可編程控制器（PLC步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電機(jī)控制分析研究電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)

《可編程控制器（PLC步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電機(jī)控制分析研究電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《可編程控制器（PLC步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電機(jī)控制分析研究電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)（37頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、摘 要 本文介紹了有關(guān)PLC的基本概念，PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。其次了解PLC的主要特點(diǎn)和工作過(guò)程，讓我們認(rèn)識(shí)到PLC的未來(lái)展望。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種控制精度極高的電動(dòng)機(jī) ，在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用， 論文在簡(jiǎn)要介紹步進(jìn)電機(jī)的工作原理和控制原則之后 ，采用可編程控制（PLC）對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹 ，給出了控制系統(tǒng)的硬件， 軟件設(shè)計(jì)方法 ，實(shí)際應(yīng)用表明了設(shè)計(jì)的有效性。在PLC步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，輸入到其線(xiàn)圈繞組中的

2、脈沖數(shù)或脈沖頻率可控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)速，在給步進(jìn)電機(jī)的各線(xiàn)圈繞組輸入脈沖時(shí)需要進(jìn)行脈沖分配器分配脈沖，脈沖分配可以由軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以由硬件組成。以O(shè)MRON的C系列P型機(jī)為例，此論文討論步進(jìn)電機(jī)的PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法。介紹了plc控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一種應(yīng)用方法 ，并論述了其編程過(guò)程。 關(guān)鍵詞: 可編程控制器（PLC），步進(jìn)電動(dòng)機(jī)， 電機(jī)控制 Abstract This paper introduced the basic concepts of the PLC, PLC is a specialist in industrial environments

3、 and the application of digital design of the operation of electronic computing devices. At present, the PLC has been widely used in the domestic and foreign steel, petroleum, chemicals, electric power, building materials, machinery manufacturing, automotive, textile, transportation, environmental p

4、rotection, culture , entertainment, and other industries. Secondly understanding of the main features of PLC and the work process, let us recognize that the future outlook for PLC. Stepper motor is a high precision motor control in a wide range of industrial applications, the paper briefly introduc

5、ed the working principle of stepper motor and control principles, with the introduction of programmable controller (PLC) on the stepper motor control methods for the design, the control system is the hardware, software, design methods. Practical application shows the effectiveness of the design. In

6、the PLC stepper motor control system, enter its coil windings in the pulse, or the pulse frequency can be controlled stepper motor speed and the angular displacement, to the stepper motor coil winding of the input pulse, the need for distribution of pulse distributor Pulse, pulse distribution can be

7、 designed by the software, hardware components can be. OMRON to the C Series P-type-for example, the paper on the PLC stepper motor control system software design method. It introduced a stepper motor control of plc applications, discussed the programming process. Key words: Programmable Logic C

8、ontroller (PLC) , Stepper motor, Motor control 目 錄 第一章 前 言----------------------------------------------------5 第二章 PLC的基本概況---------------------------------------------- 7 2．1 可編程控制器（PLC）的簡(jiǎn)介----------------------------------7 2．2 PLC的特點(diǎn)-----------------------------------

9、-------------- 8 2．3 PLC的工作過(guò)程-------------------------------------------- 10 2．4 PLC的發(fā)展歷史-------------------------------------------- 10 2．5 PLC的國(guó)內(nèi)外狀況------------------------------------------ 11 2．6 PLC的未來(lái)展望-------------------------------------------- 13 2．7 PLC的市場(chǎng)情況---------------------------

10、----------------- 13 第三章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)介-------------------------------------------15 3．1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定義------------------------------------------15 3．2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特色------------------------------------------15 3．3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)------------------------------------------16 3．4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理-------------------------------

11、-------16 第四章 PLC控制步進(jìn)電機(jī)方法的研究----------------------------18 4．1 引言------------------------------------------------------18 4．2 PLC的基本結(jié)構(gòu)-------------------------------------------- 18 4．3 控制方法及研究--------------------------------------------18 4.3.1 FP1的特殊功能簡(jiǎn)介---------------------------------------

12、--18 4.3.2 步進(jìn)電機(jī)的速度控制----------------------------------------19 4.3.3 控制系統(tǒng)的程序運(yùn)行---------------------------------------20 4．4 結(jié)束語(yǔ)----------------------------------------------------21 第五章 步進(jìn)電機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)--------------------------------- 22 5．1 引言---------------------------------------------------

13、---22 5．2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)I/O接線(xiàn)圖設(shè)計(jì)----------------------22 5．3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)-------------------------- 22 第六章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制--------------------------------------- 25 6．1 引言------------------------------------------------------25 6．2 微型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理----------------------------------25 6．3 PLC控制-----

14、--------------------------------------------- 27 6．4 結(jié)束語(yǔ)----------------------------------------------------31 第七章 結(jié) 論-------------------------------------------------- 32 7．1 結(jié)論------------------------------------------------------32 7．2 展望----------------------------------------------------

15、--32 致 謝------------------------------------------------------------34 參 考 文 獻(xiàn)-------------------------------------------------------35 第一章 前　　言 PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣

16、泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)。 1.開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線(xiàn)。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線(xiàn)、電鍍流水線(xiàn)等。 2.模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC

17、廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3.運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 4.過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PI

18、D模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專(zhuān)用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 5.數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 PLC還有一種說(shuō)法是:產(chǎn)品生命周期（product

19、life cycle）觀念，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，是把一個(gè)產(chǎn)品的銷(xiāo)售歷史比作象人的生命周期一樣，要經(jīng)歷出生、成長(zhǎng)、成熟、老化、死亡等階段。就產(chǎn)品而言，也就是要經(jīng)歷一個(gè)開(kāi)發(fā)、引進(jìn)、成長(zhǎng)、成熟、衰退的階段。 1） 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)期：從開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的設(shè)想到產(chǎn)品制造成功的時(shí)期。此期間該產(chǎn)品銷(xiāo)售額為零，公司投資不斷增加。 2） 引進(jìn)期：新產(chǎn)品新上市，銷(xiāo)售緩慢。由于引進(jìn)產(chǎn)品的費(fèi)用太高，初期通常利潤(rùn)偏低或?yàn)樨?fù)數(shù)，但此時(shí)沒(méi)有或只有極少的競(jìng)爭(zhēng)者。 3） 成長(zhǎng)期：產(chǎn)品經(jīng)過(guò)一段時(shí)間已有相當(dāng)知名度，銷(xiāo)售快速增長(zhǎng)，利潤(rùn)也顯著增加。但由于市場(chǎng)及利潤(rùn)成長(zhǎng)較快，容易吸引更多的競(jìng)爭(zhēng)者。 4） 成熟期：此時(shí)市場(chǎng)成長(zhǎng)趨勢(shì)減緩或飽和，產(chǎn)品已被大

20、多數(shù)潛在購(gòu)買(mǎi)者所接受，利潤(rùn)在達(dá)到頂點(diǎn)后逐漸走下坡路。此時(shí)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，公司為保持產(chǎn)品地位需投入大量的營(yíng)銷(xiāo)費(fèi)用。 5） 衰退期：這期間產(chǎn)品銷(xiāo)售量顯著衰退，利潤(rùn)也大幅度滑落。優(yōu)勝劣汰，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)者也越來(lái)越少。 第二章 PLC的基本概況 2.1 可編程控制器（PLC）的簡(jiǎn)介 20世紀(jì)60年代末第一臺(tái)可編程控制器研制成功并獲得應(yīng)用，當(dāng)時(shí)它主要用于順序控制，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱(chēng)“可編程序控制器”，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC（Programmable logic Controller）,進(jìn)入80年代，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)與微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，極大的推動(dòng)了PLC的發(fā)展，使其功能日益增強(qiáng)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)邏輯控制和順

21、序控制的范圍，故稱(chēng)為“可編程控制器” 簡(jiǎn)稱(chēng)PC（Programmable Controller）。但因PC容易與“個(gè)人計(jì)算機(jī)” （Personal Computer）渾淆，所以人們?nèi)粤?xí)慣用PLC作為可編程控制器的縮寫(xiě)。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義： PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程

22、。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 可程序邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller），乃是一種固態(tài)電子裝置，主要利用輸入/輸出裝置的回授信號(hào)及儲(chǔ)存程序，控制機(jī)械或程序的操作。在工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)中，PLC因?yàn)榫邆鋬r(jià)格便宜、系統(tǒng)穩(wěn)定及環(huán)境適應(yīng)性佳的特點(diǎn)，故一直為自動(dòng)化業(yè)界所采用。近幾年來(lái)，各PLC制造廠家無(wú)不致力于新機(jī)種的研發(fā)，所以在CPU 處理速度、擴(kuò)展模塊及通訊的功能上，相較于早期PLC控制器，已有長(zhǎng)足的進(jìn)展。PLC 能儲(chǔ)存如順序指令、定時(shí)器指令、計(jì)數(shù)器指令、演算指令、數(shù)據(jù)控制指令以及通訊

23、指令，并且以控制工業(yè)的機(jī)械裝置及流程。如圖2-1所示為PLC 在應(yīng)用方面的概念圖。 圖 2-1 PLC 在應(yīng)用方面的概念圖 PLC 是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算器與自動(dòng)化技術(shù)而開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制裝置，這種控制器按照 IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的定義是可程序邏輯控制器又稱(chēng)為PC 或PLC。這種裝置，內(nèi)部?jī)?chǔ)存預(yù)先編寫(xiě)相應(yīng)的程序， 待輸入輸出連接完成之后，PLC 運(yùn)行這個(gè)程序，便可自動(dòng)完成預(yù)定的操作，屬于一種程序記憶型的電子控制裝置，亦可視為一般的繼電器或定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等集合體。 目前PLC控制技術(shù)已在世界范圍內(nèi)廣為流行，PLC控制技術(shù)已成為當(dāng)前和今后電機(jī)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一。 2.

24、2 PLC的特點(diǎn) PLC經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展。日益完善，與傳統(tǒng)繼電接觸器控制相比較，具有如下特點(diǎn)： 1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線(xiàn)及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警

25、報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 2. 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 3. 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎

26、 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。 4. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線(xiàn)邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線(xiàn)，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 5. 體積小，重量輕

27、，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 2.3 PLC的工作過(guò)程 PLC大多采用成批輸入/輸出的周期掃描方式工作，按用戶(hù)程序的先后次序逐條運(yùn)行。一個(gè)完整的周期可分為三個(gè)階段： 1. 輸入刷新階段 程序開(kāi)始時(shí)，監(jiān)控程序使機(jī)器以?huà)呙璺绞街饌€(gè)輸入所有輸入端口上的信號(hào)，并依次存入對(duì)應(yīng)的輸入映象寄存器。 2. 程序處理階段 所有的輸入端口采樣結(jié)束后，即開(kāi)始進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，根據(jù)用戶(hù)輸入的控制程序，從第一條開(kāi)始，逐條加以執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)行結(jié)果，存入對(duì)應(yīng)的中間元件

28、和輸出元件映象寄存器，當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸出刷新處理。 3. 輸出刷新階段 將輸出元件映象寄存器的內(nèi)容，從第一個(gè)輸出端口開(kāi)始，到最后一個(gè)結(jié)束，依次讀入對(duì)應(yīng)的輸出鎖存器，從而驅(qū)動(dòng)輸出器件形成可編程的實(shí)際輸出。 2.4 PLC的發(fā)展歷史 1968年美國(guó)GM(通用汽車(chē))公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國(guó)數(shù)字公司研制出了第一代可編程序控制器，滿(mǎn)足了GM公司裝配線(xiàn)的要求。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代PLC產(chǎn)品了。 在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過(guò)程工業(yè)中，除了以連續(xù)量為主的反饋

29、控制外，特別在制造工業(yè)中存在了大量的開(kāi)關(guān)量為主的開(kāi)環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作號(hào)按照時(shí)序動(dòng)作;另外還有與順序、時(shí)序無(wú)關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制;以及大量的開(kāi)關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的—離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以PLC發(fā)展成了取代繼電器線(xiàn)路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中，逐漸形成了PLC、DCS與IPC三足鼎立之勢(shì)，還有其它的單回路智能式調(diào)節(jié)器等在市場(chǎng)上占一定的百分比。 在80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30～40%。由于PLC機(jī)聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡(luò)方面功能的進(jìn)步

30、，擠占了一部分DCS的市場(chǎng)(過(guò)程控制)并逐漸壟斷了污水處理等行業(yè)，但是由于工業(yè)PC(IPC)的出現(xiàn)，特別是近年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，IPC和DCS也擠占了一部分PLC市場(chǎng)，所以近年來(lái)PLC增長(zhǎng)速度，總的說(shuō)是漸緩。目前全世界有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車(chē)(23%)、糧食加工(16.4%)、化學(xué)/制藥(14.6%)、金屬/礦山(11.5%)、紙漿/造紙(11.3%)等行業(yè)。 2.5 PLC的國(guó)內(nèi)外狀況 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制

31、系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM（通用汽車(chē)）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱(chēng)Programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC。 限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使

32、用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類(lèi)似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性?xún)r(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制

33、器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30～40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能

34、力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車(chē)、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi)始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列

35、、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。 2.6 PLC的未來(lái)展望 21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)

36、上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。 2.7 PLC的市場(chǎng)情況 國(guó)內(nèi)PLC生產(chǎn)廠約30家，但沒(méi)有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還 有一部分是以

37、仿制、來(lái)件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)，因此可以說(shuō)PLC在我國(guó)未形成制造產(chǎn)業(yè)。作為原理、技術(shù)和工藝均無(wú)尖端技術(shù)難度的產(chǎn)品，只要努力，是能形成制造產(chǎn)業(yè)的。 在PLC應(yīng)用方面，我國(guó)是很活躍的，近年來(lái)每年約新投入10萬(wàn)臺(tái)套PLC產(chǎn)品，年銷(xiāo)售額30億元人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。但是與其它國(guó)家相比，在機(jī)械加工及生產(chǎn)線(xiàn)方面的應(yīng)用，還需要加大投入。我國(guó)市場(chǎng)上流行的有如下幾家PLC產(chǎn)品: 1. 施耐德公司，包括早期天津儀表廠引進(jìn)莫迪康公司的產(chǎn)品，目前有Quantum、Premium、Momentum等產(chǎn)品; 2. 羅克韋爾公司(包括AB公司)PLC產(chǎn)品，目前有SLC、Micro Logix、Contr

38、ol Logix等產(chǎn)品; 3. 西門(mén)子公司的產(chǎn)品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列產(chǎn)品; 4. GE公司的產(chǎn)品;日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公司產(chǎn)品。 PLC的市場(chǎng)的潛力是巨大的，不僅在我國(guó)，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的日本也有調(diào)查表明，PLC配套的機(jī)電一體化產(chǎn)品的比例占42%，采用繼電器、接觸器控制尚有24%。所以說(shuō)，需要應(yīng)用PLC的場(chǎng)合還很多，在我國(guó)就更是如此了。 從技術(shù)創(chuàng)新的角度看，我國(guó)大中型企業(yè)還要大力發(fā)展CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))，在機(jī)械制造廠要形成FMS柔性制造系統(tǒng)，PLC是基礎(chǔ)，所以PLC市場(chǎng)是廣闊的。 PLC具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能

39、齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，這是它能持久的占有市場(chǎng)的根本原因。 第三章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)介 3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定義 電動(dòng)機(jī)是將一種電脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移或直線(xiàn)位移的機(jī)電執(zhí)行元件，每當(dāng)輸入一個(gè)點(diǎn)脈沖時(shí)，它便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度稱(chēng)為步距角β，簡(jiǎn)稱(chēng)為步距。脈沖一個(gè)一個(gè)輸入，電動(dòng)機(jī)便一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)便因之而命名。 3.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特色 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有自身的特色．歸納起來(lái)有： 1）可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單廉價(jià)。 2) 位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單而又具有—定精度的開(kāi)環(huán)

40、控制系統(tǒng)，也可在要求更高招度時(shí)組成閑環(huán)控制系統(tǒng)。 3) 無(wú)刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高。 4) 易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速．響應(yīng)性也好 5) 停止時(shí)，可有自鎖能力。 6) 步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180度大范圍內(nèi)選擇。在小步距情況下通常可以在超低速下高轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行、通常可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 7) 速度可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。同時(shí)用一臺(tái)控制器控制幾臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可使它們完全同步運(yùn)行。 8) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶慣性負(fù)載的能力較差。 9) 由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速方法根據(jù)利用狀態(tài)的不向而復(fù)雜化。 10) 不能直接使用普通的交直流電源驅(qū)動(dòng)。 3.3

41、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi) 目前常用的有三種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)： 1. 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(VR)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角小；但動(dòng)態(tài)性能差。 2. 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(PM)。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)出力大，動(dòng)態(tài)性能好；但步距角大。 3. 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(HB)?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它有時(shí)也稱(chēng)作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng) 3.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 圖 3-1 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 1——定子 2——轉(zhuǎn)子 3——定子繞組 圖3-1是最常見(jiàn)的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的剖面示意

42、圖。電機(jī)的定子上有六個(gè)均布的磁極，其夾角是60。各磁極上套有線(xiàn)圈，按圖3-1連成A、B、C三相繞組。轉(zhuǎn)子上均布40個(gè)小齒。所以每個(gè)齒的齒距為θE=360/40=9，而定子每個(gè)磁極的極弧上也有5個(gè)小齒，且定子和轉(zhuǎn)子的齒距和齒寬均相同。由于定子和轉(zhuǎn)子的小齒數(shù)目分別是30和40，其比值是一分?jǐn)?shù)，這就產(chǎn)生了所謂的齒錯(cuò)位的情況。若以A相磁極小齒和轉(zhuǎn)子的小齒對(duì)齊，如圖3-1，那么B相和C相磁極的齒就會(huì)分別和轉(zhuǎn)子齒相錯(cuò)三分之一的齒距，即3。因此，B、C極下的磁阻比A磁極下的磁阻大。若給B相通電，B相繞組產(chǎn)生定子磁場(chǎng)，其磁力線(xiàn)穿越B相磁極，并力圖按磁阻最小的路徑閉合，這就使轉(zhuǎn)子受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩（磁阻轉(zhuǎn)矩）的作用而

43、轉(zhuǎn)動(dòng)，直到B磁極上的齒與轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊，恰好轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)3；此時(shí)A、C磁極下的齒又分別與轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開(kāi)三分之一齒距。接著停止對(duì)B相繞組通電，而改為C相繞組通電，同理受反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛟俎D(zhuǎn)過(guò)3。依次類(lèi)推，當(dāng)三相繞組按A→B→C→A順序循環(huán)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)按順時(shí)針?lè)较?，以每個(gè)通電脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)3的規(guī)律步進(jìn)式轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。若改變通電順序，按A→C→B→A順序循環(huán)通電，則轉(zhuǎn)子就按逆時(shí)針?lè)较蛞悦總€(gè)通電脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)3的規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)槊恳凰查g只有一相繞組通電，并且按三種通電狀態(tài)循環(huán)通電，故稱(chēng)為單三拍運(yùn)行方式。單三拍運(yùn)行時(shí)的步矩角θb為30。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還有兩種通電方式，它們分別是雙三拍運(yùn)行，即按AB→BC→CA→AB

44、順序循環(huán)通電的方式，以及單、雙六拍運(yùn)行，即按A→AB→B→BC→C→CA→A順序循環(huán)通電的方式。六拍運(yùn)行時(shí)的步矩角將減小一半。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角可按下式計(jì)算： θb=360/NEr (3-1) 式中 Er——轉(zhuǎn)子齒數(shù)； N——運(yùn)行拍數(shù)，N=km，m為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組相數(shù)，k=1或2。 第四章 PLC控制步進(jìn)電機(jī)方法的研究 4.1 引言 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍，它與計(jì)算機(jī)有效結(jié)合，可進(jìn)行模擬量控制，具有遠(yuǎn)程通信功能等。有人將其稱(chēng)為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（即P

45、LC，機(jī)器人，CAD/CAM）之一。目前可編程序控制器（Programmable Controller）簡(jiǎn)稱(chēng)PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域，為工業(yè)自動(dòng)化提供了有力的工具。 4.2 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括CPU、RAM、ROM和輸入/輸出接口電路等。如果把PLC看作一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量-PLC-輸出變量組成，外部的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的信號(hào)均作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC外部端子輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其它各種運(yùn)算、處理后送到輸出端子，它們是PLC的輸出變量，由這些輸出變量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。

46、 4.3 控制方法及研究 4.3.1 FP1的特殊功能簡(jiǎn)介 (1) 脈沖輸出 FP1的輸出端Y7可輸出脈沖，脈沖頻率可通過(guò)軟件編程進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出頻率范圍為360Hz～5kHz。 (2) 高速計(jì)數(shù)器（HSC） FP1內(nèi)部有高速計(jì)數(shù)器，可同時(shí)輸入兩路脈沖，最高計(jì)數(shù)頻率為10kHz，計(jì)數(shù)范圍-8388608～+8388607。 (3) 輸入延時(shí)濾波 FP1的輸入端采用輸入延時(shí)濾波，可防止因開(kāi)關(guān)機(jī)械抖動(dòng)帶來(lái)的不可靠性，其延時(shí)時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為1ms～128ms。 (4) 中斷功能 FP1的中斷有兩種類(lèi)型，一種是外部硬中斷，一種是內(nèi)部定時(shí)中斷。 4.3.2

47、步進(jìn)電機(jī)的速度控制 FP1有一條SPD0指令，該指令配合HSC和Y7的脈沖輸出功能可實(shí)現(xiàn)速度及位置控制。速度控制梯形圖見(jiàn)圖4-1，控制方式參數(shù)見(jiàn)圖4-2，脈沖輸出頻率設(shè)定曲線(xiàn)見(jiàn)圖4-3。 圖 4-1 速度控制梯形圖 圖 4-2 控制方式參數(shù) 圖 4-3 脈沖輸出頻率設(shè)定曲線(xiàn) 4.3.3 控制系統(tǒng)的程序運(yùn)行 圖 4-4 控制系統(tǒng)原理圖 圖4-4是控制系統(tǒng)的原理接線(xiàn)圖，圖4-4中Y7輸出的脈沖作為步進(jìn)電機(jī)的時(shí)鐘脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生節(jié)拍脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)Y7接至PLC的輸入接點(diǎn)X0，并經(jīng)X0送至PLC內(nèi)部的HSC。HSC計(jì)數(shù)Y7的脈沖數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)

48、發(fā)生中斷，使Y7的脈沖頻率切換至下一參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確的位置控制。實(shí)現(xiàn)這一控制的梯形圖見(jiàn)圖4-5。 圖 4-5 控制梯形圖 控制系統(tǒng)的運(yùn)行程序：第一句是將DT9044和DT9045清零，即為HSC進(jìn)行計(jì)數(shù)做準(zhǔn)備;第二句～第五句是建立參數(shù)表，參數(shù)存放在以DT20為首地址的數(shù)據(jù)寄存器區(qū);最后一句是啟動(dòng)SPD0指令，執(zhí)行到這句則從DT20開(kāi)始取出設(shè)定的參數(shù)并完成相應(yīng)的控制要求。 由第一句可知第一個(gè)參數(shù)是K0，是PULSE方式的特征值，由此規(guī)定了輸出方式。第二個(gè)參數(shù)是K70，對(duì)應(yīng)脈沖頻率為500Hz，于是Y7發(fā)出頻率為500Hz的脈沖。第三個(gè)參數(shù)是K1000，即按此頻率發(fā)1000個(gè)脈沖

49、后則切換到下一個(gè)頻率。而下一個(gè)頻率即最后一個(gè)參數(shù)是K0，所以當(dāng)執(zhí)行到這一步時(shí)脈沖停止，于是電機(jī)停轉(zhuǎn)。故當(dāng)運(yùn)行此程序時(shí)即可使步進(jìn)電機(jī)按照規(guī)定的速度、預(yù)定的轉(zhuǎn)數(shù)驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，使之達(dá)到預(yù)定位置后自動(dòng)停止。 4.4 結(jié)束語(yǔ) 利用可編程序控制器可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和位置的控制，方便可靠地進(jìn)行各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作。它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化革命，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。 第五章 步進(jìn)電機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1 引言 PLC作為控制器對(duì)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的改造越來(lái)越突出。其主要部分是對(duì)數(shù)控機(jī)床的典型執(zhí)行元件步進(jìn)電機(jī)的控制。我們知道步進(jìn)電機(jī)是一種用

50、電脈沖進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)每輸入一個(gè)電脈沖就前進(jìn)一步，其輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，因此只要控制輸入到其線(xiàn)圈繞組中的脈沖數(shù)或者脈沖頻率即可控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)速，但給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各線(xiàn)圈繞組輸入的脈沖還需要進(jìn)行脈沖分配器的分配。利用PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其脈沖分配可以由軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，還可以由硬件來(lái)組成。本文以O(shè)MRON的C系列P型機(jī)為例，討論步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用軟件分配脈沖的設(shè)計(jì)方法。 5.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)I/O接線(xiàn)圖設(shè)計(jì) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以最常用的三相六拍通電方式工作，并要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)設(shè)有快速、慢速控制、正反轉(zhuǎn)及單步控制4種控制方式。根據(jù)要求，

51、可選用C28P—CDT—D的PLC進(jìn)行控制并設(shè)計(jì)出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制系統(tǒng)I/O接線(xiàn)圖（圖5-1）。 圖 5-1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制系統(tǒng)I/O接線(xiàn)圖 5.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì) 根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)梯形圖見(jiàn)圖5-2。 圖 5-2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制系統(tǒng)梯形圖 1. 用移位寄存器SFT10→10的1000～1005產(chǎn)生六拍的時(shí)序脈沖，在CP端的移位脈沖信號(hào)1106的作用下，將IN端的信號(hào)依次移入1000～1005，每移1位為1拍，6拍為1循環(huán)，移位時(shí)所產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖頻率由移位脈沖信號(hào)頻率決定。 2. 輔助繼電器1200、1201、

52、1202組成三相六拍環(huán)形分配器。在1000～1005產(chǎn)生的六拍時(shí)序脈沖作用下，1200、1201、1202的通電順序見(jiàn)圖5-3。 圖 5-3 通電順序 3. 由0500、0501、0502實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制。 ①當(dāng)正反轉(zhuǎn)按鈕SB5常開(kāi)時(shí)，輸入點(diǎn)0005斷開(kāi)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電順序?yàn)椋?500（A相）→0500、0501（A、B相）→0501（B相）→0501、0502（B、C相）→0502（C相）→0502、0500（C、A相）→0500（A）......，此時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn); ②按SB5時(shí)，輸入點(diǎn)0005接通，則通電次序是B→B、A→A→A、C→C→C、B→B.....

53、.，此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。按SB1起動(dòng)銨鈕時(shí)，輸入點(diǎn)0001接通，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)三相六拍通電。 4. 脈沖控制器由1105、1106、1107組成。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖頻率控制按4種控制方式的要求可分為： ① 快速方式由輔助繼電器1105的常閉接點(diǎn)和其線(xiàn)圈構(gòu)成的振蕩器，該振蕩器產(chǎn)生的快速振蕩脈沖，其周期為程序的1個(gè)掃描周期； ② 慢速方式由特殊繼電器1900產(chǎn)生011s的時(shí)鐘脈沖； ③ 單步方式利用前沿微分指令（DIFU），由輔助繼電器產(chǎn)生單步脈沖，其脈沖頻率由SB6控制;脈沖控制器1107產(chǎn)生不同頻率的脈沖，作為移位寄存器的移位信號(hào)。 第六章

54、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制 6.1 引言 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將數(shù)字式電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移(或線(xiàn)位移)的執(zhí)行元件。普通電動(dòng)機(jī)是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的。它在數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、軋鋼機(jī)自動(dòng)控制以及檢測(cè)儀表等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。PLC的應(yīng)用和普及，對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展有著十分重要的意義。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與微處理器的結(jié)合將使其應(yīng)用更為合理而高效。 6.2 微型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理 圖6-1所示為微型永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子上有八個(gè)主磁極，其上裝有A和B兩套控制繞組，彼此錯(cuò)開(kāi)90的電角度，極靴處帶有均布小齒，轉(zhuǎn)子則是由環(huán)形永久磁鐵且兩端罩上四段帽式

55、鐵心構(gòu)成。這些鐵心也帶有均布小齒，但兩者裝配位置的特點(diǎn)是從軸向看去彼此錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距。 根據(jù)圖6-2給出的A、B兩繞組通電的矢量圖，可以得到該微型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行多種方式。下面就以?xún)上喟伺牟竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)為例說(shuō)明這一運(yùn)行原理。 若以A(+)、A(-)分別表示A相加+5V電源和加-5V電源，以B(+)、B(-)分別表示B相加+5V電源和加-5V電源。當(dāng)A相與B相按圖3所示順序通以正負(fù)5V電源時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的定子磁極部分將會(huì)在磁極、以及相鄰磁極之間按順序感應(yīng)出一對(duì)旋轉(zhuǎn)的磁極與轉(zhuǎn)子的永磁鐵相對(duì)應(yīng)，從而通過(guò)轉(zhuǎn)矩拉動(dòng)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)行。這樣，通過(guò)通電次序的改變達(dá)到改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行拍數(shù)、運(yùn)轉(zhuǎn)方向和運(yùn)轉(zhuǎn)速度。假定

56、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行的通電次序?yàn)轫槙r(shí)鐘，則典型的兩相八拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)的通電狀態(tài)的變化規(guī)律是： A(+)→A(+)B(－)→B(－)→B(－)A(－)→ A(－)→A(－)B(+)→B(+)→A(+)B(+)→A(+) 圖 6-1 微型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖 6-2 繞組通電矢量圖 圖 6-3 兩相八拍通電規(guī)律 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相四拍正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的通電狀態(tài)的變化規(guī)律： 正轉(zhuǎn)：A(+)→B(－)→A(－)→B(+)→A(+)； 反轉(zhuǎn)：A(+)→B(+)→A(－)→B(－)→A(+)。 6.3 PLC控制 為了得到上述兩相八拍的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)的通電規(guī)律，我們

57、選用了日本三菱公司Fxos—20MR微型可編程控制器進(jìn)行控制。 1. 為了編制、閱讀程序方便，這里給出輸入/輸出接線(xiàn)端子的分配表6-1和各內(nèi)部軟元件的分配表6-2。 表 6-1 輸入/輸出接線(xiàn)端子分配表 分類(lèi) 元器件 輸入/輸出標(biāo)號(hào) 作用 輸入 按鈕SB1 X000 開(kāi)始 按鈕SB2 X001 停止 輸出 A相繞組 Y001 A相接正5V電源 Y000 A相接負(fù)5V電源 B相繞組 Y002 B相接負(fù)5V電源 Y003 B相接正5V電源 表 6-2 各種軟元件分配表 各種軟器件 標(biāo)號(hào) 作用 特殊狀態(tài)寄存器 M8002 上電運(yùn)行

58、軟時(shí)間繼電器 T0 確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 T1 狀態(tài)寄存器 D0 轉(zhuǎn)速參數(shù)存儲(chǔ) 步進(jìn)狀態(tài)寄存器 S20 第1拍步進(jìn)運(yùn)行 S21 第2拍步進(jìn)運(yùn)行 S22 第3拍步進(jìn)運(yùn)行 S23 第4拍步進(jìn)運(yùn)行 S24 第5拍步進(jìn)運(yùn)行 S25 第6拍步進(jìn)運(yùn)行 S26 第7拍步進(jìn)運(yùn)行 S27 第8拍步進(jìn)運(yùn)行 S0 初始化 2. 由輸入/輸出接線(xiàn)端子分配表，完成PLC的外部接線(xiàn)圖，如圖6-4所示。 圖 6-4 硬件接線(xiàn)原理圖 3. 程序的編制及說(shuō)明 現(xiàn)在根據(jù)以上資料來(lái)編制該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制程序，程序清單如下： 該程序第0～7條指令為程序運(yùn)行初始化，可

59、設(shè)置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速參數(shù)，PLC上電以后就能運(yùn)行；第8～11指令為該程序運(yùn)行的開(kāi)始、停止控制段，X000接通，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，X001接通則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行停止；第12～84條指令為對(duì)應(yīng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行一個(gè)通電循環(huán)的8條步進(jìn)指令，由于第84條返回指令“RET”的作用，該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能不停地運(yùn)行下去，直到X001接通。第85條指令為程序結(jié)束指令，如要改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，只要改變狀態(tài)寄存器D0的參數(shù)。 0 LD M8002 1 SET S0 3 MOV K5 D0 8 LD X000 9 OR M0 10 ANI X0

60、01 11 OUT M0 12 STL S0 13 LD M0 14 SET S20 16 STL S20 17 OUT Y001 18 OUT T0 D0 21 LD T0 22 SET S21 24 STL S21 25 OUT Y001 26 OUT Y002 27 OUT T1 D0 30 LD T1 31 SET S22 33 STL S22 34 OUT Y

61、002 35 OUT T0 D0 38 LD T0 39 SET S23 41 STL S23 42 OUT Y002 43 OUT Y000 44 OUT T1 D0 47 LD T1 48 SET S24 50 STL S24 51 OUT Y000 52 OUT T0 D0 55 LD T0 56 SET S25 58 STL S25 59 OUT Y000 60 OUT Y

62、003 61 OUT T1 D0 64 LD T1 65 SET S26 67 STL S26 68 OUT Y003 69 OUT T0 D0 72 LD T0 73 SET S27 75 STL S27 76 OUT Y003 77 OUT Y001 78 OUT T1 D0 81 LD T1 82 OUT S0 84 RET 85 END 6.4 結(jié)束語(yǔ) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用PLC控制通電脈沖

63、，硬件接線(xiàn)簡(jiǎn)單，程序編制也很容易。如要實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)，只要改變電動(dòng)機(jī)的通電順序即可。 第七章 結(jié) 論 7.1 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制，針對(duì)次設(shè)計(jì)我們先對(duì)PLC做了簡(jiǎn)單的介紹，以及對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理有了更細(xì)的了解和認(rèn)識(shí)，為了設(shè)計(jì)成功我們做一下幾步： 首先，針對(duì) PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的方法進(jìn)行了研究，經(jīng)過(guò)實(shí)例可得出利用可編程序控制器可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和位置的控制，方便可靠地進(jìn)行各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作?？删幊绦蚩刂破鞔砹讼冗M(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化革命，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。 再者，用PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其脈沖分

64、配可以由軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，還可以由硬件來(lái)組成。本文以O(shè)MRON的C系列P型機(jī)為例，對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用軟件分配脈沖的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行討論。 其次， PLC的應(yīng)用和普及，對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展有著十分重要的意義。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與微處理器的結(jié)合將使其應(yīng)用更為合理而高效，我們選用了日本三菱公司Fxos—20MR微型可編程控制器進(jìn)行控制，結(jié)果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用PLC控制通電脈沖，硬件接線(xiàn)簡(jiǎn)單，程序編制也很容易。如要實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)，只要改變電動(dòng)機(jī)的通電順序即可。 總之，目前PLC控制技術(shù)已在世界范圍內(nèi)廣為流行，PLC控制技術(shù)已成為當(dāng)前和今后電機(jī)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一。PLC不僅在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中

65、控制方便，而且可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車(chē)、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到長(zhǎng)足的發(fā)展。 7.2 展望 我國(guó)機(jī)械工業(yè)成為工業(yè)發(fā)展新亮點(diǎn)，總產(chǎn)值比上年增長(zhǎng)17.15%，汽車(chē)產(chǎn)量為世界前10位，機(jī)床產(chǎn)量為世界第5位。機(jī)械工業(yè)利潤(rùn)增長(zhǎng)33.35%，占整個(gè)工業(yè)新增利潤(rùn)六成多。出口同樣出現(xiàn)可喜的增長(zhǎng)?，F(xiàn)在機(jī)械工業(yè)提出要實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)這一點(diǎn)，PLC從業(yè)人員應(yīng)有清醒的認(rèn)識(shí)，應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化的開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的性能/價(jià)格比和網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性、先進(jìn)性上特別下功夫。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域是寬闊的，還有許多領(lǐng)域急待開(kāi)拓，如用于海關(guān)過(guò)境車(chē)輛認(rèn)證（深圳鹽田）、自動(dòng)售藥（若干中藥店）在我國(guó)已有實(shí)例。另外，在離

66、散事件冬天系統(tǒng)中，如公路網(wǎng)交通流（車(chē)輛計(jì)數(shù)、乘客計(jì)數(shù)及停留時(shí)間計(jì)量）、物流系統(tǒng)、柔行制造系統(tǒng)（敏捷制造系統(tǒng)）及一切非標(biāo)準(zhǔn)隨服務(wù)系統(tǒng)中，均可以采用PLC，進(jìn)而建模和采取對(duì)策并優(yōu)化。PLC的前途一片美好，一切悲觀的論點(diǎn)是站不住腳的。至于技術(shù)進(jìn)步，PLC與其它技術(shù)融合以至消失，那還需要一定的時(shí)間。 致 謝 論文的完成，首先要感謝尊敬的導(dǎo)師XXXX老師。 您苦耐勞的敬業(yè)精神、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)風(fēng)范、平易近人、誨人不倦的態(tài)度、以及對(duì)他人的寬容和對(duì)自身的嚴(yán)格要求，都使我受益匪淺，并將終生難忘。 這段時(shí)間內(nèi)您在各方面用您特有的方式在熏陶我，教育我。在此請(qǐng)?jiān)试S我向敬愛(ài)的老師道一聲：老師，您辛苦了！ 在我撰寫(xiě)論文期間，得到了機(jī)電工程系多位老師的幫助，在忙碌的工作之余，給予我專(zhuān)業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)，而且教給我學(xué)習(xí)的方法和思路，使我在論文寫(xiě)作過(guò)程中不斷有新的認(rèn)識(shí)和提高。在此，我對(duì)他們表示由衷的謝意！