據(jù)標(biāo)尺光柵與指示光柵之間形成的莫爾條紋制成的一種脈沖輸出數(shù)字式傳感器。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等閉環(huán)系統(tǒng)的線位移和角位移的自動(dòng)檢測(cè)以及精密測(cè)量方面，測(cè)量精度可達(dá)幾微米。圖2-29所示為數(shù)字光柵傳感器的實(shí)物圖。數(shù)字光柵傳感器具有測(cè)量精度高、分辨率高、測(cè)量范圍大、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，適合于非接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)量，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，廣泛用于數(shù)控機(jī)床和精密測(cè)量設(shè)備中。但是光柵在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，對(duì)工作環(huán)境要求較高，不能承受大的沖擊和振動(dòng)，要求密封，以防止塵埃、油污和鐵屑等的污染，成本較高。3)感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是應(yīng)用定尺與滑尺之間的電磁感應(yīng)原理來(lái)測(cè)量直線位移和角位移的一種精密傳感器。感應(yīng)同步器是一種多極感應(yīng)元件，可對(duì)誤差起補(bǔ)償作用，所以具有很高的精度。圖2-30所示為感應(yīng)同步器的實(shí)物圖。感應(yīng)同步器具有對(duì)環(huán)境溫度、濕度變化要求低，測(cè)量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)和便于成批生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在各領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛。直線式感應(yīng)同步器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大型精密坐標(biāo)鏜床、坐標(biāo)銑床及其他數(shù)控機(jī)床的定位、數(shù)控和數(shù)顯；圓盤式感應(yīng)同步器常用于雷達(dá)天線定位跟蹤、導(dǎo)彈制導(dǎo)、精密機(jī)床或測(cè)量?jī)x器設(shè)備的分度裝置等領(lǐng)域。3.模擬量傳感器模擬量傳感器是將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為模擬量電信號(hào)的傳感器。它可檢測(cè)在一定范圍內(nèi)變化的連續(xù)數(shù)值，發(fā)出的是連續(xù)信號(hào)，用電壓、電流、電阻等表示被測(cè)參數(shù)的大小。在工程應(yīng)用中模擬量傳感器主要用于生產(chǎn)系統(tǒng)中位移、溫度、壓力、流量及液位等常見(jiàn)模擬量的檢測(cè)。在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，為了保證模擬信號(hào)檢測(cè)的精度，提高抗干擾能力，便于與后續(xù)處理器進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)集成，所使用的各種模擬量傳感器一般都配有專門的信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路，兩者組合在一起使用，把檢測(cè)到的模擬量變換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)輸出，這種檢測(cè)裝置稱為變送器。圖2-31所示為各種變送器的實(shí)物圖。變送器所輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)有標(biāo)準(zhǔn)電壓或標(biāo)準(zhǔn)電流。電壓型變送器的輸出電壓為?-5～+5V、0～5V、0～10V等，電流型變送器的輸出電流為0～20mA及4～20mA等。由于電流信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，便于運(yùn)距離傳輸，所以各種電流型變送器得到了廣泛應(yīng)用。變送器的種類很多，用在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)上的變送器主要有溫/濕度變送器、壓力變送器、液位變送器、電流變送器和電壓變送器等。

任務(wù)4電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

一、任務(wù)引入在柔性制造系統(tǒng)中，工件的傳送和搬運(yùn)都涉及電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，要對(duì)運(yùn)動(dòng)的工件進(jìn)行精確的定位，使用最多的技術(shù)是通過(guò)PLC的輸出脈沖控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或者伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行定位。如何對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或者伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，首先必須了解它們的工作原理，然后才能正確地通過(guò)編程對(duì)它們進(jìn)行控制。學(xué)習(xí)和掌握步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的使用方法，是為學(xué)習(xí)柔性制造系統(tǒng)必須掌握的知識(shí)內(nèi)容。二、任務(wù)分析通過(guò)本任務(wù)的學(xué)習(xí)，應(yīng)了解和熟悉以下知識(shí)目標(biāo)：(1)了解和掌握步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理及使用方法。(2)了解伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理。三、相關(guān)知識(shí)(一)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)認(rèn)知1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)概述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其功用是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個(gè)脈沖電信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，如圖2-32所示。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量φ或線位移量s與脈沖數(shù)k成正比，它的轉(zhuǎn)速n或線速度v與脈沖頻率f成正比。在負(fù)載能力范圍內(nèi)這些關(guān)系不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化，因而可在開環(huán)系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域采用步進(jìn)電機(jī)來(lái)進(jìn)行控制變得非常簡(jiǎn)單。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還可以在很寬的范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)調(diào)速，能夠快速啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。它不需要變換，能直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用PLC控制。2.反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理按勵(lì)磁方式分類，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式。其中反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用得比較普遍，結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，所以這里著重分析這類電機(jī)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其典型結(jié)構(gòu)如圖2-33所示。這是一臺(tái)四相電機(jī)，定子鐵心由硅鋼片疊成，定子上有8個(gè)磁極(大齒)，每個(gè)磁極上又有許多小齒。四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)共有4套定子控制繞組，繞在徑向相對(duì)的兩個(gè)磁極上的一套繞組為一相。轉(zhuǎn)子也是由疊片鐵心構(gòu)成，沿圓周有很多小齒，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組。根據(jù)工作要求，定子磁極上小齒的齒距和轉(zhuǎn)子上小齒的齒距必須相等，而且轉(zhuǎn)子的齒數(shù)有一定的限制。圖中轉(zhuǎn)子齒數(shù)為50個(gè)，定子每個(gè)磁極上的小齒數(shù)為5個(gè)。1)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理為了便于說(shuō)明問(wèn)題，以一個(gè)最簡(jiǎn)單的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例說(shuō)明其工作原理。圖2-34是一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，定子有6個(gè)極，不帶小齒，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的極上繞有一相控制繞組，轉(zhuǎn)子只有4個(gè)齒，齒寬等于定子的極靴寬。當(dāng)A相控制繞組通電，而B相和C相都不通電時(shí)，由于磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，所以轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與定子A極軸線對(duì)齊。同理，當(dāng)斷開A相且接通B相時(shí)，轉(zhuǎn)子便按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)30°，使轉(zhuǎn)子齒2和4的軸線與定子B極軸線對(duì)齊。若斷開B相且接通C相，則轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)30°，使轉(zhuǎn)子齒1和3軸線與定子C極軸線對(duì)齊。如此按A—B—C—A……的順序不斷接通和斷開控制繞組，轉(zhuǎn)子就會(huì)一步一步地按逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2-34所示。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速取決于各控制繞組通電和斷電的頻率(即輸入的脈沖頻率)，旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序。如上述電機(jī)通電次序改為A—C—B—A……則電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。這種按A—B—C—A……運(yùn)行的方式稱為三相單三拍運(yùn)行?！叭唷笔侵复瞬竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)具有三相定子繞組；“單”是指每次只有一相繞組通電；“三拍”是指三次換接為一個(gè)循環(huán)，第四次換接重復(fù)第一次的情況。除了這種運(yùn)行方式外，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還可以三相六拍和三相雙三拍的方式運(yùn)行。三相六拍運(yùn)行的供電方式是A—AB—B—BC—C—CA—A……這時(shí)，每一循環(huán)換接6次，總共有6種通電狀態(tài)，這6種通電狀態(tài)中有時(shí)只有一相繞組通電(如A相)，有時(shí)有兩相繞組同時(shí)通電(如A相和B相)。圖2-35表示按這種方式對(duì)控制繞組供電時(shí)轉(zhuǎn)子位置和磁通分布的圖形。開始運(yùn)行時(shí)先單獨(dú)接通A相，這時(shí)與單三拍的情況相同，轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與定子A極軸線對(duì)齊，如圖2-35(a)所示。當(dāng)A相和B相同時(shí)接通時(shí)，轉(zhuǎn)子的位置應(yīng)兼顧到使A、B兩對(duì)磁極所形成的兩路磁通在氣隙中所遇到的磁阻同樣程度地達(dá)到最小。這時(shí)，相鄰兩個(gè)A、B磁極與轉(zhuǎn)子齒相作用的磁拉力大小相等且方向相反，使轉(zhuǎn)子處于平衡。按照這個(gè)原則，當(dāng)A相通電后轉(zhuǎn)到A、B兩相同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子只能按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)15°，如圖2-35(b)所示。這時(shí)，轉(zhuǎn)子齒既不與A極軸線重合，又不與B極軸線重合，但A極與B極對(duì)轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力卻互相平衡。當(dāng)斷開A相使B相單獨(dú)接通時(shí)，在磁拉力的作用下轉(zhuǎn)子繼續(xù)按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，直到轉(zhuǎn)子齒2和4的軸線與定子B極軸線對(duì)齊為止，如圖2-35(c)所示。這時(shí)，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò)15°。依此類推，如果下面繼續(xù)按照BC—C—CA—A……的順序使繞組換接，那么步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就不斷地按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，當(dāng)接通順序改為A—AC—C—CB—B—BA—A……時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以反方向即順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。在實(shí)際使用中，還經(jīng)常采用三相雙三拍的運(yùn)行方式，也就是按AB—BC—CA—AB……方式供電。這時(shí)，與單三拍運(yùn)行時(shí)一樣，每一循環(huán)也是換接3次，總共有3種通電狀態(tài)，但不同的是每次換接都同時(shí)有兩相繞組通電。雙三拍運(yùn)行時(shí)，每一通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置和磁通路徑與三相六拍相應(yīng)的兩相繞組同時(shí)接通時(shí)相同，如圖2-35(b)、(d)所示?？梢钥闯?，這時(shí)轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過(guò)的角度與單三拍時(shí)相同，也是30°。綜上所述，三相六拍運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過(guò)的角度比三相三拍(不論是單三拍還是雙三拍)運(yùn)行時(shí)要小一半，因此一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用不同的供電方式，步距角(每一步轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度)可有兩種不同數(shù)值，如上面這臺(tái)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三拍運(yùn)行時(shí)的步距角為30°，六拍運(yùn)行時(shí)則為15°。2)四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理以上討論的是一臺(tái)最簡(jiǎn)單的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理。這種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度即步距角是比較大的(15°或30°)，它常常滿足不了系統(tǒng)精度的要求，所以現(xiàn)在大多采用如圖2-36所示的轉(zhuǎn)子齒數(shù)很多且定子磁極上帶有小齒的反應(yīng)式結(jié)構(gòu)，其步距角可以做得很小。下面進(jìn)一步說(shuō)明這種電機(jī)的工作原理。設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為四相單四拍運(yùn)行，即通電方式為A—B—C—D—A……當(dāng)圖2-33中的A相控制繞組通電時(shí)，產(chǎn)生了沿A—A'?極軸線方向的磁通，由于磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，因而使轉(zhuǎn)子受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，直到轉(zhuǎn)子齒軸線和定子磁極A和A'?上的齒軸線對(duì)齊為止。因?yàn)檗D(zhuǎn)子共有50個(gè)齒，每個(gè)步距角φt?=?7.2°，定子一個(gè)極距所占的齒數(shù)為，不是整數(shù)，因此當(dāng)A、A'?極下的定、轉(zhuǎn)子齒軸線對(duì)齊時(shí)，相鄰兩對(duì)磁極B、B'和D、D'?極下的齒和轉(zhuǎn)子齒必然錯(cuò)開1/4步距角，即1.8°。這時(shí)，各相磁極的定子齒與轉(zhuǎn)子齒相對(duì)位置如圖2-36所示。如果斷開A相而接通B相，這時(shí)磁通沿B、B'?極軸線方向，同樣在反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较驊?yīng)轉(zhuǎn)過(guò)1.8°，使轉(zhuǎn)子齒軸線和定子磁極B和B'?下齒軸線對(duì)齊。這時(shí)，A、A'?和C、C'?極下的齒和轉(zhuǎn)子齒又錯(cuò)開1.8°。依此類推，控制繞組按A—B—C—D—A……順序循環(huán)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將按順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊降剡B續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。每換接一次繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)1/4步矩角。顯然，如果要使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，那么只要改變通電順序，按A—D—C—B—A……即可。如果運(yùn)行方式改為四相八拍，其通電方式為A—AB—B—BC—C—CD—D—DA—A……即單相通電和兩相通電相間，則與上面三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理完全相同，當(dāng)A相通電轉(zhuǎn)到A、B兩相同時(shí)通電時(shí)，定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置由圖2-36所示的位置變?yōu)閳D2-37所示的位置(圖中只畫出A、B兩個(gè)極下的齒)，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛑晦D(zhuǎn)過(guò)1/8齒矩角，即0.9°，A極和B極下的齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線均錯(cuò)開1/8步距角。轉(zhuǎn)子受到兩個(gè)極的作用力矩大小相等，但方向相反，故仍處于平衡。當(dāng)B相一相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒軸線與B極下的齒軸線相重合，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛴洲D(zhuǎn)過(guò)1/8步距角。這樣繼續(xù)下去，每換接一次繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)1/8步距角?？梢?jiàn)四相八拍運(yùn)行時(shí)的步距角比四相四拍運(yùn)行時(shí)也小一半。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式為四相雙四拍，即按AB—BC—CD—DA—AB……方式通電時(shí)，步距角與四相單四拍運(yùn)行時(shí)一樣，為1/4步距角，即1.8°。3)結(jié)論由此可見(jiàn)：電機(jī)的位置和速度與導(dǎo)電次數(shù)(脈沖數(shù))和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，而方向由導(dǎo)電順序決定。不過(guò)，出于對(duì)力矩、平穩(wěn)性、噪聲及減少角度等方面的考慮，三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)往往采用A—AB—B—BC—C—CA—A導(dǎo)電狀態(tài)，這樣可將原來(lái)每步1/3步距角改變?yōu)?/6步距角，甚至于通過(guò)二相電流不同的組合，使其1/3步距角變?yōu)?/12步距角、1/24步距角，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù)。不難推出：電機(jī)定子上有m相勵(lì)磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m、2/m、…、(m-1)/m、1，并且按一定的相序?qū)щ娋湍芸刂齐姍C(jī)的正反轉(zhuǎn)，這是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件，我們從理論上可以制造任何相的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，但出于成本等多方面的考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相較為多見(jiàn)。3.步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ)相數(shù)：產(chǎn)生N、S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)，常用m表示。拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需的脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，或電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角所需的脈沖數(shù)，用n表示。以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式，即AB—BC—CD—DA－AB，四相八拍運(yùn)行方式，即A—AB—B—BC—C—CD—D—DA—A。步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移，用θ表示，θ?=?360°/(轉(zhuǎn)子齒數(shù)J?×?運(yùn)行拍數(shù))。以常規(guī)二、四相且轉(zhuǎn)子齒為50齒的電機(jī)為例，四拍運(yùn)行時(shí)的步距角為θ?=?360°/(50?×?4)?=?1.8°(俗稱整步)，八拍運(yùn)行時(shí)的步距角為θ?=?360°/(50?×?8)?=?0.9°(俗稱半步)。定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電的狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩(由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差引起)。靜轉(zhuǎn)矩：也稱保持轉(zhuǎn)矩(HoldingTorque)，是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。保持轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)，它是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最重要的參數(shù)之一。通常步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最重要的參數(shù)之一。例如，2N·m的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N·m的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。鉗制轉(zhuǎn)矩(DetentTorque)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在沒(méi)有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒(méi)有鉗制轉(zhuǎn)矩。4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)(1)一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度為步進(jìn)角的3%～5%，且不可累積。(2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)外表允許的最高溫度取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高時(shí)會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)。一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在130℃以上，有的甚至高達(dá)200℃以上，所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)外表溫度在80～90℃完全正常。(3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在其作用下，電機(jī)的相電流隨頻率(或速度)的增大而減小，從而導(dǎo)致力矩下降。(4)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)就不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)，在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，則脈沖頻率應(yīng)有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻(電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚?。5.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制在對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，常常會(huì)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)其進(jìn)行控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用超大規(guī)模的硬件集成電路，具有高度的抗干擾性以及快速的響應(yīng)性，不易出現(xiàn)死機(jī)或丟步現(xiàn)象。使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以不考慮各相的時(shí)序問(wèn)題(由驅(qū)動(dòng)器處理)，只要考慮輸出脈沖的頻率(控制驅(qū)動(dòng)器CP端)，以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的方向(控制驅(qū)動(dòng)器的DIR端)。PLC的控制程序也簡(jiǎn)單得多。但是，在使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，往往需要較高頻率的脈沖。因此PLC是否能產(chǎn)生高頻脈沖成為能否成功控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵。西門子S7-200PLC的輸出點(diǎn)Q0.0、Q0.1可以輸出高頻脈沖。6.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的主要應(yīng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛應(yīng)用在各種家電產(chǎn)品中，例如打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、玩具、雨刷、震動(dòng)尋呼機(jī)、機(jī)械手臂和錄像機(jī)等。另外步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中。由于通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)可以很方便地控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角位移，且步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的誤差不積累，可以達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；還可以通過(guò)控制頻率很方便地改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度，達(dá)到任意調(diào)速的目的，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以廣泛地應(yīng)用于各種開環(huán)控制系統(tǒng)中。(二)伺服電動(dòng)機(jī)認(rèn)知伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用做執(zhí)行元件，把所接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。其主要的特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服電動(dòng)機(jī)可以分為直流和交流兩種。20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國(guó)著名電氣廠商相繼推出了各自的交流伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品，并在不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。圖2-38所示為各種伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的實(shí)物圖。交流伺服電動(dòng)機(jī)也是無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，分為同步和異步電動(dòng)機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電動(dòng)機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率，慣量大，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低且可隨著功率增大而快速降低，因而同步電動(dòng)機(jī)適合應(yīng)用于低速平穩(wěn)運(yùn)行的場(chǎng)合。永磁同步交流伺服驅(qū)動(dòng)器主要由伺服控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、通信接口單元、伺服電動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的反饋檢測(cè)器件組成。伺服控制單元包括位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器等，能實(shí)現(xiàn)多種控制運(yùn)動(dòng)方式。交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)精度取決于電機(jī)自帶編碼器的精度(線數(shù))。永磁同步交流伺服驅(qū)動(dòng)器集先進(jìn)的控制技術(shù)和控制策略于一體，使其非常適用于高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，并體現(xiàn)出強(qiáng)度的智能化、柔性化，是傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所不可比擬的。當(dāng)前，高性能的伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家有德國(guó)西門子、美國(guó)科爾摩根和日本的松下及安川等公司。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有控制精度高、矩頻特性好、運(yùn)行性能優(yōu)良、響應(yīng)快速和過(guò)載能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在一些要求較高的自動(dòng)化生產(chǎn)裝備領(lǐng)域中應(yīng)用比較普遍。但由于伺服電動(dòng)機(jī)成本都比較高，所以在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐妱?dòng)機(jī)。

任務(wù)5工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

一、任務(wù)引入在柔性制造系統(tǒng)中，使用了一個(gè)很重要的技術(shù)——通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。該技術(shù)將每個(gè)控制單元組成網(wǎng)絡(luò)，由主站對(duì)每個(gè)從站進(jìn)行控制。針對(duì)西門子PLC而言，使用的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有PPI通信、MPI通信、PROFIBUS-DP總線通信等。通過(guò)學(xué)習(xí)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并掌握其使用方法，為學(xué)好柔性制造系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、任務(wù)分析通過(guò)本任務(wù)的學(xué)習(xí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下知識(shí)目標(biāo)：(1)了解企業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的組成。(2)熟悉現(xiàn)場(chǎng)總線通信的組成結(jié)構(gòu)。三、相關(guān)知識(shí)1.了解工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)一般而言，企業(yè)的通信網(wǎng)絡(luò)可劃分為三級(jí)，即企業(yè)級(jí)、車間級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。企業(yè)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)用于企業(yè)的上層管理，為企業(yè)提供生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理等數(shù)據(jù)，通過(guò)信息化的方式優(yōu)化企業(yè)的資源，提高企業(yè)的管理水平。在這個(gè)層次的通信網(wǎng)絡(luò)中IT技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，如國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)(Intranet)。車間級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)介于企業(yè)級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)之間。它的主要任務(wù)是解決車間內(nèi)不同工藝段之間各種需要協(xié)調(diào)工作的通信，從通信需求角度來(lái)看，要求通信網(wǎng)絡(luò)能夠高速傳遞大量信息數(shù)據(jù)和少量控制數(shù)據(jù)，同時(shí)具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。對(duì)車間級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)，主要解決方案是使用工業(yè)以太網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)處于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最底層，直接連接現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備，包括I/O設(shè)備、傳感器、變送器、變頻與驅(qū)動(dòng)等裝置。由于連接的設(shè)備千變?nèi)f化，所使用的通信方式也比較復(fù)雜，而且現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)直接連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)上傳遞的控制信號(hào)，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和確定性有很高的要求。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)而言，現(xiàn)場(chǎng)總線是主要的解決方案，最具有影響力的有PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線、Devicenet現(xiàn)場(chǎng)總線和CAN現(xiàn)場(chǎng)總線等。強(qiáng)大的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的結(jié)合徹底改變了傳統(tǒng)的信息管理方式，將企業(yè)的生產(chǎn)管理帶入到一個(gè)全新的境界。為了滿足巨大的市場(chǎng)需求，世界著名的自動(dòng)化產(chǎn)品生產(chǎn)商都為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了非常完整的通信解決方案，并且考慮到車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)的不同通信需求，在不同的層次上提供了不同的解決方案。使用這些解決方案，可以很容易地實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的橫向和縱向集成，很好地滿足工業(yè)領(lǐng)域的通信需求，而且借助于集成的網(wǎng)絡(luò)管理功能，用戶可以在企業(yè)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)中很方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控。圖2-39所示為一西門子工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D實(shí)例。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為監(jiān)控層、操作層和現(xiàn)場(chǎng)層。現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)，如I/O、傳感器、變頻器等，通過(guò)HART、ModBus等各種方式連接到現(xiàn)場(chǎng)S7-300PLC上，PROFIBUS總線完成S7-300PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息交流，可以很方便地進(jìn)行第三方設(shè)備的擴(kuò)展?，F(xiàn)場(chǎng)層配備有兩個(gè)數(shù)據(jù)同步的互為冗余的主站，保證現(xiàn)場(chǎng)層與操作層之間數(shù)據(jù)信息的穩(wěn)定可靠；中央集控制室與操作員站、工程師站通過(guò)開放、標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。在應(yīng)用較多的西門子工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)解決方案的范疇內(nèi)使用了許多通信技術(shù)。在通信、組態(tài)、編程中，除了圖2-39中提到的工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS總線之外，還需要使用其他一些通信技術(shù)。2.?PPI通信PPI(PointtoPointInterface)通信協(xié)議是西門子公司專為S7-200系列PLC開發(fā)的一種通信協(xié)議，是S7-200PLC最基本的通信方式，也是其默認(rèn)的通信方式，該系列PLC可通過(guò)自帶的通信端口實(shí)現(xiàn)西門子公司規(guī)定的PPI通信協(xié)議。PPI是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信協(xié)議，同時(shí)也是主-從通信協(xié)議，雖然PPI是串行通信，傳輸速率比較低，但其可以長(zhǎng)距離傳輸數(shù)據(jù)。要進(jìn)行PPI通信，首先要設(shè)置PPI通信參數(shù)。PPI參數(shù)主要有波特率、起始位個(gè)數(shù)、數(shù)據(jù)位數(shù)、檢驗(yàn)位、停止位、站地址。S7-200PLC的默認(rèn)通信參數(shù)為：站地址為2，波特率為9600kb/s，8位數(shù)據(jù)位，2位偶檢驗(yàn)，1位停止位，1位起始位。地址與波特率可以在系統(tǒng)塊中進(jìn)行更改，其他的參數(shù)格式不能更改。3.MPI通信MPI是多點(diǎn)接口(MultiPointInterfance)的簡(jiǎn)稱，是西門子公司開發(fā)的用于PLC之間通信的保密協(xié)議。MPI通信是當(dāng)通信速率要求不高、通信數(shù)據(jù)量不大時(shí)，可以采用的一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的通信方式。MPI通信的主要優(yōu)點(diǎn)是CPU可以同時(shí)與多個(gè)設(shè)備建立通信聯(lián)系，即編程器、HMI設(shè)備和其他的PLC可以連接在一起并同時(shí)運(yùn)行。編程器通過(guò)MPI生成的網(wǎng)絡(luò)還可以訪問(wèn)所連接硬件站上的所有智能模塊。可同時(shí)連接的其他通信對(duì)象的數(shù)目取決于CPU的型號(hào)。例如，CPU314的最大連接數(shù)為4，CPU416為64。MPI的主要特性如下：(1)是RS-485物理接口。(2)傳輸率為19.2kb/s、187.5kb/s或1.5Mb/s。(3)最大連接距離為50?m(2個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間)，有兩個(gè)中繼器時(shí)最大連接距離為1100?m，采用光纖和星形耦合器時(shí)最大連接距離為23.8km。(4)采用PROFIBUS元件(電纜、連接器)。MPI通信有全局?jǐn)?shù)據(jù)通信、基本通信和擴(kuò)展通信。全局?jǐn)?shù)據(jù)通信通過(guò)MPI在CPU間循環(huán)地交換數(shù)據(jù)，而不需要編程。當(dāng)過(guò)程映像被刷新時(shí)，在循環(huán)掃描檢測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。全局?jǐn)?shù)據(jù)可以是輸入、輸出、標(biāo)志位、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)塊區(qū)。數(shù)據(jù)通信不需要編程，而是利用全局?jǐn)?shù)據(jù)表來(lái)配置。不需要CPU的連接用于全局?jǐn)?shù)據(jù)通信。基本通信可用于所有S7-300/400CPU，它通過(guò)MPI子網(wǎng)或站中的總線來(lái)傳遞數(shù)據(jù)。擴(kuò)展通信可用于所有的S7-400CPU。該方式通過(guò)任何子網(wǎng)(MPI，Profibus，IndustrialEthernent)可以傳送最多64?KB的數(shù)據(jù)。它是通過(guò)系統(tǒng)功能塊(SFB)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，支持有應(yīng)答的通信。數(shù)據(jù)也可以讀出或?qū)懭氲絊7-300(PUT/GET塊)中。擴(kuò)展通信不僅可以傳送數(shù)據(jù)，而且可以執(zhí)行控制功能，例如控制通信對(duì)象的啟動(dòng)和停止。這種通信方法需要配置連接(連接表)。該連接在一個(gè)站的全啟動(dòng)時(shí)建立并且一直保持。在CPU上需要有自由的連接。4.PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線1)現(xiàn)場(chǎng)總線及其國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC(國(guó)際電工委員會(huì))對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)的定義是“安裝在制造和過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線”。IEC61158是迄今為止制定時(shí)間最長(zhǎng)、意見(jiàn)分歧最大的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一，制定時(shí)間超過(guò)12年，先后經(jīng)過(guò)9次投票，在1999年底獲得通過(guò)。IEC61158最后容納了下列8種互不兼容的協(xié)議：類型1：原IEC61158技術(shù)報(bào)告，即現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(FF)的HI。類型2：ControlNet(美國(guó)Rockwell公司支持)。類型3：PROFIBUS(德國(guó)西門子公司支持)。類型4：P-Net(丹麥ProcessData公司支持)。類型5：FF的HSE(原FF的H2，高速以太網(wǎng)，美國(guó)FisherRosemount公司支持)。類型6：SwiftNet(美國(guó)波音公司支持)。類型7：WorldFIP(德國(guó)Alstom公司支持)。類型8：Interbus(德國(guó)Phoenixcontact公司支持)。各類型將自己的行規(guī)納入IEC61158，且遵循以下兩個(gè)原則：(1)不改變IEC61158技術(shù)報(bào)告的內(nèi)容。(2)?8種類型都是平等的，類型2～類型8都對(duì)類型1提供接口，標(biāo)準(zhǔn)并不要求類型2～類型8之間提供接口。IEC62026是供低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備使用的控制器電氣接口標(biāo)準(zhǔn)，于2000年6月通過(guò)。它包括以下內(nèi)容：(1)?IEC62024-1：一般要求。(2)?IEC62024-2：執(zhí)行器傳感器接口(ActuatorSensorInterface，ASI)。(3)?IEC62024-3：設(shè)備網(wǎng)絡(luò)(DeviceNetwork，DN)。(4)?IEC62024-4：Lonworks(LocalOperatingNetwork)總線的通信協(xié)議LonTalk。(5)?IEC62024-5：靈巧配電(只能分布式)系統(tǒng)(SmartDistributedSystem，SDS)。(6)?IEC62024-6：串行多路控制總線(SerialMultiplexedControlBus，SMCB)。2)工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(1)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的主要功能是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，類如分布式I/O、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和開關(guān)設(shè)備等，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制及設(shè)備間的連鎖控制。(2)車間監(jiān)控層。車間監(jiān)控層又稱為單元層，用來(lái)完成車間主生產(chǎn)設(shè)備之間的連接(包括生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)控、設(shè)備故障報(bào)警及維護(hù)等)，以及生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度等功能。傳輸速度不是最重要的，但是應(yīng)能傳輸大容量的信息。(3)工廠管理層。車間操作員工作站通過(guò)集線器與車間辦公管理網(wǎng)連接，將車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)送到車間管理層。車間管理網(wǎng)作為工廠主網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)，連接到工廠骨干網(wǎng)，將車間數(shù)據(jù)集成到管理層。西門子工業(yè)網(wǎng)(SIMASTICNET)的通信結(jié)構(gòu)如圖2-40所示。3)?PROFIBUS的結(jié)構(gòu)與類型PROFIBUS已被納入現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170之中，并于2001年被定為我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/T10308.4—2001。PROFIBUS在1999年12月通過(guò)的IEC61158中稱為Type3，PROFIBUS的基本部分稱為PROFIBUS-V0。在2002年新版的IEC61158中增加了PROFIBUS-V1、PROFIBUS-V2和RS-4851S等內(nèi)容。新增的PROFInet規(guī)范作為IEC61158的Type10。截至2003年底，安裝的PROFIBUS節(jié)點(diǎn)已突破了1千萬(wàn)個(gè)，在中國(guó)超過(guò)150萬(wàn)個(gè)。交流伺服電動(dòng)機(jī)也是無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，分為同步和異步電動(dòng)機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電動(dòng)機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率，慣量大，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低且可隨著功率增大而快速降低，因而同步電動(dòng)機(jī)適合應(yīng)用于低速平穩(wěn)運(yùn)行的場(chǎng)合。永磁同步交流伺服驅(qū)動(dòng)器主要由伺服控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、通信接口單元、伺服電動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的反饋檢測(cè)器件組成。伺服控制單元包括位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器等，能實(shí)現(xiàn)多種控制運(yùn)動(dòng)方式。交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)精度取決于電機(jī)自帶編碼器的精度(線數(shù))。永磁同步交流伺服驅(qū)動(dòng)器集先進(jìn)的控制技術(shù)和控制策略于一體，使其非常適用于高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，并體現(xiàn)出強(qiáng)度的智能化、柔性化，是傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所不可比擬的。當(dāng)前，高性能的伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家有德國(guó)西門子、美國(guó)科爾摩根和日本的松下及安川等公司。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有控制精度高、矩頻特性好、運(yùn)行性能優(yōu)良、響應(yīng)快速和過(guò)載能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在一些要求較高的自動(dòng)化生產(chǎn)裝備領(lǐng)域中應(yīng)用比較普遍。但由于伺服電動(dòng)機(jī)成本都比較高，所以在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐妱?dòng)機(jī)。(1)?PROFIBUS的類型。ISO/OSI通信標(biāo)準(zhǔn)由七層組成，分為兩類：一類是面向網(wǎng)絡(luò)的第一層到第四層，一類是面向用戶的第五層到第七層。第一層到第四層描述數(shù)據(jù)的傳輸路徑，第五層到第七層為用戶提供訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)