基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1 緒論在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制是按照邏輯條件進(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)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，1968年美國(guó)通運(yùn)公司提出取代電氣控制裝置要求，第二年，美國(guó)數(shù)字公司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邏輯控制器。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程邏輯控制器的功能特點(diǎn)，可編程控制器定名為PLC。PLC控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控化工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵組成部分，研究PLC控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可進(jìn)一步提高其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。PLC作為簡(jiǎn)單化了的計(jì)算機(jī)，功能

2、完備、靈活、通用、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜、可現(xiàn)場(chǎng)修改程序、體積小、硬件維護(hù)方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在全世界廣泛應(yīng)用，為生產(chǎn)生活帶來(lái)巨大效益方便。因此，通過(guò)研究PLC來(lái)控制運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)精確定位控制，又能降低控制成本，還有利于維護(hù)。以往的電動(dòng)機(jī)需要靠驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制，隨著技術(shù)不斷發(fā)展完善，PLC通過(guò)自身輸出脈沖接入并控制電動(dòng)機(jī)，這樣就有利于對(duì)運(yùn)動(dòng)精確控制。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展的最快時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人及接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在運(yùn)領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系

3、統(tǒng)?；陔妱?dòng)機(jī)良好的控制和準(zhǔn)確定位特性，被廣泛應(yīng)用在精確定位方面，諸如數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、扎鋼機(jī)、自動(dòng)控制計(jì)算裝置、自動(dòng)記錄儀表等自動(dòng)控制領(lǐng)域。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)時(shí)無(wú)法取代的。本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是由系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。其中，硬件設(shè)計(jì)主要包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理分析、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)及PLC工作原理及PLC作用驅(qū)動(dòng)器且驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)原理設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)包括主程序以及其他輔助控制程序設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、及轉(zhuǎn)向控制。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)

4、機(jī)的功能也越來(lái)越強(qiáng)大并得到廣泛應(yīng)用，繼續(xù)研究PLC對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，對(duì)提高控制精度、提高響應(yīng)速度和提高能源利用率等有著重要意義。2 可編程序控制器（PLC）簡(jiǎn)介2.1PLC的基本概述PLC的定義可編程控制器是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱PC)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器任簡(jiǎn)稱PLC。PLC即可編程控制器，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。

5、在1987年國(guó)際電工委員會(huì)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)?！盤LC的基本組成PLC是一種面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，它具有一般計(jì)算機(jī)類似的結(jié)構(gòu)，也是由硬件和軟件組成。由中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、編程器、電源等幾部分組成。PLC內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)

6、框圖如圖2.1所示。a.中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的核心，他通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)器、I/O接口相連，其主要作用是執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件，從輸入接口讀取各個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，根據(jù)梯形圖程序進(jìn)行邏輯處理，并將處理結(jié)果輸出到輸出接口。b.存儲(chǔ)器 PLC的存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或程序的。存儲(chǔ)器中的程序包括系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序。系統(tǒng)程序用來(lái)管理控制系統(tǒng)的運(yùn)行，解釋執(zhí)行應(yīng)用程序，存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器ROM中。應(yīng)用程序即用戶程序，一般存放在隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中，由后備電池維持其在一定時(shí)間內(nèi)不丟失。也可將用戶程序固化到只讀存儲(chǔ)器中，永久保存。c.電源 電源的作用是吧外部供應(yīng)的電源變換成系

7、統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源。有的電源單元還向外提供24V直流電，可供開(kāi)關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)源開(kāi)關(guān)等使用。電源單元還包括掉電保護(hù)電路和后備電池電源，以保持RAM在外部電源斷電后存儲(chǔ)內(nèi)容不丟失。PLC的電源一般采用開(kāi)關(guān)電源，其特點(diǎn)是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。圖2.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖d.I/O接口電路 I/O接口是CPU與現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備聯(lián)系的橋梁。輸入接口接收和和采集輸入信號(hào)。數(shù)字量或開(kāi)關(guān)量輸入接口用來(lái)接收從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、壓力微電器等來(lái)的數(shù)字量輸入信號(hào)；模擬量輸入接口用來(lái)接收電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號(hào)。輸入

8、信號(hào)通過(guò)接口電路轉(zhuǎn)化成適合CPU處理的數(shù)字信號(hào)。為防止各種干擾信號(hào)和高低壓信號(hào)，輸入接口一般要加光電耦合器進(jìn)行隔離。輸出接口電路將內(nèi)部電路輸出的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。數(shù)字量輸出模塊用來(lái)控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來(lái)控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。為保證PLC可靠安全的工作，輸出接口電路采取電氣隔離措施。輸出接口電路分為繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出三種，目前，一般采用繼電器輸出方式。e.編程器 編程器是用來(lái)輸入和編輯程序，也可以用來(lái)監(jiān)視PLC運(yùn)行時(shí)各編程元件的工作狀態(tài)。編程器是由鍵盤、顯示器、工作方式開(kāi)

9、關(guān)以及與PLC的通信接口等幾部分組成。一般情況下只在程序輸入、調(diào)試階段和檢修時(shí)使用，所以一臺(tái)編程器可供應(yīng)多臺(tái) PLC使用。 PLC的工作原理與掃描技術(shù)可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中，可編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段（見(jiàn)圖2.2a）?？删幊绦蚩刂破?/p>

10、的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來(lái)看，處理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的。在內(nèi)部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 a b 圖2.2 PLC的工作原理示意圖 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的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。當(dāng)可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破魈幱谶\(yùn)行（RUN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外3個(gè)階段的操作（見(jiàn)圖2.2b），圖中僅畫出了與用戶程序執(zhí)行過(guò)程有關(guān)的3個(gè)階段。可編程序控制器在RU

11、N工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次上圖所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過(guò)嚴(yán)格地來(lái)說(shuō)掃描周期還包括自診斷、通信等,如圖2.3所示。圖2.3 PLC的掃描運(yùn)行方式示意圖a.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)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

12、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。 b.用戶程序執(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

13、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。 c.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。2.2PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則a.最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求。b.在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。c.保證控制系

14、統(tǒng)安全可靠。e.考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量。2.3PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語(yǔ)言PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機(jī)、將程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)軟件由PLC廠家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干預(yù)。 用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求，用PLC的程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用STEP7來(lái)進(jìn)行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。

15、a.PLC提供的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言也是我們最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn)：（1）它是一種圖形語(yǔ)言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。（2）梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開(kāi)和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開(kāi)關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。（3）梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。（4）內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。（5）PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中

16、可以當(dāng)做條件使用。b.語(yǔ)句表語(yǔ)言，類似于匯編語(yǔ)言。c.邏輯功能圖語(yǔ)言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來(lái)表達(dá)，一般一個(gè)運(yùn)算框表示一個(gè)功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。2.4PLC的特點(diǎn)a.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

17、，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。 b.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。可以用于各種規(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

18、常容易。 c.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(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。 d.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

19、的生產(chǎn)場(chǎng)合。e.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。2.5PLC的應(yīng)用目前，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)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。a.順序控制 這是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代了傳統(tǒng)的繼電器控制。PLC應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制，例如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等等。b.運(yùn)動(dòng)控制 PL

20、C可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(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)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)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c.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PID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)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、

21、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。d.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)。e.通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出

22、各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)介3.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)概述與特性3.1.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)概述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)變換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件，它實(shí)際上是一種單相或多相同步電動(dòng)機(jī)。單相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動(dòng)，用途很廣。使用多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，單路電脈沖信號(hào)可先通過(guò)脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號(hào)，在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組。每輸入一個(gè)脈沖到脈沖分配器，電動(dòng)機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（稱為步距角）。正常情況下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正

23、比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制。3.1.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使用的是脈沖信號(hào)，而脈沖是數(shù)字信號(hào)，這恰是計(jì)算機(jī)所擅長(zhǎng)處理的數(shù)據(jù)類型。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)出了專用的IC驅(qū)動(dòng)電路，今天在打印機(jī)、磁盤器等裝置的位置控制中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都是不可缺少的組成部分之一?？傮w上說(shuō)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：a.不需要反饋，控制簡(jiǎn)單。b.與微機(jī)的連接、速度控制（啟動(dòng)、停止和反轉(zhuǎn)）及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。c.沒(méi)有角累積誤差。d.停止時(shí)也可保持轉(zhuǎn)距。e.沒(méi)有轉(zhuǎn)向器等機(jī)

24、械部分，不需要保養(yǎng)，故造價(jià)較低。f.即使沒(méi)有傳感器，也能精確定位。g.根椐給定的脈沖周期，能夠以任意速度轉(zhuǎn)動(dòng)。但是，這種電動(dòng)機(jī)也有自身的缺點(diǎn)。h.難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩i.不宜用作高速轉(zhuǎn)動(dòng)j.在體積重量方面沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，能源利用率低。k.超過(guò)負(fù)載時(shí)會(huì)破壞同步，高速工作時(shí)會(huì)發(fā)出振動(dòng)和噪聲。3.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類與工作原理3.2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按形狀區(qū)分，有旋轉(zhuǎn)式和直線式。按勵(lì)磁相數(shù)來(lái)分，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三相、四相、五相和六相。根據(jù)工作原理，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為反應(yīng)式、永磁式和混合式三種。本次設(shè)計(jì)只研究旋轉(zhuǎn)式。a.反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（VR） 其采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

25、，生產(chǎn)成本低，步距角可以做的相當(dāng)小，但動(dòng)態(tài)性能相對(duì)較差。b.永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（PM） 其轉(zhuǎn)子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側(cè)配置齒狀定子。用轉(zhuǎn)子和定子之間的吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)步的角度一般是7.50。它的出力大，動(dòng)態(tài)性能好；但步距角一般比較大。c.混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（HB） 這是PM和VR的復(fù)合產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突起結(jié)構(gòu)。此類電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是性能較好的一類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，在計(jì)算機(jī)相關(guān)的設(shè)備中多用此類電動(dòng)機(jī)。3.2.2反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其定子和轉(zhuǎn)子均由硅鋼片組

26、成，定子上有若干對(duì)磁極，磁極上有控制繞組。在轉(zhuǎn)子的圓柱面上均勻分布有小齒。依靠定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙磁場(chǎng)吸力的作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子向氣隙磁場(chǎng)減少的位置方向轉(zhuǎn)動(dòng)。三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子有6個(gè)均勻的磁極，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極組成一組相，即有A-A´、B-B´、C-C´三相，假定轉(zhuǎn)子有均勻分布的4個(gè)齒，A、B、C三對(duì)磁極依次產(chǎn)生時(shí)便引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。如下圖3.1a所示，如果先使A相繞組通電，其相應(yīng)的定子和轉(zhuǎn)子齒之間就會(huì)產(chǎn)生磁吸力，使轉(zhuǎn)子的1、3兩個(gè)齒與定子的A相磁極對(duì)齊。然后，A相斷電，再使B相繞組通電并使該磁極產(chǎn)生磁通，由圖3.1b所示看到其轉(zhuǎn)子的2、4兩個(gè)齒與B相磁

27、極對(duì)齊。如果按照ABCA的順序通電，轉(zhuǎn)子則按逆時(shí)針?lè)较蛞徊讲睫D(zhuǎn)動(dòng)，每步轉(zhuǎn)動(dòng)的角度稱為步距角。如果，按ACBA順序通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，其步距角也是30°。如果，輪流給各項(xiàng)磁極通電的頻率越高，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就越快。從一相繞組通電轉(zhuǎn)換到另一相繞組通電稱為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角。上面講的是三相單三拍方式。也可以使兩相繞組同時(shí)通電，即按ABBCCACAAB則轉(zhuǎn)子每一拍的穩(wěn)態(tài)位置是處于該兩相磁極的幾何中線上，步距角仍為30°，這種通電方式為三相雙三拍方式。 a b c圖3.1 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)把上述兩種方式結(jié)合起來(lái)，按AABBBCCCAA的順序通電，換接6次完成一

28、個(gè)循環(huán)，這種通電的方式叫三相六拍，其步距角為15°是前兩種通電方式的一半。實(shí)際上，步距角越小，意味著所能達(dá)到的位置精度越高，通常步距角為1.5°0.75°，為此需要將轉(zhuǎn)子做成的齒輪形狀的，定子的磁極上也制成小齒形狀的，兩種小齒的齒寬和齒距相等。如圖3.2所示，當(dāng)一相定子磁極的小齒與轉(zhuǎn)子的齒對(duì)齊時(shí)，其他兩相磁極的小齒都與轉(zhuǎn)子的齒錯(cuò)過(guò)一個(gè)角度，按照相序，后一相比前一相錯(cuò)過(guò)的角度要大。例如轉(zhuǎn)子上有40個(gè)齒，則相鄰的兩個(gè)齒的齒距角是360°/40=9°，如把定子上每個(gè)磁極制作5個(gè)小齒，當(dāng)轉(zhuǎn)子齒和A相磁極小齒對(duì)齊時(shí)，B相磁極小齒則沿逆時(shí)針?lè)较虺稗D(zhuǎn)子齒1

29、/3齒距角，即3°，而C相則超前2/3齒距，即6°。按照此結(jié)構(gòu)，如果按AABBBCCCAA的順序以三相六拍通電時(shí)，電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，其步距角為1.5°由上述可知，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角由轉(zhuǎn)子齒數(shù)、控制繞組的相數(shù)m和通電方式?jīng)Q定，即式中，C為通電方式系數(shù)，重單拍或重雙拍時(shí)取為1，單、雙拍交替時(shí)取2。由式可見(jiàn)，相數(shù)越多，則步距角越小。 a b圖3.2 感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3.3本設(shè)計(jì)中所采用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本設(shè)計(jì)中所用的是三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子小齒為80個(gè)，因此齒距角。其采用三種運(yùn)行方式，分別為“三相單三拍”、 “三相雙三拍” 和“三相單雙六拍”。三相單三拍的通電順序?yàn)锳B

30、CA,不斷接通與斷開(kāi)控制繞組，轉(zhuǎn)子就按順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊降剞D(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，每換接一次繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)1/3齒距角，即。如果要使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，只要改變通電順序，即按ACBA順序循環(huán)通電。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)再改為三相雙三拍運(yùn)行時(shí)，其通電方式為ABBCCAAB，步距角與三相單三拍時(shí)一樣，為1/3齒距角，即 。當(dāng)要使反轉(zhuǎn)時(shí)，通電方式改變?yōu)锳BAC CBBA。當(dāng)運(yùn)行方式改為三相單雙六拍時(shí)，通電方式為AABBBCCCAA,即單相通電與兩相通電相間，步距角為三相單三相運(yùn)行時(shí)的一半，即。其三相繞組的波形圖如圖3.3所示。當(dāng)要使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，其通電方式應(yīng)該為AACCCBBBAA,其步進(jìn)角與正轉(zhuǎn)相同。 圖3.3 三相步進(jìn)

31、電動(dòng)機(jī)繞組的電源脈沖波形4 PLC在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用4.1控制設(shè)計(jì)構(gòu)想 在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，首先要控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，使之穩(wěn)步起動(dòng)，然后高速運(yùn)動(dòng)，接近指定位置時(shí)，減速之后低速運(yùn)行一段時(shí)間，在準(zhǔn)確地停在預(yù)定位置上，最后步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停留3S后，按照前進(jìn)時(shí)的加速、高速、減速、低俗四個(gè)步驟返回到起始點(diǎn)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程平穩(wěn)，其功能框圖如圖4.1所示，其簡(jiǎn)單工作過(guò)程如圖4.2所示。圖4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制功能框圖圖4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單工作過(guò)程 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特性決定其要實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)必須有加速過(guò)程，如果在起動(dòng)時(shí)突然加載高頻脈沖，電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生嘯叫、失步甚至是不能起動(dòng)。在停止階段，當(dāng)高頻脈沖突然降到零

32、時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生嘯叫和振動(dòng)。因此在起動(dòng)和停止時(shí)，都必須有一個(gè)加速和減速的緩沖過(guò)程。4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)特性，所以對(duì)輸入脈沖的頻率要有所限制，對(duì)于低頻的脈沖輸出，PLC可以利用定時(shí)器來(lái)完成。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)位置控制系統(tǒng)硬件框圖如圖4.3所示。圖4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)位置控制系統(tǒng)硬件框圖根據(jù)圖4.3所示的系統(tǒng)硬件框圖，選擇如下硬件系統(tǒng)。a.PLC主機(jī) 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，可采用西門子S7200系列PLC作為控制器，并考慮到此控制系統(tǒng)中的I/O口數(shù)量用的非常少，輸入只有4個(gè)，輸出只有2個(gè)，一共用到的I/O口有6個(gè)，因此控制系統(tǒng)不需要太大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。選用S7200系列CPU221作為本控制系

33、統(tǒng)的主機(jī)，既能滿足系統(tǒng)要求，又能實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)性。b.限位開(kāi)關(guān) 該系統(tǒng)中共使用了倆個(gè)限位開(kāi)關(guān)，即左限位開(kāi)關(guān)和有限位開(kāi)關(guān)，這倆個(gè)限位開(kāi)關(guān)的作用是控制物體的位置，防止物體超出合理的工作范圍。（1）左限位開(kāi)關(guān) 左限位開(kāi)關(guān)是固定在工作臺(tái)的最左端，其作用是當(dāng)物體移動(dòng)到預(yù)定的停止位置時(shí)沒(méi)有停止，觸發(fā)限位開(kāi)關(guān)，使之?dāng)嚅_(kāi)電動(dòng)機(jī)電源，達(dá)到安全保護(hù)。（2）有限位開(kāi)關(guān) 有限位開(kāi)關(guān)是固定在工作臺(tái)的最右端，其作用是當(dāng)物體移動(dòng)到工作臺(tái)原點(diǎn)時(shí)沒(méi)有停止，觸發(fā)限位開(kāi)關(guān)，使之?dāng)嚅_(kāi)電動(dòng)機(jī)電源，達(dá)到安全保護(hù)。c.步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是該系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)，其精度影響整個(gè)系統(tǒng)的控制精度，選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)滿足系統(tǒng)的功能要求。若已知某類型步進(jìn)電

34、動(dòng)機(jī)的參數(shù)，步距角為0.75，為三相流拍方式供電，最大靜轉(zhuǎn)矩為7.84N.m,最高空載起動(dòng)頻率是1500HZ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為47×10-5kg.m2.知道這些數(shù)據(jù)后，必須計(jì)算出以下3個(gè)數(shù)據(jù)，即脈沖當(dāng)量、脈沖頻率上限和最大脈沖數(shù)量。脈沖當(dāng)量=脈沖頻率上限=最大脈沖數(shù)量=根據(jù)以上3個(gè)數(shù)據(jù)才能算出PLC的控制指令。若螺距為5h，傳動(dòng)速比為1，高速移動(dòng)時(shí)速度為2m/min，移動(dòng)距離為0.5m，則可算出，脈沖當(dāng)量為1/96，脈沖頻率上限為3200Hz，最大脈沖數(shù)量為48000個(gè)。根據(jù)計(jì)算出來(lái)的這些數(shù)據(jù)可以判斷所選的PLC是否能夠滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的要求。 d.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)必須使用專

35、用的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備才能正常工作。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行性能除了與電動(dòng)機(jī)自身的性能有關(guān)外，在很大程度上還取決于驅(qū)動(dòng)器性能的優(yōu)劣。Pulse是脈沖的輸入端口，每個(gè)脈沖上升沿使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。DIR是方向信號(hào)，用于控制電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，低電平時(shí)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，高電平時(shí)為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 在控制系統(tǒng)中用PLC輸出一定量的脈沖來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位移，控制脈沖的頻率來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器將接收的脈沖進(jìn)行分配，按照一定的通電順序供給繞組。 PLC可以采用軟件環(huán)形分配器，也可以采用硬件環(huán)形分配器，但是軟件環(huán)形分配器占用PLC資源較多，尤其是當(dāng)繞組數(shù)目大于4時(shí)。若采用硬件環(huán)形分配器，雖然硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)

36、雜，但能夠節(jié)省PLC的I/O數(shù)量。一般僅占用少量I/O口，輸出口有倆個(gè)，一個(gè)作為脈沖輸出端接驅(qū)動(dòng)器的脈沖端，另外一個(gè)作為方向控制輸入到驅(qū)動(dòng)器的方向控制端。如果采用硬件環(huán)形分配器，會(huì)使PLC的程序編寫量也變小，對(duì)于PLC存儲(chǔ)空間的要求就不會(huì)很高了。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器是由脈沖分配器與功率放大器組成。脈沖放大器是將脈沖信號(hào)源（PLC）傳來(lái)的脈沖均勻的分配在三相繞組及三相繞組通電相序。功率放大器是將低脈沖信號(hào)放大到足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的強(qiáng)脈沖信號(hào)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部原理圖如圖4.4所示。圖4.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器原理圖 根據(jù)以上分析，PLC的I/O分配見(jiàn)表4.1所示。 根據(jù)硬件框圖和控制系統(tǒng)I/O分配表，可

37、以設(shè)計(jì)出本控制系統(tǒng)的硬件連線圖，如圖4.5所示。表4.1 PLC的I/O分配名 稱地址和編碼說(shuō) 明輸 入 信 號(hào)SB0I0.0起動(dòng)按鈕SB1I0.1停止按鈕SQ1I0.2左限位開(kāi)關(guān)SQ2I0.3有限位開(kāi)關(guān)輸 出 信 號(hào)PulseQ 0.0電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角DIRQ0.1電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向圖4.5 控制系統(tǒng)硬件連接圖4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)該控制系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)控制的流程圖如圖4.6所示。這個(gè)過(guò)程分為三個(gè)部分，即主程序、子程序、和中斷程序。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率不能太高，所以編程時(shí)首先采用低頻起動(dòng)，然后升到高頻，快速運(yùn)動(dòng)。到接近停止位置時(shí)，先降頻低速運(yùn)行，到最后預(yù)設(shè)位置時(shí)停止，其脈沖頻率特性如圖4.7

38、所示。圖4.6 系統(tǒng)控制流程圖 圖4.7 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖頻率特性 根據(jù)圖所示流程圖，編寫的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)主程序、子程序、和中斷程序。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)主程序如圖4.8所示。 圖4.8 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)子程序 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)子程序如圖4.9所示。圖4.9 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)子程序 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中斷程序如圖4.10所示。圖4.10 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中斷程序 a.其中，如圖4.8所示為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)主程序，其主要功能如下：（1）在通電開(kāi)始時(shí)，先將輸出口Q0.0初始化，置0。（2）設(shè)定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。（3）調(diào)用子程序完成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的前進(jìn)和返回控制。（4）電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止控制

39、。與圖4.8所示控制系統(tǒng)主程序?qū)?yīng)的語(yǔ)句表見(jiàn)表4.2表4.2 控制系統(tǒng)主程序?qū)?yīng)的語(yǔ)句表語(yǔ) 句 表注 釋語(yǔ) 句 表注 釋LDSM0.1接通一個(gè)掃描周期ENI開(kāi)啟中斷，脈沖輸出完畢后產(chǎn)生中斷RQ0.0,1上電的第一個(gè)掃描周期對(duì)Q0.0復(fù)位LDM0.1常開(kāi)觸點(diǎn)LDI0.0常開(kāi)觸點(diǎn)RQ0.0,1上電的第一個(gè)掃描周期對(duì)Q0.0復(fù)位OM0.0常開(kāi)觸點(diǎn)CALLSBR_0調(diào)用子程序，設(shè)置輸出脈沖段ANM0.1常閉觸點(diǎn)DTCH19進(jìn)行中斷分離=M0.0控制電動(dòng)機(jī)前進(jìn)或返回LDI0.1常開(kāi)觸點(diǎn)LDM0.0常開(kāi)觸點(diǎn)OI0.2常開(kāi)觸點(diǎn)=Q0.1控制旋轉(zhuǎn)方向OI0.3常開(kāi)觸點(diǎn)CALLSBR_0調(diào)用子程序，設(shè)置輸出脈沖

40、段OM0.2常開(kāi)觸點(diǎn)ATCHInt_0, 19進(jìn)行中斷連接=M0.2停止或限位控制b.圖4.9所示的梯形圖程序?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)子程序，主要功能是完成高速脈沖串輸出參數(shù)的設(shè)置。與圖4.9所示控制系統(tǒng)子程序?qū)?yīng)的語(yǔ)句表見(jiàn)表4.3。表4.3 控制系統(tǒng)子程序?qū)?yīng)的語(yǔ)句表語(yǔ) 句 表注 釋語(yǔ) 句 表注 釋LDSM0.0產(chǎn)生一個(gè)高電平MOVW0,VW227周期增量為0，即為高速脈沖輸出ANM0.2常閉觸電MOVDW100,VD213脈沖個(gè)數(shù)為1000MOVB16#A5,SMB67寫控制字節(jié)到特殊寄存器：允許脈沖輸出，多段管線PTO輸出，允許更新PTO的周期值和脈沖數(shù)，時(shí)間基準(zhǔn)為usMOVW2500,VW

41、217減速脈沖起始頻率為2500HzMOVW200,SMW168裝入首地址MOVW+20,VW219周期增量為20，即產(chǎn)生一個(gè)脈沖，其周期增加20us，該段為減速階段MOVB4,VB201控制過(guò)程分為四段MOVDW100，VD221脈沖個(gè)數(shù)為100MOVW100,VW201起動(dòng)頻率為1000HzMOVW1000,VW209此階段起始頻率為1000HzMOVW-10,VW203周期增量為-10，即產(chǎn)生一個(gè)脈沖，其周期減少10us，該段為加速階段MOVW0，VW221周期增量為0，即為低速脈沖輸出MOVDW200,VD205脈沖數(shù)為200MOVDW100,VD229脈沖個(gè)數(shù)為100MOVW2500

42、,VW225此階段起始頻率為2500HzPLS0起動(dòng)脈沖輸出，由Q0.0輸出 c.圖4.10所示的梯形圖程序?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中斷程序，主要作用是完成一個(gè)3s的定時(shí)功能。與圖4.10所示控制系統(tǒng)中斷程序?qū)?yīng)的語(yǔ)句表見(jiàn)表4.4。與圖4.8、圖4.9、圖4.10所示的控制系統(tǒng)主程序、子程序、中斷程序運(yùn)行的原理為:系統(tǒng)上電后，首先對(duì)輸出口進(jìn)行初始化，然后按下起動(dòng)按鈕SB0，使Q0.1輸出高電平，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，并且調(diào)用PTO子程序。在子程序中，將各種控制字及參數(shù)寫相應(yīng)的存儲(chǔ)器中，把脈沖控制分為四個(gè)階段，即變頻加速階段、高頻高速運(yùn)行階段、變頻減速階段、和低頻低速階段。頻率從

43、低到高電動(dòng)機(jī)處于加速階段，由開(kāi)始的1000Hz到高階段的2500Hz，均沒(méi)有超過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)值，這樣的電動(dòng)機(jī)就不會(huì)出現(xiàn)失步，低速運(yùn)行100步到達(dá)停機(jī)位置停機(jī)。脈沖輸出完畢后，產(chǎn)生一個(gè)中斷。在中斷程序中有一個(gè)定時(shí)器，中斷產(chǎn)生后觸發(fā)定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)，3s后定時(shí)時(shí)間到，T37常閉觸電斷開(kāi)，使得Q0.1輸出低電平，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。再次對(duì)Q0.0進(jìn)行復(fù)位操作，然后調(diào)運(yùn)子程序，并且經(jīng)脈沖輸出中斷關(guān)閉，這樣就使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)返回原始位置之后不會(huì)再次自行起動(dòng)。返回過(guò)程與前進(jìn)過(guò)程一樣，都是先加速接著高速運(yùn)行，然后減速、低速運(yùn)行直到回到原點(diǎn)停止。表4.4 控制系統(tǒng)中斷程序?qū)?yīng)的語(yǔ)句表語(yǔ) 句 表注 釋語(yǔ) 句 表注 釋LDSM0.0產(chǎn)生一個(gè)高電平LDT37常開(kāi)觸點(diǎn)AMM0.1常閉觸點(diǎn)OM0.1常開(kāi)觸點(diǎn)TONT37,30定時(shí)時(shí)間為3s=M0.1控制電動(dòng)機(jī)前進(jìn)或返回結(jié) 論畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)生完成學(xué)業(yè)和取得畢業(yè)證書的最后過(guò)程，通過(guò)這次系統(tǒng)、完整的設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到實(shí)踐的重要性，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平。通過(guò)PLC控制運(yùn)動(dòng)的速度、運(yùn)行狀態(tài)、安全、可靠、消防等進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。綜合考慮運(yùn)動(dòng)PLC控制系統(tǒng)