波峰焊機(jī)應(yīng)用及原理

1、河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文PLC在糖衣包衣清洗機(jī)上控制的應(yīng)用劉占強(qiáng)專業(yè)班級(jí) 機(jī)電30801 學(xué) 號(hào) 47 指導(dǎo)教師 耿驚濤 成 績(jī) 2010年 5 月Hebei Chemical Medical Vocational and Technical College Thesis PLC in the sugar coating to control the application of washing machine Liu zhan qiangProfessional classes Electrical G30801 Studies, No. 47 Geng Jing-Tao instr

2、uctor Results                          May 2010 摘 要3Abstract4目 錄5前 言6第1章 概 述71.1 PLC的由來(lái)71.2 PLC的分類與特點(diǎn)71.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢(shì)81.4 PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理81.5 PLC的工作方式9第2章 糖衣包衣硅片清洗機(jī)介紹102.1 糖衣包衣硅片清洗機(jī)的

3、介紹102.2 PLC應(yīng)用可行性及優(yōu)越性13第3章糖衣包衣硅片清洗機(jī)PLC控制設(shè)計(jì)143.1 PLC控制清洗機(jī)的程序設(shè)計(jì)143.1.1 PLC的選型143.1.2 可編程控制器的輸入與輸出分配153.1.3 梯形圖與指令表18第4章 總結(jié)26致 謝27參考文獻(xiàn)28附錄28PLC在糖衣包衣清洗機(jī)上控制的應(yīng)用PLC I/O接口接線圖28第1章 概 述1.1 PLC的由來(lái) 20世紀(jì)60年代末，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM）為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新的需要，試圖尋找一種新的生產(chǎn)線控制方法，使之盡可能地減少重新設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)的工作量以及盡量減少控制系統(tǒng)硬連接線的數(shù)量，以降低生產(chǎn)成本，縮短制造

4、周期，減少生產(chǎn)線的故障率，從而有效地提高生產(chǎn)效率。首先，由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出符合上述想法的工業(yè)控制裝置，命名為可編程邏輯控制器，即PLC（Programmable Logic Controller）。1969年，第一臺(tái)PLC在GM公司汽車生產(chǎn)上首次運(yùn)行，成功地取代了沿用多年的繼電器控制器系統(tǒng)，盡管當(dāng)時(shí)的PLC功能僅具有邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能,但卻標(biāo)志著一種新型的工業(yè)控制裝置問(wèn)世。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，20世紀(jì)70年代中期又出現(xiàn)了微處理器和微型計(jì)算機(jī)，這些新技術(shù)很快被用到PLC之中，使得PLC不僅具有邏輯控制功能，而且還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳遞等功能，從而成為

5、具有計(jì)算機(jī)功能的新型工業(yè)控制裝置。1980年美國(guó)電器制造商協(xié)會(huì)(NEMA)正式將其命名為可編程控制器(Programmable Controller)簡(jiǎn)稱PC。1.2 PLC的分類與特點(diǎn)PLC一般可按I/O點(diǎn)數(shù)和結(jié)構(gòu)形式分類。按I/O點(diǎn)數(shù)可分為小型、中型和大型幾類。一般小于512點(diǎn)為小型PLC。5122048點(diǎn)為中型，2048點(diǎn)以上為大型PLC。按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式和模塊式兩類。整體式PLC又稱為單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I/O部件都集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi),其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低。模塊式PLC是將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊,如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊和各種功能

6、模塊。有時(shí)可根據(jù)需要將整體式和模塊式結(jié)合起來(lái),稱為疊裝式PLC。它除基本單元和擴(kuò)展單元外,還有擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊,配置比較合理。PLC的特點(diǎn):1可靠性高2編程簡(jiǎn)單3通用性強(qiáng)4體積小、結(jié)構(gòu)緊湊,安裝、維修方便。1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢(shì)PLC已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的機(jī)械、冶金、化工、汽車、輕工等行業(yè)中。若按應(yīng)用類型來(lái)劃分,PLC的應(yīng)用領(lǐng)域大致可分為如下幾個(gè)領(lǐng)域。1、開(kāi)關(guān)邏輯控制2、閉環(huán)構(gòu)成控制3、位置控制4、監(jiān)控系統(tǒng)5、分布式系統(tǒng)。PLC的發(fā)展趨勢(shì)：1、向高速度、大存儲(chǔ)容量方向發(fā)展；2、向多品種方向發(fā)展；3、編程語(yǔ)言多樣化；4、發(fā)展智能模塊；5、加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)和通信功能。1.4 PLC的結(jié)構(gòu)和

7、工作原理PLC主要有中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM、ROM)、輸入/輸出部件(I/O)、電源和編程器幾大部分組成。PLC是以微機(jī)處理器為核心的數(shù)值式電子、電氣自動(dòng)控制裝置,也可以說(shuō)是一種專用微型計(jì)算機(jī)。各種PLC的具體結(jié)構(gòu)雖然多種多樣,但組成的一般原理基本相同，即都是以微處理器為核心，并輔以外圍電路和I/O單元等硬件所構(gòu)成的。正像通用的微機(jī)一樣,PLC的各種功能的實(shí)現(xiàn),不僅基于其硬件的作用,而且要靠其軟件的支持。實(shí)際上，PLC就是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其系統(tǒng)組成、工作原理、操作使用原理都與計(jì)算機(jī)相同。PLC的操作是按其程序要求進(jìn)行的，而程序是用程序語(yǔ)言表達(dá)的。表達(dá)方式有多種多樣，不同的P

8、LC生產(chǎn)廠家，不同的機(jī)種，采用的表達(dá)方式也不相同。但基本上可歸納為字符表達(dá)式(即用文字符號(hào)來(lái)表達(dá)程序,如語(yǔ)句表程序表達(dá)方式)和圖形符號(hào)表達(dá)方式(即用圖形符號(hào)來(lái)表達(dá)程序,如梯形圖程序表達(dá)方式)這兩大類。也有將這兩種方式結(jié)合起來(lái)表示PLC的程序。（1）梯形圖 PLC的梯形圖編程語(yǔ)言與傳統(tǒng)的“繼電、接觸”控制原理圖十分相似，它形象、直觀、實(shí)用,為廣大電氣技術(shù)人員所熟知。這種變成語(yǔ)言繼承了傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，使得程序直觀易讀。當(dāng)今世界各國(guó)的PLC制造家所生產(chǎn)的PLC大都采用梯形圖語(yǔ)言編程。（2）指令表 用指令表所描述的編程方式是一種與計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言相類似的

9、助記符編程方式。由于不同型號(hào)的PLC的表識(shí)符和參數(shù)表示方法不一，所以無(wú)千篇一律的格式。（3）邏輯符號(hào)圖 采用邏輯符號(hào)圖表示控制邏輯時(shí),首先要定義某些邏輯符號(hào)的功能和變量函數(shù)，它類似于“與”、“或”、“非”邏輯電路結(jié)構(gòu)的編程方式。一般來(lái)說(shuō)，用這三種邏輯能夠表達(dá)所有的控制邏輯。這是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)頒布的PLC編程語(yǔ)言之一。（4）高級(jí)語(yǔ)言編程 隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)推出的PLC，尤其是大型的PLC，已開(kāi)始用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程。許多PLC采用類似PASCAL語(yǔ)言的專用語(yǔ)言，系統(tǒng)軟件具有這種專用語(yǔ)言編程的自動(dòng)編譯程序。采用高級(jí)語(yǔ)言編程后，用戶可以像使用普通微型計(jì)算機(jī)一樣操作PLC。除了完成邏輯

10、控制功能外，還可以進(jìn)行PID調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集和處理以及與計(jì)算機(jī)通信等。1.5 PLC的工作方式通常把PLC看作是由等效的繼電器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器等元件組成的裝置。PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，其工作過(guò)程可分為:內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段，整個(gè)過(guò)程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。在內(nèi)部處理階段,PLC檢查CPU模塊內(nèi)部硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視計(jì)時(shí)器，以及完成其他一些內(nèi)部處理。在通信處理階段，PLC與帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。在PLC處于停止運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，除完成上述操作外，還要完

11、成輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理工作。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電子設(shè)備的需求越來(lái)越大、對(duì)電子設(shè)備的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。在電子設(shè)備制造中，波峰焊機(jī)是一種很重要的焊接設(shè)備。因此其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)劣直接影響著焊接的質(zhì)量。目前，用于波峰焊機(jī)控制系統(tǒng)的主要有PLC和工控機(jī)。因?yàn)榭删幊炭刂破?PLC)的可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、容易擴(kuò)展、便于維護(hù)和升級(jí)。所以，選定西門(mén)子S7-200系列PLC作為主控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)波峰焊機(jī)的有效控制。下面就具體介紹該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和算法研究。2 基本方案控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的波峰焊機(jī)主要包括控制器部分和電氣部分?？刂葡到y(tǒng)的核心部分包括控制器、變頻器控制、輸送鏈控制、溫度控

12、制等等。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1 波峰焊機(jī)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖2.1 上位機(jī)監(jiān)控利用工控機(jī)作為上位機(jī)。由它運(yùn)行監(jiān)控軟件。它操作簡(jiǎn)單、思路清晰、界面友好。上位機(jī)軟件主要包括以下幾個(gè)模塊:(1) 數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)模塊上位機(jī)軟機(jī)每隔1s向可編程控制器發(fā)送讀溫度命令，然后接受控制器返回的溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)錯(cuò)誤校驗(yàn)以后進(jìn)行存儲(chǔ)并顯示。(2) 數(shù)據(jù)查詢模塊上位機(jī)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)可以按照不同的規(guī)則進(jìn)行查詢以供分析，系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)也可以進(jìn)行查詢。(3) PID參數(shù)整定模塊雖然PID算法大部分是在下位機(jī)完成，但是上位機(jī)也可以根據(jù)需要調(diào)整參數(shù)kp、ki、kd的初始值。同時(shí)，為了更好的發(fā)揮上位機(jī)軟件的強(qiáng)大作用也可以進(jìn)行神

13、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家控制、學(xué)習(xí)控制等智能算法的應(yīng)用。(4) 通訊模塊主要負(fù)責(zé)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)交換及數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。2.2 溫度控制溫度控制是波峰焊機(jī)控制系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)利用K型熱電偶采集溫度信號(hào)。它通過(guò)控制固態(tài)繼電器的輸出來(lái)調(diào)節(jié)占空比，從而改變電阻絲兩端的有效電壓，達(dá)到控制溫度的目的。在很多工業(yè)控制過(guò)程中一般都采用PID控制，特別是對(duì)于純滯后、大慣性的溫度控制。PID控制是按照實(shí)際溫度和設(shè)定溫度偏差的比例、積分、微分產(chǎn)生控制作用，實(shí)際運(yùn)行效果和理論分析表明，這種控制規(guī)律可以得到比較滿意的結(jié)果。2.3 步進(jìn)電機(jī)控制在波峰焊機(jī)控制系統(tǒng)中有三種步進(jìn)電機(jī):鏈幅調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)、流量控制步進(jìn)電機(jī)和噴嘴移動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步

14、進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)變換成角位移的一種機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它受脈沖信號(hào)控制，角位移與輸入脈沖個(gè)數(shù)構(gòu)成嚴(yán)格的正比例關(guān)系，每輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。它具有定位精度高、慣性小、無(wú)積累誤差、啟動(dòng)性能好等特點(diǎn)。因此，它廣泛應(yīng)用于要求精密定位的旋轉(zhuǎn)或線性運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)。PLC輸出的脈沖信號(hào)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的目的。.步進(jìn)電機(jī)的種類 步進(jìn)電機(jī)的分類方式很多，常見(jiàn)的分類方式有按產(chǎn)生力矩的原理、按輸出力矩的大小以及按定子和轉(zhuǎn)子的數(shù)量進(jìn)行分類等。根據(jù)不同的分類方式，可將步進(jìn)電機(jī)分為多種類型，如表5-1所示。 表5-1 步進(jìn)電機(jī)的分類分  類  方  式&

15、#160;               具  體  類  型按力矩產(chǎn)生的原理（1）反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，由被激磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行（2）激磁式：定、轉(zhuǎn)子均有激磁繞組（或轉(zhuǎn)子用永久磁鋼），由電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行按輸出力矩大小（1）伺服式：輸出力矩在百分之幾之幾至十分之幾（N·m）只能驅(qū)動(dòng)較小的負(fù)載，要與液壓扭矩放大器配用，才能驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等較大的負(fù)載（2）功率式：輸出力矩在5-50 N·m以上

16、，可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等較大的負(fù)載按定子數(shù)（1）單定子式（2）雙定子式（3）三定子式（4）多定子式按各相繞組分布（1）徑向分布式：電機(jī)各相按圓周依次排列（2）軸向分布式：電機(jī)各相按軸向依次排列2.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)目前，我國(guó)使用的步進(jìn)電機(jī)多為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。在反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)中，有軸向分相和徑向分相兩種，如表5-1所述。圖5-2是一典型的單定子、徑向分相、反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)的結(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心和定子繞組。定子鐵心由電工鋼片疊壓而成，其形狀如圖中所示。定子繞組是繞置在定子鐵心6個(gè)均勻分布的齒上的線圈，在直徑方向上相對(duì)的兩個(gè)齒上的線圈串聯(lián)在一起，

17、構(gòu)成一相控制繞組。圖5-2所示的步進(jìn)電機(jī)可構(gòu)成三相控制繞組，故也稱三相步進(jìn)電機(jī)。若任一相繞組通電，便形成一組定子磁極，其方向即圖中所示的NS極。在定子的每個(gè)磁極上，即定子鐵心上的每個(gè)齒上又開(kāi)了5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40個(gè)小齒，齒槽也是等寬的，齒間夾角也是9°，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(kāi)1/3齒距，如圖5-3所示。當(dāng)A相磁極上的小齒與轉(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1/3齒距角，C相磁極齒超前(或滯后)轉(zhuǎn)子齒2/3齒距角。圖5-2 單定子徑向分相反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)

18、原理圖 圖5-3 步進(jìn)電機(jī)的齒距  圖5-4是一個(gè)五定子、軸向分相、反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。從圖中可以看出，步進(jìn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子在軸向分為五段，每一段都形成獨(dú)立的一相定子鐵心、定子繞組和轉(zhuǎn)子，圖5-5所示的是其中的一段。各段定子鐵心形如內(nèi)齒輪，由硅鋼片疊成。轉(zhuǎn)子形如外齒輪，也由硅鋼片制成。各段定子上的齒在圓周方向均勻分布，彼此之間錯(cuò)開(kāi)1/5齒距，其轉(zhuǎn)子齒彼此不錯(cuò)位。當(dāng)設(shè)置在定子鐵心環(huán)形槽內(nèi)的定子繞組通電時(shí)，形成一相環(huán)形繞組，構(gòu)成圖中所示的磁力線。除上面介紹的兩種形式的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)之外，常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)還有永磁式步進(jìn)電機(jī)和永磁反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，它們的結(jié)構(gòu)雖不相同，但工作

19、原理相同。3.步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的作用原理。圖5-6是一種最簡(jiǎn)單的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，下面以它為例來(lái)說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)的工作原理。圖5-6(a)中，當(dāng)A相繞組通以直流電流時(shí)，根據(jù)電磁學(xué)原理，便會(huì)在AA方向上產(chǎn)生一磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)電磁力的作用下，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的齒與定子AA磁極上的齒對(duì)齊。若A相斷電，B相通電，這時(shí)新的磁場(chǎng)其電磁力又吸引轉(zhuǎn)子的兩極與BB磁極齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)60°。通常，步進(jìn)電機(jī)繞組的通斷電狀態(tài)每改變一次，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角。因此，圖5-6(a)所示步進(jìn)電機(jī)的步距角等于60°。如果控制線路不停地按ABCA的順序控制步進(jìn)電機(jī)繞組

20、的通斷電，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子便不停地順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。若通電順序改為ACBA，同理，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子將逆時(shí)針不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。圖5-4 五定子徑向分相反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 圖5-5 一段定子、轉(zhuǎn)子及磁回路上面所述的這種通電方式稱為三相三拍。還有一種三相六拍的通電方式，它的通電順序是：順時(shí)針為A AB B BC C CA A ；逆時(shí)針為A AC C CB B BA A。若以三相六拍通電方式工作，當(dāng)A相通電轉(zhuǎn)為A和B同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子的磁極將同時(shí)受到A相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)和B相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)的共同吸引，轉(zhuǎn)子的磁極只好停在A和B兩相磁極之間，這時(shí)它的步距角等于30°。當(dāng)由A和B兩相同時(shí)通電轉(zhuǎn)為B

21、相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子磁極再沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°，與B相磁極對(duì)齊。其余依此類推。采用三相六拍通電方式，可使步距角縮小一半。圖5-6 步進(jìn)電機(jī)工作原理圖圖5-6(b)中的步進(jìn)電機(jī)，定子仍是A ，B ，C三相，每相兩極，但轉(zhuǎn)子不是兩個(gè)磁極而是四個(gè)。當(dāng)A相通電時(shí)，是1和3極與A相的兩極對(duì)齊，很明顯，當(dāng)A相斷電、B相通電時(shí)，2和4極將與B相兩極對(duì)齊。這樣，在三相三拍的通電方式中，步距角等于30°，在三相六拍通電方式中，步距角則為15°。綜上所述，可以得到如下結(jié)論：(1) 步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)確定的角度，即步進(jìn)電機(jī)的步距角；(2) 改變步進(jìn)電機(jī)定子

22、繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變；(3) 步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高；(4) 步進(jìn)電機(jī)步距角與定子繞組的相數(shù)m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z、通電方式k有關(guān)，可用下式表示：      (5-1)式中m相m拍時(shí)，k=1；m相2m拍時(shí)，k=2；依此類推。對(duì)于圖5-2所示的單定子、徑向分相、反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)它以三相三拍通電方式工作時(shí)，其步距角為若按三相六拍通電方式工作，則步距角為4.步進(jìn)電機(jī)的主要特性(1) 步距角。步進(jìn)電機(jī)的步距角 是反映步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)

23、子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。它是決定步進(jìn)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)。數(shù)控機(jī)床中常見(jiàn)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為 。步距角越小，數(shù)控機(jī)床的控制精度越高。(2) 矩角特性、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mjmax和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mq。矩角特性是步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)重要特性，它是指步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 與失調(diào)角 的變化規(guī)律。(3) 啟動(dòng)頻率fq?？蛰d時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行所允許的最高頻率，稱為啟動(dòng)頻率或突跳頻率。若啟動(dòng)時(shí)頻率大于突跳頻率，步進(jìn)電機(jī)就不能正常啟動(dòng)?？蛰d啟動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)變化的頻率不能高于該突跳頻率。(4) 連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率fmax。步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，它所能接受的，即保證不丟步

24、運(yùn)行的極限頻率，稱為最高工作頻率。它是決定定子繞組通電狀態(tài)最高變化頻率的參數(shù)，它決定了步進(jìn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。(5)加減速特性。步進(jìn)電機(jī)的加減速特性是描述步進(jìn)電機(jī)由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過(guò)程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時(shí)間的關(guān)系。當(dāng)要求步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)到大于突跳頻率的工作頻率時(shí)，變化速度必須逐漸上升；同樣，從最高工作頻率或高于突跳頻率的工作頻率停止時(shí)，變化速度必須逐漸下降。逐漸上升和下降的加速時(shí)間、減速時(shí)間不能過(guò)小，否則會(huì)出現(xiàn)失步或超步。我們用加速時(shí)間常數(shù)Ta和減速時(shí)間常數(shù)Td來(lái)描述步進(jìn)電機(jī)的升速和降速特性，如圖5-8所示。 2.4 網(wǎng)絡(luò)通訊上位機(jī)監(jiān)控軟件和S7-200

25、可編程控制器之間以及PLC和變頻器之間用RS-485連接。通信協(xié)議是基于S7-200自由口通訊的Modbus協(xié)議。Modbus協(xié)議是MODICON公司為其生產(chǎn)PLC設(shè)計(jì)的一種通訊協(xié)議。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)。它描述了控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程，回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄，制定了消息域結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的公共格式。上位機(jī)和PLC的通信使用主從結(jié)構(gòu)，采用請(qǐng)求響應(yīng)方式，主站發(fā)出帶有從站地址的請(qǐng)求報(bào)文，具有該地址的從站收到后發(fā)出響應(yīng)報(bào)文進(jìn)行應(yīng)答。Modbus協(xié)議有ASCII和RTU兩種報(bào)文傳輸模式，在設(shè)置每個(gè)站的串口通信參數(shù)時(shí)，Modbus網(wǎng)絡(luò)上所有的站都必須選擇相同

26、的傳輸模式和串口參數(shù)。本系統(tǒng)中我們采用RTU模式進(jìn)行傳輸。如圖2所示RTU通信幀的基本結(jié)構(gòu)。圖2 RTU通信幀的基本結(jié)構(gòu)在下位機(jī)PLC中使用Modbus從站協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)。在用戶程序中調(diào)用Modbus從站指令。如圖3所示，MBUS_INIT指令用來(lái)設(shè)置或改變Modbus通信參數(shù)。該指令應(yīng)只在一個(gè)掃描周期內(nèi)執(zhí)行，一般用在首次掃描時(shí)工作一個(gè)掃描周期的SM0.1的常開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)它。程序中只能使用一條MBUS_SLAVE指令，每次掃描都應(yīng)調(diào)用該指令，以響應(yīng)接收到的通信請(qǐng)求。圖3 Modbus從站協(xié)議指令3 軟件設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)波峰焊機(jī)控制系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。整個(gè)系統(tǒng)分為監(jiān)控子系統(tǒng)和溫控子系統(tǒng)。

27、其中監(jiān)控子系統(tǒng)主要完成對(duì)各個(gè)輸入點(diǎn)的監(jiān)視，若有異常情況發(fā)生，迅速做出處理，并對(duì)輸出進(jìn)行控制，并且根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行故障處理和報(bào)警。同樣，溫控子系統(tǒng)主要完成的功能有:定時(shí)選通A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采樣、濾波、標(biāo)度變換、存儲(chǔ);定時(shí)對(duì)處理好的采樣值進(jìn)行PID計(jì)算，輸出控制脈沖;接受中斷請(qǐng)求，處理上位機(jī)發(fā)送的命令、狀態(tài)，上傳溫度值等等。圖4和圖5分別是監(jiān)控子系統(tǒng)和溫控子系統(tǒng)的軟件框圖。圖4 監(jiān)控子系統(tǒng)軟件框圖圖5 溫控子系統(tǒng)軟件框圖 3.2 模糊PID參數(shù)自整定算法研究由于電阻爐溫度是一種大慣性、純滯后的控制對(duì)象，因此PID算法的參數(shù)很難確定。一般的參數(shù)整定方法就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定其參數(shù)初值，然后根據(jù)具體工藝條件再進(jìn)行調(diào)整。這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力還不準(zhǔn)確，所以項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了基于繼電反饋的模糊PID參數(shù)自整定方法。模糊控制器是以人的控制經(jīng)驗(yàn)作為控制的知識(shí)模型，以模糊集合、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理作為控制算法的數(shù)學(xué)工具，并利用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種智能控制器?？刂破鞯妮敵龊蛥?shù)的調(diào)整是通過(guò)過(guò)程函數(shù)的邏輯模型產(chǎn)生的，改善模糊控制特性的最有效方法是優(yōu)化控制規(guī)則。圖6為模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。圖6 模