基于PLC步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、83/88基于PLC步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，它廣泛用于打印機(jī)、電動(dòng)玩具等消費(fèi)類產(chǎn)品以及數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療器械等機(jī)電產(chǎn)品中，其在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。研究步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，對提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。使轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量，輸出角位移與輸入脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成正比。步進(jìn)電機(jī)的控制方式簡單，屬于開環(huán)控制，且無累積定位誤差，有較高的定位精度，而PLC作為一種工業(yè)控制微機(jī)，是實(shí)現(xiàn)電機(jī)一體化的有力工具，因此基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)已廣泛用于數(shù)字定位控制中。本設(shè)計(jì)將步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)用于控制數(shù)

2、控機(jī)床滑臺。本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。其中，硬件設(shè)計(jì)主要包括步進(jìn)電機(jī)的工作原理、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、PLC的輸入輸出特性、PLC的外圍電路設(shè)計(jì)以及PLC與步進(jìn)電機(jī)的連接與匹配等問題的實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)包括主程序以及各個(gè)模塊的控制程序，最終實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制。本系統(tǒng)具有智能性、實(shí)用性及可靠性的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)、PLC、轉(zhuǎn)速控制、方向控制Stepping motor control system based on PLCAbstractWith the development of microelectronics and computer tec

3、hnology, the stepper motor is increasing demanded, which is widely used in printers, electric toys and other consumer products, and CNC machine tools, industrial robots, medical equipment and other electrical machinery products, and is applied in the national economy in various fields. Researching o

4、f stepper motor control system to improve the control accuracy and response speed, energy conservation is so important.Stepper motor is a device which will transform electrical pulses into mechanical angular displacement so that Shaft of each pulse to a step angle stepping increment, SO output angul

5、ar displacement is proportional to the input pulses, speed is proportional to the input pulse speed and speed is proportional to input pulse frequency. Stepper motor control is simple, is open-loop control, and no accumulation of positioning error, a high positioning accuracy,and the PLC as an indus

6、trial control computer, is a powerful tool for the integration of the motor, Therefore, the stepper motor control based on PLC technology has been widely used for digital positioning control.The control system consists of hardware and software design of two parts. Among them, the hardware design inc

7、ludes the working principle of stepper motor, stepper motor drive circuit design, PLC input and output characteristics, PLC and PLC external circuit connection with the stepper motor and matching Problem. Software design, including the main program and each module of the control program, ultimately

8、realizes on the stepper motor rotation direction and rotation speed control This system has the intelligence, practicality and reliability features.Keywords：Stepper motor, PLC, speed control, direction control目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc28170 基于PLC步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc28170 I HYPERLINK l _

9、Toc13771 摘要 PAGEREF _Toc13771 I HYPERLINK l _Toc27629 Stepping motor control system based on PLC PAGEREF _Toc27629 II HYPERLINK l _Toc21380 Abstract PAGEREF _Toc21380 II HYPERLINK l _Toc10301 第一章 緒論 PAGEREF _Toc10301 1 HYPERLINK l _Toc19273 1.1 PLC的發(fā)展及應(yīng)用前景 PAGEREF _Toc19273 1 HYPERLINK l _Toc29548 1

10、.1.1 可編程控制器（PLC）的發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc29548 1 HYPERLINK l _Toc10334 1.1.2 可編程控制器（PLC）的應(yīng)用領(lǐng)域 PAGEREF _Toc10334 1 HYPERLINK l _Toc7652 1.1.3 PLC的應(yīng)用前景 PAGEREF _Toc7652 1 HYPERLINK l _Toc27377 1.2 提出問題 PAGEREF _Toc27377 2 HYPERLINK l _Toc31452 1.2.1 機(jī)床滑臺類型及控制 PAGEREF _Toc31452 3 HYPERLINK l _Toc9749 1.2.2 本文

11、的工作目的及意義 PAGEREF _Toc9749 3 HYPERLINK l _Toc4847 1.2.3 本文的主要目的及意義 PAGEREF _Toc4847 3 HYPERLINK l _Toc17025 1.3 系統(tǒng)功能 PAGEREF _Toc17025 4 HYPERLINK l _Toc19542 第二章 PLC概述 PAGEREF _Toc19542 5 HYPERLINK l _Toc13417 2.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 PAGEREF _Toc13417 5 HYPERLINK l _Toc15852 2.1.1 PLC的產(chǎn)生及定義 PAGEREF _Toc15852

12、5 HYPERLINK l _Toc9443 2.1.2 PLC的發(fā)展 PAGEREF _Toc9443 6 HYPERLINK l _Toc19306 2.2 PLC的特點(diǎn)與功能 PAGEREF _Toc19306 7 HYPERLINK l _Toc21435 2.2.1 PLC的特點(diǎn) PAGEREF _Toc21435 7 HYPERLINK l _Toc23685 2.2.2 PLC的功能 PAGEREF _Toc23685 7 HYPERLINK l _Toc23717 2.3 PLC的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc23717 8 HYPERLINK l _Toc19906 2.4

13、PLC的編程語言 PAGEREF _Toc19906 8 HYPERLINK l _Toc8995 2.4.1 梯形圖 PAGEREF _Toc8995 9 HYPERLINK l _Toc29001 2.4.2 語句表 PAGEREF _Toc29001 11 HYPERLINK l _Toc681 2.4.3 順序功能圖 PAGEREF _Toc681 11 HYPERLINK l _Toc26369 第三章 步進(jìn)電機(jī)概述 PAGEREF _Toc26369 12 HYPERLINK l _Toc3261 3.1 步進(jìn)電機(jī)工作原理 PAGEREF _Toc3261 12 HYPERLINK

14、 l _Toc3759 3.2 步進(jìn)電機(jī)的特性 PAGEREF _Toc3759 12 HYPERLINK l _Toc11550 3.3 步進(jìn)電機(jī)的分類 PAGEREF _Toc11550 13 HYPERLINK l _Toc11249 3.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流供電電源的確定 PAGEREF _Toc11249 13 HYPERLINK l _Toc3139 3.5 步進(jìn)電機(jī)使用時(shí)的注意事項(xiàng) PAGEREF _Toc3139 14 HYPERLINK l _Toc21335 3.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分原理及一些相關(guān)說明 PAGEREF _Toc21335 14 HYPERLINK l

15、 _Toc2734 3.7 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) PAGEREF _Toc2734 15 HYPERLINK l _Toc12510 3.8本設(shè)計(jì)所用步進(jìn)電機(jī) PAGEREF _Toc12510 18 HYPERLINK l _Toc17377 第四章 總體方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc17377 19 HYPERLINK l _Toc31636 4.1數(shù)控滑臺的控制方法 PAGEREF _Toc31636 19 HYPERLINK l _Toc15865 4.1.2進(jìn)給速度控制 PAGEREF _Toc15865 19 HYPERLINK l _Toc18237 4.1.3 進(jìn)給方向控制 PA

16、GEREF _Toc18237 19 HYPERLINK l _Toc21316 4.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc21316 19 HYPERLINK l _Toc11304 4.3 PLC控制系統(tǒng)的接地方法 PAGEREF _Toc11304 20 HYPERLINK l _Toc3395 4.4步進(jìn)電機(jī)的控制 PAGEREF _Toc3395 20 HYPERLINK l _Toc16018 4.4.1步進(jìn)電機(jī)的起停控制 PAGEREF _Toc16018 21 HYPERLINK l _Toc9461 4.4.2步進(jìn)電機(jī)的加減速控制 PAGEREF _Toc9461

17、21 HYPERLINK l _Toc23118 4.4.3 步進(jìn)電機(jī)的換向控制 PAGEREF _Toc23118 22 HYPERLINK l _Toc14953 4.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc14953 22 HYPERLINK l _Toc11408 第五章 數(shù)控滑臺的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc11408 23 HYPERLINK l _Toc9701 5.1總體設(shè)計(jì)方案的確定 PAGEREF _Toc9701 23 HYPERLINK l _Toc29950 5.2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc29950 23 HYPERLINK l _Toc5914

18、第六章 設(shè)計(jì)硬件電路 PAGEREF _Toc5914 36 HYPERLINK l _Toc129 6.1 硬件電路總體分析 PAGEREF _Toc129 36 HYPERLINK l _Toc6985 6.2總體設(shè)計(jì)分析圖 PAGEREF _Toc6985 36 HYPERLINK l _Toc13164 6.3電路總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc13164 36 HYPERLINK l _Toc10563 6.4步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路 PAGEREF _Toc10563 38 HYPERLINK l _Toc26088 第七章 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc26088 44 HYPE

19、RLINK l _Toc2727 7.1 可編程控制器（PLC）的工作原理 PAGEREF _Toc2727 44 HYPERLINK l _Toc11474 7.2存儲空間的計(jì)算 PAGEREF _Toc11474 47 HYPERLINK l _Toc29643 7.3可編程控制器（PLC）提供的編程語言 PAGEREF _Toc29643 47 HYPERLINK l _Toc14949 7.4 PLC編程中難點(diǎn)介紹 PAGEREF _Toc14949 49 HYPERLINK l _Toc26673 7.4.1驅(qū)動(dòng)電源的特殊性 PAGEREF _Toc26673 49 HYPERLIN

20、K l _Toc7535 7.4.2用功能指令構(gòu)建控制程序的有關(guān)問題 PAGEREF _Toc7535 49 HYPERLINK l _Toc14209 7.5 PLC梯形圖 I/O分配表 PAGEREF _Toc14209 50 HYPERLINK l _Toc6874 第8章 GX Developer軟件程序模擬運(yùn)行 PAGEREF _Toc6874 51 HYPERLINK l _Toc32595 8.1 程序運(yùn)行圖文說明 PAGEREF _Toc32595 51 HYPERLINK l _Toc21442 結(jié)論 PAGEREF _Toc21442 68 HYPERLINK l _Toc

21、7353 附錄 PAGEREF _Toc7353 69 HYPERLINK l _Toc2770 1、流程圖 PAGEREF _Toc2770 69 HYPERLINK l _Toc4806 2、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 PAGEREF _Toc4806 69 HYPERLINK l _Toc1651 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc1651 71 HYPERLINK l _Toc10682 1、參考資料 PAGEREF _Toc10682 71 HYPERLINK l _Toc30956 2、參考論文 PAGEREF _Toc30956 72 HYPERLINK l _Toc20785 外文文獻(xiàn)

22、PAGEREF _Toc20785 74 HYPERLINK l _Toc25607 中文翻譯 PAGEREF _Toc25607 78 HYPERLINK l _Toc20747 致謝 PAGEREF _Toc20747 81 緒論1.1 PLC的發(fā)展及應(yīng)用前景PLC 工藝自從出現(xiàn)一直到今天，已經(jīng)由最初的接線邏輯發(fā)展到了儲存邏輯，目前被大量的應(yīng)用到眾多的行業(yè)之中。當(dāng)今社會是一個(gè)高速發(fā)展的社會，目前的半導(dǎo)體工藝和電腦科技非常發(fā)達(dá)，PLC 借助這些技術(shù)的優(yōu)勢，已經(jīng)可以非常好的處理網(wǎng)絡(luò)接口了?？傮w來說，這項(xiàng)工藝很受行業(yè)人士的喜歡。這項(xiàng)系統(tǒng)是專門用于工藝生產(chǎn)工作的數(shù)控系統(tǒng)，它把電腦科技和自控工藝等技

23、術(shù)有效的融合在一起，它是目前行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，它的穩(wěn)定性很高。此外，它還具有強(qiáng)大的抗干擾能力，編程步驟簡單，而且易于維護(hù)。隨著工藝不斷發(fā)展，現(xiàn)今它的控制活動(dòng)已經(jīng)能夠從原先的單一化邏輯控制發(fā)展到如今的持續(xù)性控制。 可編程控制器（PLC）的發(fā)展趨勢我們堅(jiān)信這項(xiàng)技術(shù)一定會得更好的發(fā)展。從技術(shù)上來看，隨著目前電腦等優(yōu)秀的科學(xué)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到 PLC 上面，因此我們堅(jiān)信不久的將來，就會出現(xiàn)運(yùn)算速率更快，容量更加龐大，更為先進(jìn)的產(chǎn)品。從規(guī)模上來說，完備的通信設(shè)備會更好地迎合各種工業(yè)控制場合的不同需求；從市場上來分析，今后的競爭將會更加的激烈，將會發(fā)生壟斷現(xiàn)象，屆時(shí)將會有全球通用的編程語言；通過分析網(wǎng)絡(luò)的發(fā)

24、展態(tài)勢可以得知，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成的大型控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，可編程控制器作為國際通用網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的大量領(lǐng)域發(fā)揮十分重要的作用。 可編程控制器（PLC）的應(yīng)用領(lǐng)域PLC 是以微計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新的工業(yè)控制裝置，隨著微處理工藝的發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)必然會會在眾多的行業(yè)之中獲取良好的發(fā)展。當(dāng)前它的應(yīng)用范圍非常廣，比如：通用和專用機(jī)械，汽車制造，機(jī)床與工具，立體倉庫，控制設(shè)備制造、控制與裝置儀表，環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。而且還在朝著其它方向擴(kuò)展。PLC 的自診斷占

25、 18，批量控制占26，運(yùn)動(dòng)控制占 40，過程控制占 58，應(yīng)用機(jī)械控制占 87 PLC的應(yīng)用前景PLC制造商通過收購和聯(lián)合大量的軟件企業(yè)和發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)。明顯的提升了軟件使用性能。大多的品牌都有與它們的設(shè)備相對應(yīng)的平臺甚至軟件，將其有效的結(jié)合在一起，能夠顯著的提升系統(tǒng)的綜合服務(wù)能力，而且節(jié)省投資，得到良好的控制體系，目前，PLC+網(wǎng)絡(luò)+IPC+CRT 的模式被大規(guī)模應(yīng)用?？删幊炭刂破鳎≒LC）廠家在以前的CPU模板上提供物理層 RS232/422/485 接口的基礎(chǔ)上，新添了很多不同的通訊接口，能夠創(chuàng)造一體化的網(wǎng)絡(luò)體系。近年來信息技術(shù)發(fā)展很快，用戶對開放性有著更多的需求，而且此時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)也在迅

26、速發(fā)展。例如：羅克韋爾 A-B公司大力主推的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，即 Device Net、Ether Net，Contml Net。工藝在發(fā)展的時(shí)候，生產(chǎn)廠家為了獲得更多的市場份額，不斷展開激烈的競爭。它們的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，所以無法很好的兼容在一起，這就導(dǎo)致用戶在使用的時(shí)候非常不方便，而且會造成維護(hù)費(fèi)用增加。以后市場必然會高度開放，這已經(jīng)被大多數(shù)生產(chǎn)廠家意識到了，形成了長時(shí)期妥協(xié)與競爭的過程，而且這一過程還在繼續(xù)。雖說目前的工具無法很好的兼容在一起，不過隨著系統(tǒng)的進(jìn)步，用戶在使用的時(shí)候，已經(jīng)能夠較好的應(yīng)用各種性質(zhì)的產(chǎn)品了。當(dāng)前時(shí)期，該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)水平以及運(yùn)算速率等都明顯的強(qiáng)化了，此時(shí)已經(jīng)不再是單純的用

27、來進(jìn)行邏輯控制了，更多的是用到過程控制之中。相關(guān)人士調(diào)查得出的結(jié)論是:目前除了石化等行業(yè)之外，這項(xiàng)系統(tǒng)在大部分的行業(yè)中都獲取了良好的成就。通過分析我們發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，比如它的結(jié)構(gòu)非常緊湊，它的功能很多，穩(wěn)定性強(qiáng)，速率較快，最主要的是它的價(jià)位不高，因此不管是目前還是今后的很長一段時(shí)間之內(nèi)，該系統(tǒng)都能夠發(fā)揮出非常明顯的意義，它的存在必將帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步。1.2 提出問題在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)生活中起著十分重要的作用。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還是在日常生活中，都大量地使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。因此對電動(dòng)機(jī)的控制變得越來越重要。電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技

28、術(shù)、永磁材料技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)化。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的原理是通過對每相線圈中的電流和通電順序切換來使電機(jī)作步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電路由脈沖信號來控制，所以調(diào)節(jié)脈沖信號的頻率可以改變步進(jìn)電機(jī)的原先轉(zhuǎn)速。也就是說:當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。通過改變脈沖個(gè)數(shù)即可以改變角位移量，以達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。同時(shí)通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的，目前比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM),混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)和單相

29、式步進(jìn)電機(jī)等。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7.50;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1.50，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式步進(jìn)電機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相:兩相步進(jìn)角一般為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。1.2.1 機(jī)床滑臺類型及控制在組合機(jī)床自動(dòng)線中，一般根據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑臺：1液壓滑臺，用于切削量大、加工精度要求較低的粗加工序中；2機(jī)械滑臺，用于切削量中等、具有一定加工

30、精度要求的半精加工工序中；數(shù)控滑臺，用于切削量小、加工精度要求很高的精加工工序中。可編程控制器（簡稱 PLC）以其通用性強(qiáng)、可靠性高、指令系統(tǒng)簡單、編程簡便易學(xué)、易于掌握、體積小、維修工作少、現(xiàn)場接口安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè) 自動(dòng)控制中。特別是在組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線的控制及 CNC 機(jī)床的 S、T、M 功能控制中更顯示出其卓越的性能。PLC 控制的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用于組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線上的數(shù)控滑臺控制，可省去該單元的數(shù)控系統(tǒng)，使該單元的控制系統(tǒng)成本降低70%90%，甚至只占用自動(dòng)線控制單元 PLC的35 個(gè) I/O 接口及小于1KB的內(nèi)存。特別是大型自動(dòng)線中可以使控制系統(tǒng)的成

31、本顯著下降。1.2.2 本文的工作目的及意義畢業(yè)設(shè)計(jì)做了以下工作：1.對數(shù)控滑臺控制進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，包括PLC及步進(jìn)電機(jī)的主要應(yīng)用，實(shí)際的需求。2.應(yīng)用三菱公司的可編程控制器FZ2X-16MT及20BYJ46四相步進(jìn)電機(jī),在此基礎(chǔ)上搭建了實(shí)際的控制模型。 3.深入研究了位置控制系統(tǒng)的算法，利用三菱系統(tǒng)高速、大存儲、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了更簡便的數(shù)控位置的PLC控制。4.根據(jù)要求設(shè)計(jì)了仿真，以實(shí)現(xiàn)程序的模擬。1.2.3 本文的主要目的及意義1.以數(shù)控滑臺的邏輯控制為實(shí)例，對三菱系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、系統(tǒng)配置和梯形圖編程進(jìn)行一次嘗試，為今后的更好地開發(fā)三菱系統(tǒng)的工程應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。2.以一種全新的編

32、程思想進(jìn)行PLC的梯形圖編程，對于將來高性能的PLC的編程具有開拓性的意義。3.對于數(shù)控滑臺位置控制實(shí)現(xiàn)的研究也給后續(xù)的研究開辟了一個(gè)全新的方式，為更簡捷完善的多軸位置控制的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對位置理論及其實(shí)現(xiàn)、位置控制在實(shí)際工程的應(yīng)用都有很大的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)出一個(gè)以步進(jìn)電機(jī)為基礎(chǔ)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用FX2N系列PLC作為控制單元，通過按鍵實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)有以下功能：1. 步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂?步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制3. 步進(jìn)電機(jī)的加速控制4. 步進(jìn)電機(jī)的減速控制5. 步進(jìn)電機(jī)通電方式改變的控制第二章 PLC概

33、述2.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展可編程控制器PC（Programmable Controller）是由美國電氣制造協(xié)會（NEMA）命名的，但是PC又可表示為個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer），為了區(qū)別，人們常把可編程控制器稱為PLC（Programmable Logic Controller）。它是以微處理器為基礎(chǔ)，在傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而發(fā)展起來的新型控制器，用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。由用戶編寫程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，再通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出（I/O）來控制各種生產(chǎn)過程。2.1.1 PLC的產(chǎn)

34、生及定義20世紀(jì)60年代以前，用以對工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行自動(dòng)控制的裝置是繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)存在一些缺陷。例如：系統(tǒng)的能耗較多，噪聲大；通用性、靈活性差，工藝流程的更新需要大量的人力物力；不具備現(xiàn)代工業(yè)控制所需的數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)控制等功能。到了20世紀(jì)60年代以后，美國汽車制造業(yè)為適應(yīng)市場需求不斷更新汽車型號，要求及時(shí)改變相應(yīng)的加工生產(chǎn)線。而汽車生產(chǎn)流水線基本上都采用傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制，所以整個(gè)系統(tǒng)就必須更新設(shè)計(jì)和配置。汽車生產(chǎn)流水線的更換越來越頻繁，原有的繼電器接觸器控制系統(tǒng)就經(jīng)常需要重新設(shè)計(jì)安裝，這不但造成巨大浪費(fèi)，而且新系統(tǒng)的安裝費(fèi)時(shí)，從而延長了汽車的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期。在這種情況下，采用

35、傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制就有許多不足。1968年，美國GM（General Motors）公司首次公開招標(biāo)要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，并提出了著名的十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即著名的“GN十條”。如果說電子技術(shù)和電氣控制技術(shù)是可編程控制器出現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，“GM十條”就是可編程邏輯控制器出現(xiàn)的技術(shù)要求基礎(chǔ)，也是當(dāng)今PLC最基本功能。1987年2月，國際電工委員會（IEC）頒布的可編程控制器（PLC）標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部定時(shí)、存儲程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)與算術(shù)

36、運(yùn)算操作等指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。2.1.2 PLC的發(fā)展PLC的發(fā)展歷程PLC產(chǎn)生至今，歷經(jīng)50載，其發(fā)展大體經(jīng)歷了4個(gè)階段。19701980年，PLC結(jié)構(gòu)定型階段。在這一階段，隨著PLC剛誕生，各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)（如邏輯電路型、1位機(jī)型、通用計(jì)算機(jī)型、單板機(jī)型等），但都被迅速淘汰。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有PLC結(jié)構(gòu)形式取得了市場認(rèn)可，得以迅速發(fā)展。本階段為PLC原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與的階段，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域也開始由最初的小范圍

37、邏輯控制、有選擇使用，逐步開始向機(jī)床、生產(chǎn)線領(lǐng)域拓展。19801990年，PLC普及與系列化階段。在這一階段，PLC的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，價(jià)格一直下跌，PLC被廣泛普及。各個(gè)PLC生產(chǎn)單位產(chǎn)品的規(guī)模、品種開始系列化，并且形成了固定的模塊化結(jié)構(gòu)型、I/O端子型、基本單元加擴(kuò)展模塊型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模式。PLC的應(yīng)用范圍不斷向順序控制的全部領(lǐng)域擴(kuò)展。在本階段三菱公司以最早的F系列PLC產(chǎn)品為主，包括了小、中、大型各規(guī)格產(chǎn)品。19902000年，PLC高性能與小型化階段。在這一階段，隨著工業(yè)電氣自動(dòng)化程度的提高和微電子技術(shù)的進(jìn)步，PLC的功能日益增強(qiáng)，PL由單CPU轉(zhuǎn)向多CPU，16位和32位

38、微處理器被大量應(yīng)用于PLC中，使其運(yùn)算速度、圖像顯示和數(shù)據(jù)處理功能都大大增強(qiáng)。許多公司在加強(qiáng)各種特殊控制功能模塊研制的同時(shí)，還加強(qiáng)了軟件技術(shù)的開發(fā)，PLC的體積大大減小，出現(xiàn)了各種類型的小型化、微型化PLC。PLC的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場控制拓展。本階段，三菱公司的PLC產(chǎn)品開始有F系列向FX系列過渡，而后陸續(xù)推出了Q/K型小、中、大型系列產(chǎn)品。2000至今，PLC功能開發(fā)與網(wǎng)絡(luò)化階段。在本階段，為了適應(yīng)工廠自動(dòng)化的需求與信息技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能不斷開發(fā)與完善。一方面，PLC在不斷提高CPU運(yùn)算位數(shù)、速率的同時(shí)，開發(fā)了適用于運(yùn)動(dòng)控制、過程控制的特殊模塊，使PLC的應(yīng)用范圍開始涉及工

39、業(yè)自動(dòng)化的全部領(lǐng)域。同時(shí)隨著通信聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，新通信協(xié)議的不斷產(chǎn)生，PLC的通信和網(wǎng)絡(luò)功能得到迅速發(fā)展，PLC不僅可以連接通用輸入/輸出設(shè)備和傳統(tǒng)的編程，還可以通過總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為工廠自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。PLC已經(jīng)真正成為具有邏輯控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理和聯(lián)網(wǎng)通信等功能的多功能控制器。本階段，三菱公司的PLC產(chǎn)品仍然以Q/K系列為主要產(chǎn)品，只是其性能在不斷完善，并有新的CPU模塊推出。PLC的發(fā)展趨勢從世界上第一臺PLC誕生至今，PLC技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域從最初的單一的邏輯控制發(fā)展到包括模擬量控制、數(shù)字控制以及機(jī)器人控制等在內(nèi)的各種工業(yè)控制場合，成為工業(yè)控制

40、領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的基礎(chǔ)自動(dòng)化裝備。PLC的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為以下四個(gè)方面。1、向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、開放性方向發(fā)展。微型化、網(wǎng)絡(luò)化、開放性是PLC未來發(fā)展的主要方向。2、向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方向發(fā)展。3、向大容量、高速度、高性能方面發(fā)展。4、向自診斷、容錯(cuò)性、高性能方面發(fā)展。2.2 PLC的特點(diǎn)與功能2.2.1 PLC的特點(diǎn)PLC技術(shù)的迅猛發(fā)展，除了得益于工業(yè)的需求外，主要還是由于它具有許多獨(dú)特的特點(diǎn)。PLC是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。而在工業(yè)控制方面，PLC還具有計(jì)算機(jī)控制或繼電器控制所無法比擬的特點(diǎn)。可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)應(yīng)用靈活，編程方便功能完善，適用性強(qiáng)易于安裝、調(diào)

41、試、維修體積小、質(zhì)量輕、能耗低2.2.2 PLC的功能PLC作為工業(yè)控制的多功能控制器，不僅能滿足一般工業(yè)控制需要，而且能夠適應(yīng)工業(yè)控制的特殊控制要求，并可實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和通信控制。雖然不同類型PLC的性能，價(jià)格有差異，但其主要功能是相近的?；竟δ苓壿嬤\(yùn)算功能是PLC必備的基本功能。本質(zhì)上，它以計(jì)算機(jī)“位”運(yùn)算位基礎(chǔ)，按照程序的要求，通過對來自設(shè)備外圍的按鈕、接觸器觸電、行程開關(guān)等開關(guān)量信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，并控制外圍指示燈、接觸器線圈、電磁閥的通斷。在早期的PLC上，順序控制所需要的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能需要通過定時(shí)模塊與計(jì)數(shù)模塊實(shí)現(xiàn)，但是，他已經(jīng)成為PLC的基本功能之一。此外，邏輯控制中常用的數(shù)據(jù)比較

42、與處理、代碼轉(zhuǎn)換等，也是PLC常用的基本功能。特殊功能PLC的特殊控制功能包括模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換、數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換、高速處理、溫度控制、位置控制等。這些特殊控制功能的實(shí)現(xiàn)一般需要PLC的特殊功能模塊完成。A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換多用于過程控制或閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在PLC中，通過特殊的功能模塊與功能指令，可以對過程中的溫度、壓力、速度、流量、電流、電壓、位移等連續(xù)變化的物理量進(jìn)行采樣，并通過必要的運(yùn)算實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)，必要時(shí)也可以對這些物理量進(jìn)行各種形式的顯示。位置控制一般通過對PLC的特殊應(yīng)用指令的寫入與狀態(tài)讀取，對位置控制模塊的位移量、速度、方向等進(jìn)行控制。位置控制模塊一般以位置給定的指令脈

43、沖形式輸出，指令脈沖再通過伺服驅(qū)動(dòng)器或步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制高速處理功能一般通過PLC的特殊應(yīng)用指令和高速處理模塊，如高速計(jì)數(shù)、快速響應(yīng)模塊等實(shí)現(xiàn)，PLC通過高速處理命令的寫入與狀態(tài)的讀取，對高速變化的速度、流量、位置等值進(jìn)行處理控制。高速計(jì)數(shù)模塊可以對幾十千赫甚至上百千赫的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，保證負(fù)載信息的及時(shí)處理并驅(qū)動(dòng)?？焖夙憫?yīng)模塊將輸入量的變化較快的反映到輸出量上?？傊琍LC的高速處理功能對變化快、脈沖寬度小于PLC掃描周期的輸入/輸出信號進(jìn)行處理，避免了丟失部分關(guān)鍵信號，從而影響控制過程的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。網(wǎng)絡(luò)與通信功能PLC早期的通信一般

44、局限于PLC與外圍設(shè)備（編程器或變成計(jì)算機(jī)等）間的簡單串行口通信?，F(xiàn)代工業(yè)控制中的網(wǎng)絡(luò)與通信不僅可以進(jìn)行PLC與外圍設(shè)備間的通訊，而且可以在PLC與PLC之間、PLC與其他工業(yè)控制設(shè)備之間、PLC與上位機(jī)之間、PLC與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行通訊，并可以通過現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)總線組成系統(tǒng)，從而使得PLC可以方便的進(jìn)入工廠自動(dòng)化系統(tǒng)。2.3 PLC的結(jié)構(gòu)在硬件結(jié)構(gòu)上PLC可以分為整體式固定I/O型、模塊式PLC、基本單元加擴(kuò)展型分布式PLC和集成式PLC五種結(jié)構(gòu)形式。2.4 PLC的編程語言PLC是專為工業(yè)控制而研發(fā)的裝置，主要使用者是企業(yè)電器工作人員。為了適應(yīng)工人的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，通常PLC不采用計(jì)算機(jī)

45、編程語言，而采用面向控制工程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會（IEC）1994年5月公布的IEC611313可編程控制器語言標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)的說明了語義、句法和五種編程語言。2.4.1 梯形圖梯形圖是目前為止使用最多的圖形編程語言，梯形圖和繼電器控制系統(tǒng)的電路圖相似，梯形圖常被稱為電路或者程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。梯形圖由線圈、觸點(diǎn)和指令組成。線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果和輸出標(biāo)志位。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件。梯形圖編程的基本概念能流。在梯形圖中為了分析各個(gè)元件間的輸入與輸出關(guān)系，就要假象一個(gè)概念電流。認(rèn)為電流按照從左往右的方向流動(dòng)，這一方向與執(zhí)行用戶順序時(shí)的邏輯運(yùn)算關(guān)系是一致的。利用能流這一概

46、念，可以幫助我們很好地理解和分析梯形圖。能流只能從左往右流動(dòng)，層次改變只能從上往下。母線。梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線。母線之間有能流從左往右流。通常梯形圖中母線有左右兩條。軟觸點(diǎn)。PLC梯形圖中的一些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器等，但是他們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲單元，每個(gè)軟繼電器的觸點(diǎn)與PLC存儲器中映像存儲器的一個(gè)存儲單元相對應(yīng)，所以這些觸點(diǎn)稱為軟觸點(diǎn)。這些軟觸點(diǎn)的0/1狀態(tài)代表相應(yīng)繼電器觸點(diǎn)或線圈的接通或者斷開。而且對于PLC內(nèi)部，如果存儲單元狀態(tài)為“1”則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的通電，常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，在繼電器控制系統(tǒng)的接線中，觸點(diǎn)數(shù)

47、量有限，而PLC內(nèi)部軟觸點(diǎn)的數(shù)量和使用次數(shù)沒限制，用戶可根據(jù)具體要求在梯形圖中多次使用同一觸點(diǎn)。梯形圖的特點(diǎn)PLC的梯形圖源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述，并和電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思路一致，只是在符號和表達(dá)方式上有一定區(qū)別。它采用梯形圖的圖形符號來描述程序設(shè)計(jì)，是PLC程序設(shè)計(jì)中最常用的一種設(shè)計(jì)語言。這種設(shè)計(jì)語言采用因果關(guān)系來描述系統(tǒng)發(fā)生的條件和結(jié)果。其中每個(gè)梯級是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級中描述系統(tǒng)發(fā)生的條件在左邊，事件發(fā)生的結(jié)果在右邊。PLC梯形圖使用的內(nèi)部輔助繼電器、計(jì)數(shù)/定時(shí)器等，都是有軟件實(shí)現(xiàn)的，它的最大優(yōu)點(diǎn)是使用方便、形象、直觀、實(shí)用和修改靈活。這是傳統(tǒng)電氣控制的繼電器硬件接線所無法比擬

48、的。梯形圖的格式一般有如下一些要求：每個(gè)梯形圖網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)梯級構(gòu)成。每個(gè)輸出元素可構(gòu)成一個(gè)梯級，每個(gè)梯級有多個(gè)支路。通常每個(gè)支路可容納11個(gè)編程元素，最右邊的元素必須是輸出元素。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多允許16條支路。梯形圖有以下8個(gè)特點(diǎn)：PLC梯形圖和電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有對應(yīng)性和直觀性，并與傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制技術(shù)相一致。梯形圖中的能流不是實(shí)際的電流，而是一個(gè)虛擬的電流，是用戶程序運(yùn)算中滿足輸出條件的形象表達(dá)。能流只能從左往右。梯形圖中個(gè)編程元件所描述的常開常閉觸點(diǎn)可在編程時(shí)無限使用，不受次數(shù)限制。梯形圖格式中繼電器和物理繼電器是不同的。在PLC中編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、內(nèi)部輔助

49、繼電器、輸出繼電器等。對于PLC來說，其內(nèi)部的繼電器并不是實(shí)際存在的繼電器，而是指軟件中的編程元件。編程元件中的每個(gè)軟觸點(diǎn)都和PLC存儲器中的一個(gè)存儲單元相對應(yīng)。因此，在應(yīng)用時(shí)，需與原繼電器邏輯控制技術(shù)的概念區(qū)別。梯形圖中輸入繼電器的狀態(tài)只取決于外部輸入電路的通斷狀態(tài)，所以 在梯形圖中沒有輸入繼電器線圈。輸出線圈只對應(yīng)輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，不能用該編程元件直接驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場機(jī)構(gòu)。根據(jù)梯形圖中個(gè)觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，可以求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的1/0狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯運(yùn)算。邏輯運(yùn)算按照梯形圖從左至右、從上至下的原則進(jìn)行。邏輯運(yùn)算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)邏輯運(yùn)算瞬時(shí)外部輸入狀態(tài)來

50、進(jìn)行。梯形圖中用戶的邏輯運(yùn)算結(jié)果馬上可為后面用戶程序的邏輯運(yùn)算所運(yùn)用。梯形圖與其他設(shè)計(jì)語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互轉(zhuǎn)換和對程序的檢查。但是對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。與順序功能圖等設(shè)計(jì)語言相比較，梯形圖的邏輯描述還不夠清晰。梯形圖設(shè)計(jì)規(guī)則由于梯形圖中的線圈和觸點(diǎn)均為“軟繼電器”，因此同一標(biāo)號的觸點(diǎn)可反復(fù)使用，這也是PLC區(qū)別于傳統(tǒng)控制的一大優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)梯形圖有多層梯級組成，每層邏輯行起始于做母線，經(jīng)過觸點(diǎn)的各種連接最后結(jié)束于線圈，觸點(diǎn)不能出現(xiàn)在線圈右邊，只能在觸點(diǎn)右邊連接線圈，每一個(gè)邏輯行實(shí)際代表一個(gè)邏輯方程。梯形圖中的輸入觸點(diǎn)只受外部信號控制，而不能有內(nèi)部繼電器的線圈將其接通或斷開，及線圈不能直接和

51、做母線相連，所以在梯形圖中不會出現(xiàn)“輸入繼電器的線圈”。在幾個(gè)串聯(lián)回路相并聯(lián)時(shí)，應(yīng)該將觸點(diǎn)多的放在梯形圖上面。在幾個(gè)并聯(lián)回路相串聯(lián)時(shí)，應(yīng)該將觸點(diǎn)最多的回路放在梯形圖的最左面。這種安排指令較少。觸點(diǎn)因花在水平線上，不能花在垂直分支上，被畫在垂直分支上的觸點(diǎn)，很難正確識別它和其他觸點(diǎn)的關(guān)系，也難以判斷通過觸點(diǎn)對輸出線圈的控制方向。所以梯形圖的書寫順序自左向右、自上至下，CPU也按此順序執(zhí)行。梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串聯(lián)、并聯(lián)，但輸出線圈不能串聯(lián)，只能并聯(lián)。2.4.2 語句表PLC的指令是一種與計(jì)算機(jī)的匯編語言中的指令相似的助記符表達(dá)式。語句表表達(dá)式與梯形圖有對應(yīng)關(guān)系，由指令組成的程序叫指令程序。在用

52、戶程序存儲器中，指令按步序號順序排列。每一條語句指令都包含操作數(shù)和操作碼兩部分，操作數(shù)一般由標(biāo)識符和地址碼組成。2.4.3 順序功能圖順序功能圖，又叫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，是一種較新的編程方法。他將一個(gè)完整的程序分成若干段，各階段具有不同的動(dòng)作，階段之間有一定的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件滿足就實(shí)現(xiàn)階段轉(zhuǎn)移，上一階段動(dòng)作結(jié)束，下一階段動(dòng)作開始。它提供了一種組織程序的圖形方法。在順序功能圖中可以用其它語言嵌套編程，轉(zhuǎn)換、路徑和步是順序功能圖的三種主要元素。順序功能圖主要用來描述開關(guān)量順序控制系統(tǒng)，根據(jù)它可以很容易畫出順序控制梯形圖程序。整個(gè)程序完全按動(dòng)作順序直接編程，非常直觀簡便，思路很清楚，很合適順序控制場合。第

53、三章 步進(jìn)電機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸人脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸人的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到各相繞組的相序有關(guān)。因此只要控制指令脈沖的電機(jī)繞組通電的相序、頻率及數(shù)量，便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出方向、速度和位移量。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能，其啟動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運(yùn)行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，并且可獲得較高的控制精度，因而廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、數(shù)字系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)及航天工業(yè)裝置中。3.1 步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)

54、電機(jī)按設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理實(shí)際上是和電磁鐵的作用原理一樣。當(dāng)A相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子的齒與定子AA上的齒對齊。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上的齒對齊，轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過，如果控制線路按ABCA的順序控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的通斷電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子便不停地做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。若將通電順序改為ACBA，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這種通電方式稱為三相三拍。而通

55、常的通電方式為三相六拍，其通電順序?yàn)锳ABBBCCCAA及AACCCBBBAA，相應(yīng)地，定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15度。3.2 步進(jìn)電機(jī)的特性步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使用的是脈沖信號，而脈沖是數(shù)字信號，這恰恰是計(jì)算機(jī)所擅長處理的類型。自從20世紀(jì)80年代以來開始開發(fā)出專用的驅(qū)動(dòng)電路，今天在磁盤、打印機(jī)等的OA裝置的位置控制中，步進(jìn)電機(jī)都是重要的組成部分?？傮w來說步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)如下：1、不需要反饋，控制簡單。2、與微機(jī)的連接、速度控制及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)較簡單。3、沒有角度累積誤差4、停止時(shí)也可保持轉(zhuǎn)距。5、不需要保養(yǎng)，故造價(jià)較低。6、即使沒有傳感器，也能精確定位。7、根椐給定的脈沖周期，能夠以任意

56、速度轉(zhuǎn)動(dòng)。難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩。8、不宜用作高速轉(zhuǎn)動(dòng)9、在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低。10、超過負(fù)載時(shí)會破壞同步，高速工作時(shí)會發(fā)出振動(dòng)和噪聲。11、步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸人脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一周后沒有累積誤差，具有良好的跟隨性。 12、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)，既簡單、廉價(jià)，又可靠。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)。 13、步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)以及變速控制。 14、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。 15、步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源。3.3 步進(jìn)電機(jī)的分

57、類步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和分類方法較多。按照勵(lì)磁方式分類，可將步進(jìn)電機(jī)分為三類：反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（VR）。采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子，其結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角可以做的相當(dāng)小，但動(dòng)態(tài)性能相對較差。使用簡單，使用較多。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（PM）。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?；旌喜竭M(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)。這類電機(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

58、一類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，在計(jì)算機(jī)相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機(jī)。3.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流供電電源的確定電壓的確定混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的供電電源電壓一般是一個(gè)較寬的范圍（比如ASD545R的供電電壓為1848VDC），電源電壓通常根據(jù)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來選擇。如果電機(jī)工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅(qū)動(dòng)器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動(dòng)器。電流的確定供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的輸出相電流I來確定。如果采用線性電源（環(huán)行變壓器），電源電流一般可取I的1.11.3倍；如果采用開關(guān)電源，電源電流一般可取I的1.52.0倍?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的供電電源電壓一般是一

59、個(gè)較寬的范圍，電源電壓通常根據(jù)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來選擇。如果電機(jī)工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅(qū)動(dòng)器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動(dòng)器3.5 步進(jìn)電機(jī)使用時(shí)的注意事項(xiàng)1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，(0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度)間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。3、若所帶負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，則應(yīng)在低頻下啟動(dòng)，然后再上升到工作頻率，停車時(shí)也因從工作頻率下降到適當(dāng)頻率再停車。4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座

60、號電機(jī)。5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止時(shí)的定位精度。6、在工作過程中，因盡量使負(fù)載均勻，避免負(fù)載突變引起誤差。7、電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。8、若在工作中發(fā)生失步現(xiàn)象，首先應(yīng)檢查負(fù)載是否過大，電源電壓是否正常。再檢查驅(qū)動(dòng)電源輸出波形是否正常，在處理問題時(shí)，不應(yīng)隨意變換元件。9、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。10、驅(qū)動(dòng)電源的選擇對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行影響極大。應(yīng)該根據(jù)運(yùn)行的具體要求，盡量選用先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)電源。3.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分原理及一些相關(guān)說明在國外，