两维运动平台说明书（控制部分）

内蒙古工业大学专业综合设计Ⅱ说明书内蒙古工业大学专业综合设计Ⅱ说明书电气把握的构造框图。PLC把握方案确定把握方案二维运动平台电气把握系统有继电器把握、单片机把握和PLC〔可编程把握器〕把握三种方式。继电器把握方式存在牢靠性差、可塑性差、接线简洁、自动PLC由CPU、存储器、输入/输出接口、内部电源和编程设备几局部构成，构造紧凑，集成度较高，开发便利，工作稳定牢靠。因此，本设计方案选用小型PLC作为把握单元。用来在其内部存储执行规律运算、挨次把握、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，把握各种类型的机械或生产过程。可编功能的原则而设计。键盘〔多个开关组合而成、显示器〔LCD指示灯〕等几局部组成。系统的加工关心电路的设计〔例如越界报警电路，掉电保护电路等。本方案选用的PLC把握系统由1台日本三菱公司的FX系列小型可编程控沟通伺服电机要用于把握伺服驱动电机。PLC把握系统硬件介绍电气把握系统框图件才能有效地运行。度。把握系统硬件框图如图3-1所示。3-1半闭环把握系统硬件框图PLC的类型开的频率、带负载力气和输入输出总点数等因素，选用日本三菱公司的FX系列FX2N-32MR。PLC3-2所示。主机主机电源用户输入设备输入单元运算器把握器输出单元用户输出设备编程器备设部外盒式磁带机打印机EPROM 写入器图形监控系统PLC或上位计算机外设I/O接口存储器EPROM RAM(系统程序) (用户程序)I/O扩展接口I/O扩展接口3-2PLC硬件构造图脉冲输出模块的选择要驱动沟通伺服电机并对其进展把握，需要配置一个特地的模块。服电机的匹配等。选择完脉冲输出模块后，依据说明书与相应的沟通伺服系统连接。PLC及模块简介日本三菱公司的FX系列小型可编程把握器工程电源规格输入规格输出规格输入输出扩展程序内存

3-1日本三菱公司FX系列小型可编程把握器规格概况AC电源型：AC100v-240vDC电源型：DC24vDC输入型：DC24V7mA/5mA〔无电压接点，或者NPN集电极开路型晶体管输入〕AC输入型：AC100V-240V继电器输出型：2A/1点，8A/4点公共端AC250V，DC30VMax0.5A/1〔Y00Y001为0.3A/1点0.8A/4DC5V/DC30V可控硅输出型：0.3A/1点，0.8A/4点公共端AC85-242V可以连接FXUNFX2N系列用的扩展模块以及FX2N系列用的扩展单元8000RAM(备用电池)、注释输入、可以在RUN时写入时钟功能指令高速处理最大输入输出计数关心继电器/定时器计数器数据存放器

16000步内置实时时钟〔有时间设定指令，时间比较指令〕272132个功能，计数器中断功能，脉冲捕获功能256点关心继电器：3072点定时器：256点16位增计数器：20016位增减计数器：35点32位增减计数器：〔1相〕60KHz/2点，10KHz/4点〔2相〕30KHz/1点，5KHz/1点8000167000点FX -32MR2N2NFX-32MR32AC200-240VDC输16点，以继电器形式输出16×厚×3-3所示。2N3-3FX2N-32MR-D外形图2NFX -10PG脉冲输出模块2NFX2N-10PG脉冲输出模块是最大1MHz脉冲列并且驱动单轴的步进电机和伺服电机的特别模块。FX2N-10PG单元对一台单轴步进电机或是伺服电机进展位置把握。通过使用FROM/TO指令对所连接FX2N的或是FX2NC系列PLC进展数据读写。1MHz的脉冲列〔差分线驱动器输出〕。FX2N-10PGPLC3-4所示。3-4FX2N-10PG脉冲输出模块与PLC相连图三菱通用沟通伺服MELSERVO-J2-Super系列三菱通用沟通伺服MELSERVO-J2-Super系列是在MELSERVO-J2系列的根底上开发的具有更高性能、更多功能的伺服系统。速度/转矩把握、转矩/位置把握这些切换方式可供选择。此类伺服放大器应用领把握的应用场合，也可用于速度把握和张力把握的领域。此外，此类产品还有RS-232C和R-422串行通讯功能。通过安装有伺服设MELSERVO-J2-Super131072脉冲/报警后，不需要再次原点复归也能连续工作。MR-JS2-A3-2所示。3-2MR-JS2-A系列伺服放大器符号PLC把握系统硬件电路设计设计目标整个设计可分为以下几个局部：PLC及其扩展模块的供电；承受FX -32MR和FX2N-10PG完成检测，自动插补等动作；2N利用伺服系统对曲线插补实现半闭环把握；设置把握面板和工作指示灯，实现人机交互。供电线路电源，FX2N-10PGDC24V电源。AC380V，50/60Hz和单相AC200-230V，50/60Hz电源，在本电路中，选择使用单相AC200-230V，50Hz电源，有一相接MR-J2S-70A伺服放大器直接驱动。QF1，系统应通电，假设EL1〔绿色〕亮，表示系统已PLC3-5所示。3-5PLC系统电路中向扩展设备供给电源FX2N-32MR的连接设计1〕电源加装熔断器，以保护PLC；另外配备手动开关QF3。2〕各种输入信号与相应的指示X000-X003任意一触点闭合，则相应的X000-X003有输入，使Y000-Y003中相应的端口有输出，于是与之对应的发光二极管亮。与此同时，KA2、KA3和KA4动作，使XY轴伺服电机正向/反向点动。SP-1—SP-4X004-X007有信号输入，对应的Y004-Y007有输出，对应的发光二极管亮起，表示某轴某方向已经越位。与此同越位。SB-6接合时，PLC处于自动状态，按下伺服开启，驱动器上电后它将依据X-Y两坐标联动。急停：SB-7SB-7接合时，X012信号输入，形成紧急停顿。SB-10KA4KM1MR-J2S-70A加电。SB-9KA3动作时，给脉冲输出模块FX2N-10PGSTART端口输入信号使脉冲输入开头。FX2N-10PG的接线FX2N-10PGX-YFX2N-10PG分别驱动两台伺服电机。给电VIN-DC24V电源的正负极。输入信号输入信号。DOG即近点DOG手动触点，即成为一个复位开关。输出信号PF+在本设计中为正向/反向模式，为正向脉冲输出端子；RP+在本设计/PF-RP-PF+和RP+上的正向/反向脉冲串相连。从而使X-Y4个象限的运动。MR-J2S伺服系统连接3-6FX2N-10PGMR-J2S伺服系统连接图MELSERVO-J2-Super伺服系统的连接1〕器件选择首先，依据机械局部要求，选择相应的伺服电机。750W，额定转矩是2.4N·m，最大转矩是7.2N·m，额定转速是3000r/min，最大转速是4500r/m1.51J×10-4kg·m2然后，依据所选电机选择与之匹配的伺服放大器。依据表3-3 选择MR-J2S-70A。表3-3 MELSERVO-J2-Super系列所列匹配关系〔2〕伺服系统供电通过KM1 把握承受AC200-230V 电源。沟通伺服电机和编码器由MR-J2S-70A直接驱动。〔3〕连接说明CN1ASD〔屏蔽端，L、LZ〔Z相脉冲〕端子。其中NG共同组成正向/FX2N-10PG所CRLG。CN1B接头：有内部电源输出VDDCN1ACOM相连〔数字接口电源ZSTLCALMEMP5、LG、MRBAT等端口通过编码器电缆与编码器连接，形成反响回路，使系统成为半闭环把握系统。〔5〕1/50<CMX/CDV<500。进展设定。3-7所示。3-7电子齿轮的原理0.005m，MELSERVO-J2-Super系列131072脉冲/转确实定位置编码器。的系统区分率，和±0.01mm的定位精度的。把握系统控工作原理简述把握系统的功能X向，Y向的进给伺服系统键盘显示面板治理行程把握录把握面板图。把握系统的工作原理3.21数控铣床的把握面板3.21所示的把握面板为例，简述其工作原理。把握面板分为显示器、信号灯、键盘、按钮和旋钮。显示器：用来显示工作过程中一些相关的数据正常工作的信号灯。当正常工作时绿灯亮。当在X，Y方向越界时红灯亮、要马上停赶忙按此按钮。键盘：简洁的输入设备，可以进展编辑和把握系统的工作。按钮：旋钮右面四个按钮+X，-X，+Y，-Y是与手动挡协作使用的，旋钮下方的“XY原点”按钮是使车床刀具回原点的按钮。包括越界回原YX，Y方向上的回零。旋钮：此旋钮为适应不同工作条件而设，分为编辑、单步、自动、手动I、内蒙古工业大学专业综合设计Ⅱ说明书内蒙古工业大学专业综合设计Ⅱ说明书内蒙古工业大学专业综合设计Ⅱ说明书内蒙古工业大学专业综合设计Ⅱ说明书单片机把握方案确定把握方案PLC〔可编程把握器〕把握三种方式，本设计方案选用单片机作为把握单元。二维运动平台把握系统由微机局部、存储器扩展电路、I/O接口电路、光电LED显示器。字长和三字长的运算，就会影响速度，依据二维运动平台要求，综合考虑承受8MCS-51系列单片机具有集成度高，牢靠性好，功能强，速度快，抗干扰力气强，具有很高的性价比特点，本方案承受MCS-51系列的8031单片机扩展系统。MCS—51系列单片机简介3.1.1MCS—51系列指令系统简介MCS—51系列指令系统共有11149条，4517条。MCS—51系列指令系统的七种寻址方式马上寻址：跟在操作码后的一个字节就是实际操作数。直接寻址：指令中直接给出参与运算或传送的数的地址。可以SFRRAM128字节个单元、221个地址空间。存放器寻址：指定某一可寻址的存放器的内容为操作数。寻址空间是R0～R7、A、B、DPTR。存放器间接寻址：由指令指定某一存放器的内容作为操作数地址，选定R0、R1、SP、DPTR〔16位〕来存放地址，使用时前加@。变址寻址：由争论指定的偏移量存放器或称变址存放器和基址DPTRPC相加所得结果作为操作数地址。相对寻址：在指令中给定的地址偏移量与本指令所在单元地址〔PC内容〕相加，即得到真正有效的单元地址。RAM128位和SFR93位进展位操作。MCS—51系列指令系统主要指令简介：MCS—51系列指令系统111条指令可分为五类：数据传送类29条算术操作类24条规律操作类24条把握程序转移类17条布尔变量操作类17条定时器/计数器MCS—51系列单片机供给两个十六位可编程的定时器/计数器，即T0T13.2所示。3.2定时器/计数器的构造框图定时器/计数器的核心是加一计数器，加一计数器脉冲有两个来源，一个是外部脉冲源，另一个是系统的时钟振荡器。TMOD的相应位，后一TCON的相应位。TMODTCON是特地用于定时器/计数器的把握存放器。用户可以用并可设置相应的把握条件。这两个把握存放器各位的功能：1〕TMOD把握存放器GATE——门控位或叫选通位。C/T——计数器方式或定时器方式的选择位。M1M0——工作模式把握位。0：TLX5THX813位计数器。1：TLXTHX16位计数器。模式2：可自动再装入的8位计数器。1。2〕TCON把握存放器、TF1——T0、T11时申请中断。TR0、TR1——T0、T1运行把握位，有软件设定，来把握定时器/计数器开启或关闭。1CPU申请中断。IT0、IT1——外部中断源触发把握位。中断系统MCS—51系列单片机供给五个中断源，配备两个中断优先级，INT0、INT1/T0T1TF0TF1，TIRI。各中断源所对应的中断效劳程序的入口地址和优先级如下：中断源人口地址优先级INT00003H0T0000BH1INT10013H2T1001BH3串行口中断 0023H 4单片机把握系统硬件电路设计内容绘制电气把握系统框图才能有效的运行。把握系统硬件框图如图3-3所示，由以下几局部组成：CPU总线，包括数据，地址，把握总线ROM，RAMI/O接口电路外设，如键盘，显示器及光电输入机等。3-3半闭环系统把握系统硬件框图选择CPU的类型MCS-51系列单片机作为主把握器存储器扩展电路的设计存储器扩展电路应当包括程序存储器和数据存储器的扩展。CPUEPROM时序的匹配，还应考虑最大读出速度、工作温度及存储器的容量问题。存储器扩展电路设计还应包括地址锁存器和译码电路的设计。I/O接口电路设计其他关心电路的设计〔例如复位电路，越界报警电路，掉电保护电路等。存储器扩展电路设计MCS-51系列单片机的特点之一是硬件设计简洁，系统构造紧凑，对简洁的MCS-518031EPROM就能满足MCS-51的扩展功能，构成功能强，规模大的系统。程序存储器ROM的扩展EPROM。ROM271〔2K*2732〔4K*276〔8K*8、2712〔16K*82725〔32K*2751〔64K*82764271282725627512芯片均有28脚双列直插式平封装芯片，引脚向下兼容。图3-4所示是2764引脚排列。3-42764引脚排列地址锁存器常用的地址锁存器芯片是74LS37374LS373是带三态缓冲输出8D3.1。3.174LS373真值表EGDQLHHHLHLLLLXQ01〕16位地址总线的扩展LE，373OE373常输出。74LS373QP2A13、A14、A15138A、B、C引脚相连。地址线的连接2764的地址线分别与地址总线AB相连。数据线的连接两片存储器的8位数据线分别与数据总线DB按位依次相连。把握线的连接8031PSENEPROMOEEAOE138Y0相连，2764〔2〕OE138Y1相连。数据存储器RAM的扩展RAM611〔2K*8、6264〔8K*8、622563-5所示。3-56264引脚图由于8031芯片内部RAM只有128字节，远不能满足系统的需要，需扩展片外的数据存储器RAM，选择6264芯片即可满足设计要求。6264OE、WE8031RD、WR相连，CE138Y1相连，CE2高电平有效。译码电路的设计64KROM64KRAM〔I/O接口芯片〕MCS-51单片机应用系统中的地址译码规章ROM程序存储器和数据存储器0000H～FFFFH，地址的重复靠片选信号和把握信号区分。外围I/O与扩展数据存储器RAM、ROM统一编址：外围I/O芯片不仅RAM的把握信号与读/写指令，本次课程设计承受统一编址。口经外部地址锁存器后供给低8位地址。地址译码方法常用地址的译码方法有线选法和全地址译码。线选法：利用单片机地址总线高位中的一根线作为选择某一片存储器芯可节约硬件，降低本钱。缺点是可寻址的芯片数目受到很大的限制，且地址空间不连续，不能充分利用。全地址译码法：对容量较大的系统，扩展的外围芯片较多，芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时，就需要用这种全地址译码法。利用的地址线时，就需要用全地址译码的方法，故本设计选择全地址译码。3-8译码器〔74LS1331388个8K字节的地址空间。3-63-73-2、3-3是其规律功能表和地址译码表。3-674LS138引脚图3-7数控铣床全地址译码图3.274LS138规律功能表G1G2AG2BCBAY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y01000001111111010000111111101100010111110111000111111011110010011101111100101110111111001101011111110011101111111其他状态XXX111111113.374LS138地址译码表器件地址选择线片内地址单元〔字地址编码2764000XXXXXXXXXXXXX节〕8K0000H~1FFFH6264001XXXXXXXXXXXXX8K2023H~3FFFH8155RAM01011110XXXXXXXX2565E00H~5EFFHI/O0101111111111XXX65FF8H~5FFFH825501111111111111XX46FFCH~6FFFHI/O接口电路的设计803148I/O口，但可供用户使用的只有P1口和局部P3口，因此在大局部应用系统中都需要扩展I/O口芯片。常用外围接口芯片有：8155RAM/IO扩展接口电路〔256RAM8位口、一个614位的定时器/计数器〕8255：可编程的通用并行接口电路〔38位口〕8279：可编程的键盘、显示接口电路81558255芯片。3.54.18155通用可编程接口芯片8155RAM/IO〔256RAM单元，28位口，16位口，114位的定时/计数器〕1〕8155引脚及其功能81553.8所示。3.8可编程的RAM/IO扩展接口电路8155403.4。3.48155引脚功能引脚含义引脚含义引脚含义AD0~AD7地址、数据线TIMEROUT定时输出CE片选PA0~PA7A口IO/MIO/RAM口选择RESET复位PB0~PB7B口ALE地址锁存VSS地PC0~PC5C口RD读写VCC电源TIMERIN定时输入WR2〕8155的工作方式设定8155I/O8155内部命令存放器设定命令把握字实现，命令存放器格式及工作方式如图3.9所示。3.9命令存放器格式及工作方式3〕8155初始化程序格式如下：MOVDPTR，把握口地址MOVA，命令字MOVX@DPTR，AMOVDPTR，计数初值入口地址MOVA，计数初值MOVX@DPTR，AINCDPTRMOVA，计数初值高位MOVX @DPTR，A状态查询8155有一个状态存放器，用于锁存I/O口和定时器的当前状态，供CPU查询用。C/S存放器共用一个地址。命令存放器只能写入不能读出；而状态存放器CPUS存放器，相反则作C存放器。5〕8155的定时功能8155芯片内有一个14位减法计数器，可对输入脉冲进展减法计数。外部有TIMERINTIMEROUT。6〕80318155的接口8155芯片可以直接和MCS-512P28155IO/M8031P2.0IO/M81558031ALE端可8155ALE8031ALE8031P0送出8位地址信息，相应的读写信号也直接相连。8255可编程接口芯片8255INTER38位的并PCPC44位，他们都I/O口的工作方式，82558031直接连接。1〕8255引脚及其功能82553.103.5为其引脚功能。3.108255引脚及内部构造3.58255引脚功能引脚引脚D0~D7PA0~PA7PB0~PB7PC0~PC7A0、A1RDWRCERESETGNDVCC含义数据线A口B口C口地址线读写片选复位地电源2〕8255的三种工作方式方式0：根本输入输出方式方式1：应答式输入输出工作方式〔A0C口PC7～PC3五位作为其应答信号使用。8255IO的工作方式选择通过对其内部命令存放器设定方式选择把握字来实所示，C口置/3.12所示。3.11命令存放器方式选择把握字格式及工作方式3〕8255初始化程序格式如下MOV AL ， 把握字；定义工作方式OUT 把握口地址，ALIN AL， 初值OUT 输出口地址，AL8255的接口

3.12C口置/复位把握字格式138Y2CS，373Q1、Q2A0、A1。扩展后地址空间一览表 键盘显示接口电路显示器工作原理LEDLCDCRTLED显示器，一般分为共阳极显示和共阴极显示，共阳极显示的段码与共阴极显示的段码是规律非的关系。LED8个发光二极管组成，把握不同组合的二极管导通，显示不同字符。七段显示器的构造如图3.13所示。81558155B口作为扫描A口作为段选数据口，经同相驱7407接显示器的各个极。外行 b)共阳极 c)共阴极3.13七段显示器的构造键盘接口原理推，这种逐行逐列地检查键盘状态的过称为对键盘的一次扫描。键盘工作原理如图3.14所示。3.13键盘工作原理3〕8255初始化程序格式如下：MOV AL ， 把握字；定义工作方式OUT 把握口地址，ALIN AL， 初值OUT 输出口地址，AL4〕利用8155芯片实现键盘显示器接口I/O线键盘的列线，LED8155B口，是输出口。键盘的行线由8155C口担当，是输入口，显示器的段选由8155的A74LS04位反向驱动器，7404为同向驱动器。电机接口及驱动电路脉冲安排器脉冲安排器又叫环型安排器，有硬件环型安排器和软件环型安排器两种。光电隔离电路3.16所示。3.16光电偶合器连线关心电路8031的时钟电路芯片内部振荡电路在XTAL1，XTAL2引脚上外接定时元件。承受外部方式时把XTAL1接地，XTAL2接外部时钟电源。数控铣床单片机的时钟电路承受内部方式产生，电路图如图3.17所示。3.17时钟电路复位电路两种，图3.17为二者组合电路。在时钟电路工作后，REST引脚上消灭10ms以上高电平，单片机便实现状态复位。从0000H单元开头执行程序。单片机通常瞬间，RC电路充电。RST引脚消灭正脉冲，只要在RST10ms以上高电平就能使单片机有效的复位。3.17复位电路越界报警电路马上停顿工作台的移动，这里承受中断方式。利用8031的外部中断INT0只要INT0。I/O3.19为报警信号的产生和指示电路。3.19报警信号的产生和指示电路掉电保护电路半导体存储器RAM掉电时，RAM存储的信息就会全部丧失，在工业现场原理图中8031芯片上接Vcc3.20为其工作原理。3.20掉电保护电路把握系统控工作原理简述把握系统的功能X向，Y向的进给伺服系统键盘显示面板治理行程把握录把握面板图。把握系统的工作原理3.21数控铣床的把握面板3.21所示的把握面板为例，简述其工作原理。把握面板分为显示器、信号灯、键盘、按钮和旋钮。显示器：用来显示工作过程中一些相关的数据正常工作的信号灯。当正常工作时绿灯亮。当在X，Y方向越界时红灯亮、要马上停赶忙按此按钮。键盘：简洁的输入设备，可以进展编辑和把握系统的工作。按钮：旋钮右面四个按钮+X，-X，+Y，-Y是与手动挡协作使用的，旋钮下方的“XY原点”按钮是使车床刀具回原点的按钮。包括越界回原YX，Y方向上的回零。旋钮：此旋钮为适应不同工作条件而设，分为编辑、单步、自动、手动I、[1].[2].[3].[4].[5].[6].[7].

尹志强等.机电一体化系统设计课程设计指导书[M].北京：机械工业出版社，2023.机床设计手册组.机床设计手册〔三分册〕[M].北京：机械工业出版社，1986.文怀兴等.数控机床系统设计[M].北京：机械工业出版社，2023.机床设计手册组.机床设计手册〔三分册〕[M].北京：机械工业出版社,1986.林述温等.机电装备设计[M].北京：机械工业出版社，2023王爱玲.现代数控机床构造与设计[M].北京：兵器工业出版社，1999内蒙古工业大学机械学院.机电装备设计课程设计指导[M].呼和浩特：内工大印刷厂，2023.[8]