PLC步进与伺服从入门到精通PDF电子书下载

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基础篇 2

第1章 可编程序控制器概述 2

1.1 PLC的发展 2

1.1.1 PLC的定义 2

1.1.2 PLC技术的产生 3

1.1.3 PLC的发展历史 4

1.1.4 PLC技术的发展趋势 4

1.2 PLC的特点和应用范围 6

1.2.1 PLC的特点 6

1.2.2 PLC的应用范围 8

1.3 PLC的基本结构与工作原理 9

1.3.1 PLC的基本结构 10

1.3.2 PLC的软件系统 17

1.3.3 PLC的程序结构概述 20

1.3.4 PLC的扫描工作方式 21

1.3.5 PLC的工作原理 23

1.3.6 PLC的I/O原则 24

1.3.7 PLC的中断处理 24

1.4 部分品牌PLC简介 24

1.4.1 西门子PLC 24

1.4.2 三菱PLC 30

1.5 本章小结 33

第2章 步进电动机及驱动器概述 34

2.1 步进电动机的发展 34

2.1.1 步进电动机的现状 34

2.1.2 步进电动机的发展趋势 35

2.2 步进电动机的分类 35

2.2.1 按运动方式分类 36

2.2.2 按电动机输出转矩分类 37

2.2.3 按转矩产生的工作方式分类 37

2.2.4 按励磁组数分类 39

2.2.5 按电流极性分类 39

2.3 步进电动机驱动器 40

2.3.1 驱动器系统组成 40

2.3.2 驱动器参数说明 41

2.3.3 驱动器使用方法 41

2.3.4 驱动器连接电路 44

2.4 本章小结 45

第3章 步进电动机工作原理 46

3.1 反应式步进电动机 46

3.1.1 反应式步进电动机的结构 46

3.1.2 反应式步进电动机的运行方式 47

3.1.3 小步距角步进电动机 49

3.1.4 反应式步进电动机的结构形式 50

3.2 永磁式步进电动机 52

3.2.1 单定子结构 52

3.2.2 两定子结构 53

3.3 混合式步进电动机 53

3.3.1 永磁感应子式步进电动机的结构 53

3.3.2 永磁感应子式步进电动机的工作原理 54

3.4 特种步进电动机 55

3.4.1 特微型永磁式步进电动机 55

3.4.2 机电混合式步进电动机 60

3.4.3 直线和平面步进电动机 62

3.5 本章小结 65

第4章 伺服系统概述 67

4.1 伺服系统的发展 67

4.1.1 液压及气动伺服系统的发展 68

4.1.2 电气伺服系统的发展 68

4.2 伺服系统的结构及功能 70

4.2.1 伺服系统的结构 70

4.2.2 伺服系统的功能 71

4.3 伺服系统的组成 72

4.3.1 自动控制理论中的伺服系统 72

4.3.2 电气控制系统中的伺服设备 73

4.3.3 电—液控制系统中的伺服设备 73

4.3.4 电—气控制系统中的伺服设备 74

4.4 伺服系统的分类 74

4.4.1 按照参数特性分类 74

4.4.2 按照驱动元件类型分类 77

4.4.3 按照控制原理分类 77

4.4.4 按照机床加工系统分类 79

4.5 伺服系统的特点 79

4.6 本章小结 80

第5章 伺服系统原理 82

5.1 步进式伺服系统原理 82

5.1.1 脉冲发生器 82

5.1.2 环分电路 83

5.1.3 驱动电路 84

5.1.4 步进电动机 85

5.2 电—液伺服系统原理 87

5.2.1 伺服阀 87

5.2.2 液压马达 90

5.2.3 液压缸的基本原理 91

5.2.4 反馈传感器 92

5.3 气动伺服系统原理 92

5.3.1 气动伺服系统的构成 93

5.3.2 气动伺服系统的气路原理 93

5.4 直流伺服系统原理 94

5.4.1 整流驱动装置的原理 94

5.4.2 直流PWM伺服驱动装置的工作原理 95

5.4.3 直流系统控制电路的原理 96

5.4.4 测速元件的工作原理 97

5.5 交流伺服系统原理 97

5.5.1 伺服控制单元的基本原理 98

5.5.2 功率放大单元的基本原理 99

5.5.3 感应电动机的基本原理 100

5.5.4 反馈元件的基本原理 101

5.6 数字伺服系统原理 101

5.6.1 控制计算机及接口原理 102

5.6.2 模拟低通滤波器原理 103

5.6.3 自整角机—数字转换器原理 103

5.7 本章小结 104

提高篇 106

第6章 PLC的基本指令系统 106

6.1 指令系统的基本知识 106

6.1.1 数制 106

6.1.2 数据类型 107

6.2 位逻辑指令 112

6.2.1 触点指令 112

6.2.2 绕组指令 114

6.2.3 RLO操作指令 115

6.2.4 立即读与立即写 116

6.3 比较指令 117

6.4 转换指令 119

6.5 计数器指令 120

6.6 数据块操作指令 120

6.7 逻辑控制指令 121

6.8 运算指令 122

6.8.1 整数运算指令 122

6.8.2 浮点运算指令 122

6.8.3 赋值指令 123

6.9 程序控制指令 124

6.10 定时器指令 129

6.11 累加器指令 133

6.12 本章小结 137

第7章 PLC控制系统的设计方法 138

7.1 安全用电常识 138

7.1.1 触电的原因和危害 138

7.1.2 触电的种类和形式 138

7.1.3 安全措施 139

7.1.4 触电的急救 139

7.2 PLC控制系统的设计流程 140

7.2.1 PLC控制系统的基本原则 140

7.2.2 PLC控制系统的设计内容 141

7.2.3 PLC控制系统的设计步骤 142

7.3 PLC的硬件系统设计选型方法 145

7.3.1 PLC硬件系统设计的基本流程 145

7.3.2 机型的选择 146

7.3.3 容量选择 147

7.3.4 I/O模块的选择 147

7.3.5 电源模块及编程器的选择 150

7.3.6 分配PLC的I/O地址，绘制PLC外部I/O接线图 150

7.4 PLC的控制程序设计方法 153

7.4.1 PLC控制程序的设计步骤 153

7.4.2 PLC控制程序的设计方法 155

7.5 设计经验与注意事项 156

7.5.1 干扰和抗干扰措施 156

7.5.2 节省I/O点数的方法 157

7.5.3 PLC的安装与维护 158

7.6 本章小结 162

第8章 步进电动机系统设计 163

8.1 步进电动机特性 163

8.1.1 静态特性 163

8.1.2 运行特性 167

8.1.3 频率特性 171

8.1.4 机械谐振与阻尼特性 174

8.1.5 步距误差特性 177

8.2 控制系统 178

8.2.1 开环控制系统 178

8.2.2 闭环控制系统 180

8.3 参数测试 181

8.3.1 静态参数测试 181

8.3.2 动态参数测试 185

8.4 参数选型 188

8.4.1 参数估算 188

8.4.2 参数设定 191

8.5 数学模型 196

8.5.1 状态变量与传递函数 196

8.5.2 动态特性模型 206

8.5.3 加减速模型 213

8.6 振动与噪声及阻尼处理 215

8.6.1 振荡和失步 216

8.6.2 振荡和噪声 217

8.6.3 低频振荡的抑制 218

8.7 本章小结 220

第9章 伺服系统设计 222

9.1 伺服系统需求分析 222

9.1.1 伺服系统的需求 222

9.1.2 伺服系统的优点 223

9.1.3 伺服系统的技术要求 223

9.2 伺服系统总体设计 224

9.2.1 伺服系统总体方案的初步制订 225

9.2.2 伺服系统的稳态设计 225

9.2.3 建立系统数学模型及动态设计 225

9.3 电—液伺服系统设计 226

9.3.1 电—液伺服系统的总体设计 226

9.3.2 电—液伺服系统的稳态设计 227

9.3.3 电—液伺服系统的数学模型 232

9.3.4 电—液伺服系统的动态分析 234

9.4 气动伺服系统设计 235

9.4.1 气动伺服系统的总体设计 235

9.4.2 气动伺服系统的稳态设计 237

9.4.3 气动伺服系统的数学模型 242

9.4.4 气动伺服系统的动态分析 243

9.5 直流伺服系统设计 244

9.5.1 直流伺服系统的总体设计 244

9.5.2 直流伺服系统的稳态设计 245

9.5.3 直流伺服系统的数学模型 254

9.5.4 直流伺服的动态设计 255

9.6 交流伺服系统设计 256

9.6.1 交流伺服系统的总体设计 257

9.6.2 交流伺服系统的稳态设计 257

9.6.3 交流伺服系统的数学模型 267

9.6.4 交流伺服系统的动态分析 270

9.7 全数字伺服系统设计 270

9.7.1 全数字伺服系统的总体设计 271

9.7.2 全数字伺服系统的稳态设计 272

9.7.3 全数字伺服系统的软件设计 282

9.8 本章小结 282

第10章 步进伺服系统的维护与故障分析 284

10.1 步进电动机和伺服电动机的维护与保养 284

10.1.1 步进电动机的维护要点与保养步骤 284

10.1.2 伺服电动机的维护要点与保养步骤 285

10.2 步进电动机及驱动器典型故障分析 287

10.2.1 反应式步进电动机及驱动器典型故障分析 287

10.2.2 永磁式步进电动机及驱动器典型故障分析 289

10.3 伺服电动机及驱动器典型故障分析 290

10.3.1 直流伺服电动机及伺服系统典型故障分析 290

10.3.2 交流伺服电动机及伺服系统典型故障分析 297

10.4 部分品牌PLC通用步进、伺服系统简介 315

10.4.1 西门子PLC通用步进、伺服系统 315

10.4.2 三菱PLC通用步进、伺服驱动系统 327

10.5 本章小结 334

实践篇 336

第11章 西门子工程常用步进电动机控制实例 336

11.1 S7-200 PLC驱动步进电动机实例 336

11.1.1 S7-200 PLC下步进电动机控制系统的功能说明 336

11.1.2 系统硬件的选型与搭建 338

11.1.3 电气控制原理图 340

11.1.4 系统软件程序设计 342

11.2 S7-300 PLC驱动步进电动机实例 344

11.2.1 S7-300 PLC下步进电动机控制系统的功能说明 344

11.2.2 系统硬件的选型与搭建 346

11.2.3 电气控制原理图 348

11.2.4 系统软件程序设计 349

11.3 工控机驱动步进电动机实例 353

11.3.1 工控机控制下步进电动机控制系统的功能说明 353

11.3.2 系统硬件的选型与搭建 354

11.3.3 电气控制原理图 355

11.3.4 系统软件程序设计 356

11.4 本章小结 357

第12章 三菱步进伺服系统的控制应用技术 358

12.1 三菱伺服系统模块组成 358

12.1.1 MR-J2S-A伺服驱动器的结构与功能 359

12.1.2 伺服电动机的原理及其功能 361

12.2 三菱伺服系统各端子功能及内部电路 362

12.2.1 三菱伺服系统的外围接线 362

12.2.2 三菱伺服系统的各端子及功能说明 364

12.2.3 三菱伺服系统的接口说明 365

12.3 三菱伺服系统的工作模式 370

12.3.1 三菱MR-J2S-A伺服系统的位置控制模式 370

12.3.2 三菱MR-J2S-A伺服系统的速度控制模式 376

12.3.3 三菱MR-J2S-A伺服系统的转矩控制模式 379

12.4 三菱伺服系统的设计 380

12.4.1 三菱MR-J2S-A伺服系统的控制模式选择 381

12.4.2 三菱伺服电动机的型号选择 383

12.4.3 三菱伺服系统其他配件的规格选择 391

12.4.4 三菱伺服系统的电气接线图 393

12.4.5 三菱伺服系统的软件选择 398

12.4.6 三菱伺服系统MR-J2S-A基本参数的设置 399

12.5 本章小结 403

第13章 步进伺服系统综合应用实例 404

13.1 西门子数控伺服系统在轧辊车床上的应用 404

13.1.1 西门子840D数控伺服系统及轧辊车床的基本概念 404

13.1.2 西门子840D数控伺服系统的硬件配置 407

13.1.3 基于西门子840D系统的轧辊车床软件配置 421

13.2 电—液伺服系统在仿形铣床上的典型应用 432

13.2.1 仿形铣床的基本概念 432

13.2.2 仿形铣床的基本参数 434

13.2.3 仿形铣床的基本控制方式 436

13.2.4 数字随动铣床的基本原理 437

13.2.5 液压伺服系统下仿形铣床的检修方式 438

13.3 基于DSP的混合式步进电动机伺服系统 440

13.3.1 基于DSP的混合式步进电动机系统的功能说明 440

13.3.2 系统硬件设计 441

13.3.3 系统软件设计 449

13.4 本章小结 460

附录1 自动控制系统常用器件及说明 461

附录2 CNC常用术语中英文对照表 465

参考文献 474

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