技術(shù)報告數(shù)控十字滑臺的控制

1、機(jī)械專業(yè)技能拓展訓(xùn)練（設(shè)計） 西安文理學(xué)院物理與機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械專業(yè)技能拓展訓(xùn)練（設(shè)計）題 目 數(shù)控十字滑臺的控制 學(xué)生姓名 喬旭 羅納德 指導(dǎo)教師 韋 煒、 焦艷梅 設(shè)計所在單位 西安文理學(xué)院 2014年12月摘要摘要:本篇文章主要進(jìn)行西門子的可編程序控制器的十字滑臺控制系統(tǒng)的設(shè)計。通過對各種控制方法的對比進(jìn)行選擇了用可編程序控制器來控制步進(jìn)電機(jī)，以達(dá)到十字滑臺的工作效果。主要內(nèi)容有十字滑臺控制系統(tǒng)介紹、十字滑臺控制系統(tǒng)硬件選擇、梯形圖與I/O分配。關(guān)鍵字：可編程序控制器；步進(jìn)電機(jī)；十字滑臺 目錄摘要21 十字滑臺控制系統(tǒng)介紹11.1 系統(tǒng)構(gòu)成21.2 位置傳感器31.3 電機(jī)與驅(qū)動裝置

2、52 十字滑臺控制系統(tǒng)硬件選擇62.1 基本結(jié)構(gòu)62.1.1 電源62.1.2 中央處理單元(CPU)62.1.3 存儲器72.1.4 輸入輸出接口電路72.1.5 功能模塊72.2 編輯本段工作原理72.2.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算102.2.2 存儲器容量的估算112.2.3 控制功能的選擇112.2.4 可編程邏輯控制器的類型142.2.5 PLC輸入/輸出類型142.2.6 轉(zhuǎn)換原理153 十字滑臺運動原理173.1 實驗原理173.2 實驗設(shè)備及儀器183.3 關(guān)于步進(jìn)電機(jī)模塊的介紹18參考文獻(xiàn)231 十字滑臺控制系統(tǒng)介紹十字滑臺是許多數(shù)控加工設(shè)備和電子加工設(shè)備。如：數(shù)控車床

3、的縱橫進(jìn)刀裝置 數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的 XY 工作臺，激光加工設(shè)備工作臺，表面貼裝設(shè)備等。 1.1 系統(tǒng)構(gòu)成 十字滑臺控制系統(tǒng)主要由plc運動控制器，伺服（步進(jìn)）電機(jī)及相關(guān)軟件等組成?？刂朴嬎銠C(jī)可以是普通的PlC機(jī)。運動控制器是安裝在計算機(jī)總線擴(kuò)充槽內(nèi)的電機(jī)運動控制卡。如圖所示為十字滑臺機(jī)械本體。它由兩個直線運動單元組成，每個直線運動單元主要包括：工作臺面，滾珠絲桿，導(dǎo)軌，軸承座，基座等部分。通過兩個直線運動單元的組合運動，可以使工作臺面產(chǎn)生兩個自由度 XY 軸方向的平面運動。 圖1-11.2 位置傳感器 系統(tǒng)中常用的位置傳感器包括旋轉(zhuǎn)編碼器和電位器等。 1 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是一種角位移傳

4、感器。它分為光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式三種。從輸出量上可分為增量編碼器和絕對編碼器兩種。其中光電式編碼器是閉環(huán)控制系統(tǒng)中最常用的位置傳感器。2電位器 電位器分為直線型、測量位移和旋轉(zhuǎn)型。旋轉(zhuǎn)型電位器的基本原理是在環(huán)狀電阻兩端加上電壓，通過電刷的滑動，可以直接得到與電刷所在角度，位置相對應(yīng)的電壓、電位器的輸出電壓與阻值無關(guān),所以由于溫度變化而導(dǎo)致的阻值變化對輸出電壓沒有影響。圖1-2 電位器輸出的檢測信號是模擬信號，為了從中提取有用的信息，一般要經(jīng)過兩個處理過程。首先是進(jìn)行放大運算和變換等前置處理，然后通過 A/D 轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入控制器，完成數(shù)字控制。 3運動控制器 運動控制

5、器作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心控制系統(tǒng)已經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，正在逐步取代傳統(tǒng)封閉型的控制系統(tǒng)，被廣大機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計工程師所采用。與此同時與執(zhí)行裝置所配套的伺服驅(qū)動系統(tǒng)也在不斷地發(fā)展。許多系統(tǒng)已經(jīng)具備了各種運動控制功能，對于給定的控制對象，必須根據(jù)控制目標(biāo)選用適當(dāng)?shù)膱?zhí)行與驅(qū)動裝置，然后根據(jù)執(zhí)行與驅(qū)動裝置的功能特征選用合適的運動控制器以最大限度地利用控制與驅(qū)動裝置的功能，降低系統(tǒng)成本。目前被工業(yè)界廣泛采用的交流伺服系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動通常具有力矩控制，速度控制和位置控制等閉環(huán)控制功能，而常用的運動控制器除了具有軌跡規(guī)劃功能外，也具有位置控制和速度控制等閉環(huán)控制功能。如果采用伺服系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制，配套

6、選用的控制器則只需具有軌跡規(guī)劃功能，這樣的運動控制器通常價格比較低廉，而且穩(wěn)定性和可靠性也會比較好。如圖所示。如果選用步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)，該類型控制器也同樣適用。這種類型的運動控制器通常叫做位置脈沖型運動控制器。如果我們想利用伺服驅(qū)動的速度閉環(huán)來完成系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制，則需要選用具有位置閉環(huán)控制功能的運動控制器。如圖所示，這種控制方式通常比第一種控制方式具有更高的精度，但系統(tǒng)的調(diào)整比第一種控制方式復(fù)雜和困難。在這種控制方式下，運動控制器接受位置反饋信號，進(jìn)行位置閉環(huán)控制，向伺服驅(qū)動器輸出模擬電壓控制信號，伺服驅(qū)動裝置接受速度控制信號，完成速度閉環(huán)控制。目前，這種類型的運動控制器也已非常普遍。通

7、常這種驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低。如果伺服驅(qū)動裝置只具有力矩閉環(huán)控制功能， 則需選用具有速度閉環(huán)和位置閉環(huán)控制功能的運動控制器來完成系統(tǒng) 圖1-3的高精度位置和軌跡控制。這種類型的運動控制器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本也會比較高，但對于需要多軸運動控制的系統(tǒng)來說，如果采用具有多軸控制能力的運動控制器，總的系統(tǒng)成本可能會比其它兩種方式還要低廉一些。因為多個驅(qū)動成本的降低幅度會超過一塊運動控制器成本的增加幅度。不過，除了一些能夠配套提供控制器和相應(yīng)驅(qū)動器的生產(chǎn)廠家外，這種控制方式比較少被采用。1.3 電機(jī)與驅(qū)動裝置 根據(jù)驅(qū)動和控制精度的要求，十字滑臺控制系統(tǒng)的執(zhí)行裝置可以分別選用交流伺服電機(jī)，直流伺服電機(jī)，和

8、步進(jìn)電機(jī)。交流伺服電機(jī)具有起動轉(zhuǎn)矩大、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速容易控制、效率高的優(yōu)點。但維護(hù)困難、使用壽命短、速度受到限制。直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制采用電壓控制方式。因為控制電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比、 高加速度、無電刷維護(hù)、環(huán)境要求低等優(yōu)點、但驅(qū)動電路復(fù)雜、價格高。交流伺服電機(jī)的控制分為電壓控制和頻率控制兩種方式。步進(jìn)電機(jī)不需要傳感器、不需要反饋，用于實現(xiàn)開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)可以直接用數(shù)字信號進(jìn)行控制，與plc的接口比較容易。沒有電刷、維護(hù)方便、壽命長、啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)容易控制。步進(jìn)電機(jī)的缺點是能量轉(zhuǎn)換效率低，易失步，輸入脈沖而電機(jī)不轉(zhuǎn)動等。對步進(jìn)電機(jī)的控制包括單相勵磁、雙相勵磁及單、雙相勵磁

9、控制。其中，單相勵磁精度高，但易失步；雙相勵磁輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)子過沖小為步進(jìn)電機(jī)的常用控制方式。但效率低。單、雙相勵磁控制方式分辨率高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。三相異步電機(jī)控制簡單，但沒有精確度，可靠性太差，所以不予考慮。結(jié)論：綜上所述，本次設(shè)計采用步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。2 十字滑臺控制系統(tǒng)硬件選擇2.1 基本結(jié)構(gòu)可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，基本構(gòu)成為： 2.1.1 電源 可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+1

10、0%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 2.1.2 中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸

11、出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 2.1.3 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 2.1.4 輸入輸出接口電路 1現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 2現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電

12、路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。 2.1.5 功能模塊 如計數(shù)、定位等功能模塊。2.2 編輯本段工作原理當(dāng)可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段， 即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 一、輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器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)的單元內(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)也不會改變。

13、因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 二、用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(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)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而

14、其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(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)果會對排在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)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 三、輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和

15、數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 編輯本段功能特點：可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點。 1.使用方便，編程簡單 采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機(jī)知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。 2.功能強(qiáng)，性能價格比高 一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。 3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) PLC產(chǎn)品已經(jīng)

16、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和小型交流接觸器。 硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 4.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少

17、。 PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時間達(dá)到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 5.系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。 PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法來設(shè)計。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計梯形圖的時間比設(shè)計相同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。 PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二

18、極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。 6.維修工作量小，維修方便 PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)?？删幊踢壿嬁刂破骷坝嘘P(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其

19、功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 2.2.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%

20、20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商可編程邏輯控制器的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進(jìn)行圓整。 2.2.2 存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以

21、此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。 2.2.3 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 1、運算功能 簡單可編程邏輯控制器的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通可編程邏輯控制器的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復(fù)雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計選

22、型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。 2、控制功能 控制功能包括PID控制運算、前饋補(bǔ)償控制運算、比值控制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。可編程邏輯控制器主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。

23、 3、通信功能 大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。 可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等；大中型可編程邏輯控制器通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。 可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps，通信負(fù)荷不大于60%。可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式： 1）PC為主站，多臺同型號可編程邏輯控制

24、器為從站，組成簡易可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)； 2）1臺可編程邏輯控制器為主站，其他同型號可編程邏輯控制器為從站，構(gòu)成主從式可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)； 3）可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)； 4）專用可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網(wǎng)絡(luò)）。 為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、）通信處理器。 4、編程功能 離線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能

25、進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。

26、5、診斷功能 可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。 可編程邏輯控制器的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。6、處理速度 可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。 處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前

27、，可編程邏輯控制器接點的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時間約0.20.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.5ms/K；大中型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.2ms/K。 2.2.4 可編程邏輯控制器的類型 可編程邏輯控制器按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。 整體型可編程邏輯控制器的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型可編程邏

28、輯控制器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 2.2.5 PLC輸入/輸出類型 開關(guān)量： 開關(guān)量主要指開入量和開出量，是指一個裝置所帶的輔助點，譬如變壓器的溫控器所帶的繼電器的輔助點（變壓器超溫后變位）、閥門凸輪開關(guān)所帶的輔助點（閥門開關(guān)后變位），接觸器所帶的輔助點（接觸器動作后變位）、熱繼電器（熱繼電器動作后變位），這些點一般都傳給PLC或綜保裝置，電源一般是由PLC或綜保裝置提供的，自己本身不帶電源，所以叫無源接點，也叫PLC或綜保裝置的開入量。 1、數(shù)字量 在時間上和數(shù)量上都是離散的物理量稱為數(shù)字量。把表示

29、數(shù)字量的信號叫數(shù)字信號。把工作在數(shù)字信號下的電子電路叫數(shù)字電路。 例如： 用電子電路記錄從自動生產(chǎn)線上輸出的零件數(shù)目時，每送出一個零件便給電子電路一個信號，使之記1，而平時沒有零件送出時加給電子電路的信號是0，所在為記數(shù)?？梢?，零件數(shù)目這個信號無論在時間上還是在數(shù)量上都是不連續(xù)的，因此他是一個數(shù)字信號。最小的數(shù)量單位就是1個。 圖2-12、模擬量 在時間上或數(shù)值上都是連續(xù)的物理量稱為模擬量。把表示模擬量的信號叫模擬信號。把工作在模擬信號下的電子電路叫模擬電路。 例如： 熱電偶在工作時輸出的電壓信號就屬于模擬信號，因為在任何情況下被測溫度都不可能發(fā)生突跳，所以測得的電壓信號無論在時間上還是在數(shù)量

30、上都是連續(xù)的。而且，這個電壓信號在連續(xù)變化過程中的任何一個取值都是具體的物理意義，即表示一個相應(yīng)的溫度。 2.2.6 轉(zhuǎn)換原理 1. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的系統(tǒng)，一般用低通濾波即可以實現(xiàn)。數(shù)字信號先進(jìn)行解碼，即把數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電平，形成階梯狀信號，然后進(jìn)行低通濾波。 根據(jù)信號與系統(tǒng)的理論，數(shù)字階梯狀信號可以看作理想沖激采樣信號和矩形脈沖信號的卷積，那么由卷積定理，數(shù)字信號的頻譜就是沖激采樣信號的頻譜與矩形脈沖頻譜（即Sa函數(shù)）的乘積。這樣，用Sa函數(shù)的倒數(shù)作為頻譜特性補(bǔ)償，由數(shù)字信號便可恢復(fù)為采樣信號。由采樣定理，采樣信號的頻譜經(jīng)理想低通濾波便得到原來模擬信號的頻譜。

31、一般實現(xiàn)時，不是直接依據(jù)這些原理，因為尖銳的采樣信號很難獲得，因此，這兩次濾波（Sa函數(shù)和理想低通）可以合并（級聯(lián)），并且由于這各系統(tǒng)的濾波特性是物理不可實現(xiàn)的，所以在真實的系統(tǒng)中只能近似完成。 2. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的系統(tǒng)，是一個濾波、采樣保持和編碼的過程。 模擬信號經(jīng)帶限濾波，采樣保持電路，變?yōu)殡A梯形狀信號，然后通過編碼器， 使得階梯狀信號中的各個電平變?yōu)槎M(jìn)制碼。3 十字滑臺運動原理3.1 實驗原理1 步進(jìn)電機(jī)概述：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的機(jī)電執(zhí)行元件。當(dāng)有脈沖信號輸入時，步進(jìn)電機(jī)就一步一步的轉(zhuǎn)動，每個輸入脈沖對應(yīng)電機(jī)的一個固定轉(zhuǎn)角，故稱為步進(jìn)電機(jī)

32、。步進(jìn)電機(jī)屬于同步電機(jī)，多數(shù)情況用做伺服電機(jī)，且控制簡單，工作可靠，能夠得到較高的精度。它是唯一能夠以開環(huán)結(jié)構(gòu)用于數(shù)控機(jī)床的伺服電動機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)按其勵磁相數(shù)可分為三相，四相，五相，六相等；按其工作原理可分為反應(yīng)式、永磁式和混合式三大類。2. 步進(jìn)電機(jī)的基本特點：1）步進(jìn)電機(jī)受脈沖信號的控制。每輸入一個脈沖信號，就變換一磁繞組的通電狀態(tài)，電機(jī)就相應(yīng)的轉(zhuǎn)動一步，因此，電機(jī)的總回轉(zhuǎn)角和輸入脈沖個數(shù)嚴(yán)格成正比關(guān)系，電機(jī)的轉(zhuǎn)速則正比于脈沖的輸入頻率。改變步進(jìn)電機(jī)的定子繞組的通電順序，可以獲得所需要的轉(zhuǎn)向。改變輸入脈沖頻率，則可得到所需要的轉(zhuǎn)速（但是不能超過極限頻率）。2）當(dāng)步進(jìn)電機(jī)脈沖輸入停止時，只要

33、維持繞組的激勵電流不變，電機(jī)保持在原固定位置上，因此可獲得較高的定位精度，不需要安裝機(jī)械制動裝置而達(dá)到精確的制動。3）誤差不長期積累，轉(zhuǎn)角精度高。由于每轉(zhuǎn)過360度后，轉(zhuǎn)子的累積誤差為零，轉(zhuǎn)角精度較高。4）反應(yīng)時間快。5）缺點：效率低，沒有過載能力。6）步距角的大小和通電方式、轉(zhuǎn)子齒數(shù)、定子勵磁繞組的相數(shù)關(guān)系。使用滑臺時應(yīng)注意： 滑臺不能夠運動到兩端盡頭時應(yīng)立即停止，否則容易引起步進(jìn)電機(jī)或者是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器燒壞。因為走到盡頭時，如果不立即停止，步進(jìn)電機(jī)將有很大負(fù)載，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)負(fù)載特性可知，步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載能力很差，所以容易燒壞。3.2 實驗設(shè)備及儀器1.JDY綜合試驗臺 一臺2.多功能電源模塊

34、 一塊3.可編程控制器主機(jī)板模塊及其擴(kuò)展模塊 一塊4.十字滑臺 一臺5.電腦 一臺6.限位開關(guān) 二臺7.PLC數(shù)據(jù)傳輸線 一條8.插接線 若干3.3 關(guān)于步進(jìn)電機(jī)模塊的介紹 一、概述  該驅(qū)動器具有工作電壓范圍寬、效率高，相電流可調(diào)的特點，相電流設(shè)定從0.5-2A，“說明式”的面板設(shè)計使操作使用方便直觀。二、驅(qū)動器的使用說明 圖3-1輸入電源接口： 采用一組直流供電，電壓值為15-36V,電流2A。 VCC接正極,GND接負(fù)極。 警告：電壓不能超出此范圍,否則會造成故障， 注意正負(fù)極性。電 機(jī) 接 口： 對于二相四線電機(jī)，可直接與驅(qū)動器相連(如圖二A)。 對于四相六線電機(jī)，中間兩抽頭

35、懸空不接,其余四線與驅(qū)動器相連(如圖二B)。 對于四相八線電機(jī)，通常有兩種接法:并聯(lián)接法:紅長聯(lián)綠短接至A+,紅短聯(lián)綠長接至A-,黃長聯(lián)藍(lán)短接至B+,黃短聯(lián)藍(lán)長接至B-(如圖二C)。 串聯(lián)接法：紅長接至A+，紅短聯(lián)綠短懸空，綠長接至A-，黃長接至B+，黃短聯(lián)藍(lán)短懸空，藍(lán)長接至B- (如圖4-2 D)。 注意：懸空的接頭要處理好,否則會造成故障.(如圖二) 警告:電機(jī)線不能接錯,否則有可能會損壞本驅(qū)動器。紅長和綠長,及紅短和綠短不能同時短接。圖3-2輸入信號接口：SH2024A型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器內(nèi)部的接口電路都采用光耦信號隔離，見圖(圖3-3) 。 圖3-3 表3-1 OPTO：為輸入信號的公共端，OPTO端須接外部系統(tǒng)的VCC。若VCC為+5V則可直接連接，若VCC大于+5V，則使用到的CP、DIR、FREE端子分別外串接限流電阻R，保證給內(nèi)部光耦提供8-15mA的驅(qū)動電流，參見上表1 DIR：方向電平信號輸入端，高低電平控制電機(jī)正/反轉(zhuǎn)。信號電平的改變應(yīng)錯開CP脈沖下降沿3us以上。FREE：脫機(jī)信號(低電平有效)