畢業(yè)論文 基于 plc 三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）SNL/QR-3 基于PLC三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 學(xué)生姓名 班 級(jí) 09機(jī)電一體化技術(shù)(1)班 學(xué) 號(hào) 0905100101 指導(dǎo)教師 完成日期 2012年5月31日 成績(jī)?cè)u(píng)議學(xué)號(hào)姓名 題目 基于PLC三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師建議成績(jī)： 評(píng)閱教師建議成績(jī)： 答辯小組建議成績(jī)： 院答辯委員會(huì)評(píng)閱意見(jiàn)及評(píng)定成績(jī)：答辯委員會(huì)主任簽字（蓋章）： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書姓名學(xué)號(hào)班級(jí)機(jī)電一體化技術(shù)(1)班題目基于PLC三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)(論文)主要內(nèi)容1、三相六拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制要求分析

2、；2、控制方案選擇與控制程序的設(shè)計(jì)；3、系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試。重點(diǎn)研究問(wèn)題本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容是以西門子S7-200系列PLC（可編程邏輯控制器）為核心控制步進(jìn)電機(jī)，及其相關(guān)外圍電路組成的控制電路設(shè)計(jì)。可以通過(guò)對(duì)幾個(gè)開關(guān)按鈕的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的方向，以及對(duì)高、中、低速的控制。主要技術(shù)指標(biāo) 1、能夠完成預(yù)期動(dòng)作；2、布局合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝與維護(hù)；3、調(diào)試運(yùn)行時(shí)故障率低。其它要說(shuō)明的問(wèn)題系統(tǒng)必須有必要的安全保護(hù)措置，如短路保護(hù)，過(guò)載保護(hù)等。 指導(dǎo)老師意見(jiàn) 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日指導(dǎo)教師意見(jiàn)對(duì)論文的簡(jiǎn)短評(píng)價(jià)：該生較好地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，全文的撰寫條理清楚、格式規(guī)范，論文表明其具有了良好的分析

3、問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。本論文程序流程編制具有獨(dú)特性、并符合實(shí)際控制要求。 優(yōu) 良 中 及格 不及格 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日評(píng)閱教師意見(jiàn)對(duì)論文的簡(jiǎn)短評(píng)價(jià)：本論文完整地論述了該生的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，論文格式符合規(guī)范要求，論文反映出該生對(duì)相關(guān)的專業(yè)知識(shí)掌握較好。該生查閱了相關(guān)資料，設(shè)計(jì)方法具有創(chuàng)新之處。 優(yōu) 良 中 及格 不及格 評(píng)閱教師簽字 年 月 日摘要：可編程序控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC，是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的以微處理器為核心的通用的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC的功能也越來(lái)越強(qiáng)大，更多地具有計(jì)算機(jī)的

4、功能，所以又簡(jiǎn)稱PC（PROGRAMMABLE CONTROLLER），但是為了不和PERSONAL COMPUTER混淆，仍習(xí)慣稱為PLC。目前PLC已經(jīng)在智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面取得了很好的發(fā)展，并且現(xiàn)今已出現(xiàn)SOFTPLC，更是PLC領(lǐng)域無(wú)限的發(fā)展前景。PLC是以現(xiàn)代微處理器技術(shù)為核心的控制器，作為一種通用的工業(yè)控制器，其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；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，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)出警報(bào)信息；PLC采用光電隔離和濾波技術(shù)技術(shù)有效抑制外部干擾源對(duì)PLC的影響，此外P

5、LC還可在強(qiáng)、通用性好；開發(fā)周期短，功耗小。充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。本設(shè)計(jì)是用PLC做三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制核心，用按鈕開關(guān)的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制，而且正、反轉(zhuǎn)切換無(wú)須經(jīng)過(guò)停車步驟。其次可以通過(guò)對(duì)按鈕的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高、中、低速度的控制。關(guān)鍵詞：PLC控制；可編程序控制器；三相六拍；步進(jìn)電機(jī)；電機(jī)正反轉(zhuǎn)Abstract：Programmable logic controllers (Programmable Logic Controller), referred to as PLC, rel

6、ay sequence control is developed on the basis of the microprocessor as the core of General Industrial Automation control of appliance. With the rapid development of electronic technology and computer technology, PLC of more and more powerful and more with computer capabilities, also referred to as P

7、C (PROGRAMMABLE CONTROLLER), but in order not to confuse and PERSONAL COMPUTER, is still used to referred to as PLC. Current PLC has been in intelligence, networking has made a very good development, and today is already a SOFTPLC, but also unlimited prospects for development of the field of PLC. PL

8、C controller is based on modern microprocessor technology as the core, as a general purpose industrial controller, its high reliability, strong anti-jamming ability; PLC because of its modern VLSI technology, manufactured with strict production process, took advanced anti-interference circuit techno

9、logy, with high reliability and, in addition, PLC with a hardware fault self testing features, fails to timely alert information ; PLC adopts photoelectric isolation and filtering techniques effective inhibitory effects of external interference on PLC technology, and PLC can also be in a strong, com

10、mon good; short development cycle, and small power consumption.Give full play to the function of PLC, to maximally satisfy the control requirements of the controlled object, is the primary prerequisite for design of PLC control system, which is one of the most important principles in the design. Thi

11、s design is made with PLC control of three-phase six-beat stepping motor core, use the button to switch on/off to achieve the step motor control, reverse, and positive and reverse parking switch without having to go through these steps. Second can be achieved through control of the button control to

12、 high, medium and low speed.Keywords: PLC control；Programmable controller；Three-phase six-shot；Stepping Motor；Both positive and negative transfer motor目錄 TOC o 1-3 t h z u HYPERLINK l _Toc16303 第一章 緒論 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 PAGEREF _Toc12672 7 PAGEREF _Toc16730 8 PAGEREF _Toc31355 8步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) PAGEREF _Toc15094 9 PA

13、GEREF _Toc1052 10三相六拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī) PAGEREF _Toc24152 11步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù) PAGEREF _Toc28238 123.8 步進(jìn)電機(jī)主要特點(diǎn) PAGEREF _Toc16173 12 PAGEREF _Toc18878 12第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制要求 PAGEREF _Toc5919 13控制程序框圖及軟件模塊 PAGEREF _Toc9585 13 PAGEREF _Toc7690 14輸入輸出編址 PAGEREF _Toc29885 14狀態(tài)真值表 PAGEREF _Toc28063 154.6 步進(jìn)電機(jī)的IO分配 PAGER

14、EF _Toc4283 164.7梯形圖程序 PAGEREF _Toc12301 20三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制語(yǔ)句表 PAGEREF _Toc25175 22第五章論文總結(jié)及展望 PAGEREF _Toc23588 245.1 論文總結(jié) PAGEREF _Toc14443 245.2 工作展望 PAGEREF _Toc4988 24致謝 PAGEREF _Toc3021 26參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc15042 27 第一章 緒 論設(shè)計(jì)背景目前對(duì)于對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制存在精度和價(jià)格方面的矛盾。因?yàn)楦呔鹊膶?shí)時(shí)演算需要較高性能的DSP芯片，成本較高。因此現(xiàn)在的控制方法是采用大量的硬件電路。這種控

15、制方法的精度不但較低，且成本較高。國(guó)內(nèi)為了省錢就大多數(shù)使用相對(duì)省資源的查表法，但是對(duì)于速度變化范圍很大的控制來(lái)說(shuō)，在低速時(shí)會(huì)由于表本身的精度原因造成穩(wěn)定性變差，噪聲變大的問(wèn)題。這僅僅是低速時(shí)的細(xì)分問(wèn)題。轉(zhuǎn)速越低，對(duì)它控制時(shí)的細(xì)分就越嚴(yán)格。此外還有扭矩的問(wèn)題，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)慢時(shí)，即使細(xì)分也無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的扭矩，這都是控制時(shí)遇到的問(wèn)題。簡(jiǎn)單的說(shuō)，目前普遍存在于步進(jìn)電機(jī)控制中的問(wèn)題就是低速運(yùn)轉(zhuǎn)和低速啟動(dòng)的問(wèn)題。當(dāng)今是科學(xué)技術(shù)及儀器設(shè)備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會(huì)，電子技術(shù)的進(jìn)步，給現(xiàn)代工業(yè)帶來(lái)了質(zhì)的提升。現(xiàn)代電子領(lǐng)域中，PLC的應(yīng)用正在不斷的走向深入，這必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制的日益革新。PLC的控制具有高可靠性、

16、高性價(jià)比。比如在機(jī)械手、液體混合罐、液壓、氣壓等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。PLC在工業(yè)方面的應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。利用PLC采用程序設(shè)計(jì)方法來(lái)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，具有線路相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，而且可以通過(guò)控制按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)。1.2 PLC控制步進(jìn)電機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)時(shí)至今日，軟件以及電子設(shè)備等相關(guān)技術(shù)都有了長(zhǎng)足發(fā)展。雖然軟件的發(fā)展速度比不上硬件的發(fā)展速度那么迅速，但已能滿足現(xiàn)在的工業(yè)需求。對(duì)步進(jìn)電機(jī)的傳統(tǒng)控制通常完全由硬件電路搭接而成。隨著PLC的普及，現(xiàn)在已普遍采用硬件與軟件相結(jié)合的方式對(duì)其進(jìn)行控制，這種控制方法有很

17、多優(yōu)點(diǎn)，比如：可以實(shí)現(xiàn)高精度的控制，降低成本，降低控制難度，簡(jiǎn)化控制電路等。今后步進(jìn)電機(jī)的總體發(fā)展趨勢(shì)是向著低功耗、高頻率精度、多功能、高度自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展。1.3 本設(shè)計(jì)的目的及控制要求 本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容是以西門子S7-200系列PLC（可編程邏輯控制器）為核心控制步進(jìn)電機(jī)，及其相關(guān)外圍電路組成的控制電路設(shè)計(jì)?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)幾個(gè)開關(guān)按鈕的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的方向，以及對(duì)高、中、低速的控制。比如用兩個(gè)開關(guān)分別控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，兩個(gè)開關(guān)分別控制電機(jī)啟動(dòng)和停止，三個(gè)開關(guān)分別控制電機(jī)的高中低轉(zhuǎn)速，使得步進(jìn)電機(jī)的控制更加簡(jiǎn)便。甚至還可以利用更少的開關(guān)來(lái)控制，但為了使得本設(shè)計(jì)更加直觀和易讀，故采

18、用七個(gè)控制開關(guān)。此外，本設(shè)計(jì)更加便于實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)化控制如圖1-1所示： （1）三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三個(gè)繞組: A、B、C 正轉(zhuǎn)通電順序?yàn)椋篈ABBBCCCA 反轉(zhuǎn)通電順序?yàn)椋篈CACBCBAB （2）用5個(gè)開關(guān)控制其工作 I0.2 開關(guān)控制其運(yùn)行 ( 啟 / 停 )。 I1.0 號(hào)開關(guān)控制其低速運(yùn)行 (轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需 0.5 s)。 I1.1 號(hào)開關(guān)控制其高速運(yùn)行 (轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需 0.1 s)。 I0.0 號(hào)開關(guān)控制其轉(zhuǎn)向 ( ON 為正轉(zhuǎn)，OFF 為反轉(zhuǎn) )。圖1-1步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)化控制第二章PLC控制系統(tǒng)2.1 PLC的定義可編程序控制器，英文稱Programmable Cont

19、roller，簡(jiǎn)稱PC。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特

20、別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購(gòu)到所需的PLC后，只需按說(shuō)明書的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐1。PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。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是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字

21、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，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。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)?！?.2 PLC的組成PLC的構(gòu)成： PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機(jī)、輸入/輸出接口、電源擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：圖2-1PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括C

22、PU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 = 1 * GB3 CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)

23、算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 = 2 * GB3 I/O模塊

24、PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊12。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除

25、了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 = 3 * GB3 電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。 = 4 * GB3 底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體2。2.3

26、 PLC的工作原理 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 (一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二) 用

27、戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在

28、下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 (三) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。2.3 PLC的特點(diǎn) = 1 * GB2 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

29、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，電氣接線及開關(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 * GB2 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

30、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 * GB2 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎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)控制打開了方便之門

31、。 = 4 * GB2 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)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，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 * GB2 體積小，重量輕，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。2.4 PLC的運(yùn)用領(lǐng)域目前，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、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛

32、樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類3。 = 1 * GB2 開關(guān)量的邏輯控制 = 2 * GB2 模擬量控制 = 3 * GB2 運(yùn)動(dòng)控制 = 4 * GB2 過(guò)程控制 = 5 * GB2 數(shù)據(jù)處理 = 6 * GB2 通信及聯(lián)網(wǎng)第三章步進(jìn)電機(jī)工作方式的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于受脈沖的控制，其轉(zhuǎn)子的角位移量和速度嚴(yán)格地與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比，通過(guò)控制脈沖數(shù)量來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的；通過(guò)改變通電順序，從而達(dá)到改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向

33、的目的。步進(jìn)電機(jī)的種類很多，按結(jié)構(gòu)可以分為反應(yīng)式、永磁式及混合式步進(jìn)電機(jī)三類，按相數(shù)分則可以分為單相、兩相和多相三種7。1）永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度。2）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。3）混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，它又分為兩相和五相。兩相步進(jìn)角一般分為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 定子、轉(zhuǎn)子是用硅鋼片或其他軟磁材料制成的。定子的每對(duì)極上都繞有一對(duì)繞組，構(gòu)成一相繞組，共三相稱為A、B、C相。圖3-

34、1 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖電機(jī)的位置和速度由繞組通電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由繞組通電的順序決定。三相步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。 定子、轉(zhuǎn)子是用硅鋼片或其他軟磁材料制成的。定子的每對(duì)極上都繞有一對(duì)繞組，構(gòu)成一相繞組，共三相稱為A、B、C相。圖3-2三相步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)在定子磁極和轉(zhuǎn)子上都開有齒分度相同的小齒，采用適當(dāng)?shù)凝X數(shù)配合，當(dāng)A相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)應(yīng)時(shí)，B相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒相互錯(cuò)開1/3齒距，C相則錯(cuò)開2/3齒距8。如圖3-3所示： 圖3-3定子磁極和轉(zhuǎn)子齒分度電機(jī)的位置和速度由繞組通電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由繞組通電的順序決定。(1

35、)步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一周后沒(méi)有累積誤差，具有良好的跟隨性。(2)由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器電路組成的開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，既非常簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非常可靠。同時(shí)，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)。(3)步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。(4)速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩。(5)步進(jìn)電機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流和直流電源。常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)的工作方式有以下三種：1.三相單三拍：A- B- C- A圖3-4三相單三拍工作方式時(shí)序圖2.三相雙三拍：AB - BC - CA - AB圖3-5三相雙三拍工作方式時(shí)

36、序圖3.三相六拍：A - AB - B - BC - C - CA - A圖3-6三相六拍工作方式時(shí)序圖1控制步進(jìn)電機(jī)換向順序通電換向這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三相三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C-D，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A、B、C、D相的通斷5。2控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 3控制步進(jìn)電機(jī)的速度如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 三相六拍步進(jìn)電機(jī)是一典型單定子

37、、徑向分相、反應(yīng)式伺服電機(jī)。其結(jié)構(gòu)原理圖它與普通電機(jī)一樣, 分為定子和轉(zhuǎn)子兩部分, 其中定子又分為定子鐵芯和定子繞組。定子鐵芯由電工鋼片疊壓而成。定子繞組繞制在定子鐵芯上, 六個(gè)均勻分布齒上的線圈, 在直徑方向上相對(duì)的兩個(gè)齒上的線圈串聯(lián)在一起, 構(gòu)成一相控制繞組。三相步進(jìn)電機(jī)可構(gòu)成三相控制繞組, 若任一相繞組通電, 便形成一組定子磁極。在定子的每個(gè)磁極上, 即定子鐵芯上的每個(gè)齒上開了五個(gè)小齒, 齒槽等寬, 齒間夾角為9, 轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組, 只有均勻分布的個(gè)40小齒, 齒槽也是等寬的, 齒間夾角也是, 與磁極上的小齒一致。此外, 三相定子磁極上的小齒在空間位置上依次錯(cuò)開13齒距,。當(dāng)A相磁極上的

38、小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對(duì)齊時(shí), B相磁極上的齒剛好超前或滯后轉(zhuǎn)子齒輪13齒距角, C相磁極齒超前或滯后轉(zhuǎn)子齒23齒距角。圖3-7三相六拍步進(jìn)電機(jī)三相六拍步進(jìn)電機(jī)的工作原理；當(dāng)A相繞組通電時(shí), 轉(zhuǎn)子的齒與定子AA上的齒對(duì)齊。若A相斷電, B相通電, 由于磁力的作用, 轉(zhuǎn)子的齒與定子BB上的齒對(duì)齊, 轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)3, 如果控制線路不停地按A的循環(huán)順序控制步進(jìn)電機(jī)繞組的通電、斷電, 步進(jìn)電機(jī)的 TOC o 1-3 h z u ，原理與三相三拍相同,從而形成三相六拍, 其通電順序?yàn)椋?它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，這個(gè)步距角可以稱之為“電機(jī)固

39、有步距角”，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)5。 。在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則“相數(shù)”將變得沒(méi)有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。 保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(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)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說(shuō)2Nm的步進(jìn)電機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2Nm的步進(jìn)電機(jī)。 鉗制

40、轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)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)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒(méi)有鉗制轉(zhuǎn)矩。 3.8 步進(jìn)電機(jī)主要特點(diǎn)1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。2）步進(jìn)電機(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)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。3）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(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

41、動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。4）步進(jìn)電機(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)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(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)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)，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。步進(jìn)電機(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、機(jī)械手臂和錄像機(jī)等。另外步進(jìn)電機(jī)

42、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)可以很方便的控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角位移，且步進(jìn)電機(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)控制頻率很方便的改變步進(jìn)電機(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)電機(jī)可以廣泛的應(yīng)用于各種開環(huán)控制系統(tǒng)中6。第四章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制，主要為兩個(gè)方面：三相繞組的接通與斷開順序控制以及步進(jìn)速度的控制。即：正轉(zhuǎn)順序：AABBBCCCAA；反轉(zhuǎn)順序：AAC C CBBBAA 以及每個(gè)步距角(每個(gè)箭頭)的行進(jìn)速度。圍繞這兩個(gè)主要方面，可提出具體的控制要求如下：(1)可正轉(zhuǎn)起動(dòng)或反轉(zhuǎn)起動(dòng)；(2)運(yùn)行過(guò)程中，正反轉(zhuǎn)可隨時(shí)不停機(jī)切換；(

43、3)步進(jìn)兩種速度可分為高速、低速兩檔，并可隨時(shí)手控變速；(4)停止時(shí)，應(yīng)對(duì)移位寄存器清零，使每次起動(dòng)均從A相開始。由上述具體控制要求，可作出步進(jìn)電機(jī)在起動(dòng)運(yùn)行時(shí)的程序框圖，如圖1所示。以工作框圖為基本依據(jù)，結(jié)合考慮控制的具體要求，首先可將梯形圖程序分成4個(gè)模塊進(jìn)行編程，即模塊1：步進(jìn)速度選擇；模塊2：起動(dòng)、停止和清零；模塊3：移位步進(jìn)控制功能模塊；模塊4：A、B、C三相繞組對(duì)象控制。然后，將各模塊進(jìn)行連接，最后經(jīng)過(guò)調(diào)試、完善、實(shí)現(xiàn)控制要求9。圖4-1 步進(jìn)電機(jī)控制程序流程圖4.3 CPU的選擇本次設(shè)計(jì)要求正反轉(zhuǎn)和高低速控制共五個(gè)輸入接口，控制A,B，C三相繞組三個(gè)輸出接口，所以選用CPU222

44、,六個(gè)輸入，四個(gè)輸出滿足控制要求11。控制步進(jìn)電機(jī)的歌輸入開關(guān)及控制A,B,C三相繞組工作的輸出端在PLC中的I/O編址如表2-1所示。表 4-1編址輸入端編址輸出端步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕控制A相繞組步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕控制B相繞組停止及清零按鈕控制C相繞組低速開關(guān)高速開關(guān)采用位移指令進(jìn)行步進(jìn)控制。每右移1位，電機(jī)前進(jìn)一個(gè)步距角，據(jù)此，可作出位移寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)繞組的狀態(tài)真值表，從而得出三相繞組的控制邏輯關(guān)系式； 正轉(zhuǎn)時(shí) 反轉(zhuǎn)時(shí) 位移寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)繞組狀態(tài)真值表表 4-2 位移寄存器正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)ABCABC0000000000001000001001000100001101010010000101010001000110110000100010100000011011104.6步進(jìn)電機(jī)的IO分配 圖4-4 硬件連接線路圖圖4-5 三相電動(dòng)機(jī)控制電路根據(jù)程序模塊及三相繞組的控制邏輯關(guān)系，即可編寫出梯形圖控制程序，如圖2所示。其中Network l3對(duì)應(yīng)模塊1；Network 46對(duì)應(yīng)模塊2；Network 7 12對(duì)應(yīng)模塊3；Network l316對(duì)