【正文】 的控制 3 在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。個人計算機(jī)（簡稱 PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC）。 20 世紀(jì) 70年代初出現(xiàn)了微處理器。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能，其啟動、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，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、鐘表、數(shù)字系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)及航天工業(yè)裝置中。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器 [1]。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。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求，迫使人們?nèi)ふ乙环N新的控制裝置取而代之。它采用可編程序的存儲器，其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。但 隨著應(yīng)用需求及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品技術(shù)性能的提升， PLC 將繼續(xù)得已完善和發(fā)展。本文主要論述了步進(jìn)電機(jī)的原理及驅(qū)動方法，并在 S7200 PLC 的基礎(chǔ)上，對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計的。 PLC 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 : 1）中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 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)。 步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。 PLC 對步進(jìn)電機(jī)也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，即可實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加 了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段， 計算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。但隨著應(yīng)用需求及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品技術(shù)性能的提升（如步進(jìn)驅(qū)動的脈沖響應(yīng)頻率及精度， HMI 及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的通訊功能）， PLC將繼續(xù)得已完善和發(fā)展。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 4 第二章 西門子 S7200 PLC PLC 的產(chǎn)生 傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價格便宜等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。 根據(jù)以上設(shè)想和要求， 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制 出世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的汽車生產(chǎn)線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。而且某些僅有開關(guān)量邏輯控制功能的 PLC 只有十幾條指令。 PLC 的安裝接線也很方便。 PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。 維修工作量小，維修方便 PLC 的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示功能。由于體積小， PLC 很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想的控 制設(shè)備。它能夠識別用戶按特定格式輸入的指令，并按照指令完成預(yù)定的控制任務(wù)。這些程序與用戶無直接關(guān)系，已由廠家直接固化進(jìn)EPROM 中，不能由用戶直接存取、修改。 電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的裝置，它向 PLC 提供所需要的直流電源。 I/O 擴(kuò)展機(jī) 每種 PLC 都有與主機(jī)相配的擴(kuò)展模塊，用來擴(kuò)展輸入、輸出 點數(shù)，以便根據(jù)控制要求靈活組合系統(tǒng)。 編程器有簡易型和智能型兩類。 PLC 與打印機(jī)相連可將過程信息，系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。 高速脈沖輸出功能 脈沖輸出（ PLS）指令功能為：使能有效時，檢查用于脈沖輸出（ 或 ）的特殊存儲器位（ SM），然后執(zhí)行特殊存儲器位定義的脈沖操作。執(zhí)行 PLS 指令時， S7200 讀這些特殊存LAD STL 操作數(shù)及數(shù)據(jù)類型 PLS Q Q：常量（ 0 或 1） 數(shù)據(jù)類型 字 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 8 儲器位（ SM），然后執(zhí)行特殊存儲器位定義的脈沖操作，即對相應(yīng)的 PTO/PWM發(fā)生器進(jìn)行編程。向控制字節(jié)（ 或 ）的 PTO/PWM 允許位寫入零，然后執(zhí)行 PLS 指令，將禁止 PTO 或 PWM 波形的生成。 PTO 的使用 PTO 是可以指定脈沖數(shù)和周期的占空比為 50%的高速脈沖串的輸出。注意： 如果周期 2 個時間單位，則周期的默認(rèn)值為 2 個時間單位。這樣就保證了輸出脈沖串 的連續(xù)性。 單段流水線中的各段脈沖串可以采用不同的時間基準(zhǔn)，但有可能造脈沖串之間的不平穩(wěn)過渡。 工作方式 S7200 有 3 種工作方式： RUN(運行 ) 、 STOP(停止 ) 、 TERM(terminal ,終端 ) 工作方式，可通過安裝在 PLC 上的方式選擇開關(guān)進(jìn)行切換。 (4) 當(dāng)電源斷電又恢復(fù)后，如果方式選擇開關(guān)在 TERM 或 STOP 狀態(tài)下，CPU 自動進(jìn)入 STOP 方式；如果方式選擇開關(guān)在 RUN 狀態(tài)下，則 CPU 自動進(jìn)入RUN 方式。整個過程掃描執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。 附：見圖 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 12 圖 21 S7200CPU224PLC 的結(jié)構(gòu)圖 PLC 技術(shù)在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用 隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器，減速齒輪等和電動機(jī)本體綜合設(shè)計在一起，這樣使其能方便地組成一個閉環(huán)系統(tǒng)，因而具有更加優(yōu)越的控制性。 用 PLC 對步進(jìn)電機(jī)也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。 PLC 直接控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)由 PLC 和步進(jìn)電機(jī)組成， PLC 具有實時刷新技術(shù)，輸出信號的頻率可以達(dá)到數(shù)千赫茲或更高，使得脈沖分配能有很高的分配速度，充分利用步進(jìn)電機(jī)的速度響應(yīng)能力，提高整個系統(tǒng)的快速性。 步進(jìn)電機(jī)的特點 步進(jìn)電機(jī)的特點如下： 1）電動機(jī)輸出軸的角位移與輸入脈沖數(shù)成正比；轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比；轉(zhuǎn)向與通電相序有關(guān)。 3）步進(jìn)電動機(jī)的動態(tài)響應(yīng)快，易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。 7）步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源以及直流電源 [2]。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為 176。、五相的為 176。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì) 分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。比如，當(dāng)人們說 2Nm 的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 2Nm 的步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電動機(jī)實際上是一個數(shù)字 /角度轉(zhuǎn)換器，也是一個串行的數(shù) /模轉(zhuǎn)換器。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 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)。 步進(jìn)電機(jī)的分類 按其工作方式分為功率式和伺服式：功率式輸出轉(zhuǎn)矩較大，能直接帶動較大的負(fù)載；伺服式輸出轉(zhuǎn)矩較小， 只能帶動較小的負(fù)載，對于大負(fù)載需通過液壓放大元件來傳動。 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 度或 15度。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 17 步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用 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)動器、玩具、雨刷、機(jī)械手臂和錄像機(jī)等。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 18 第四章 S7200 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)設(shè)計 步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動方法很多，按照使用的控制裝置來分可以分為 :普通集成電路控制、單片機(jī)控制、工業(yè)控制機(jī)控制、可編程控制器控制等幾種。cm，轉(zhuǎn)動慣量 36g轉(zhuǎn)子鐵芯上均勻分布 50 個齒，兩段鐵芯上的小齒相互錯開 半個齒距，定轉(zhuǎn)子的齒距和齒寬相同。 驅(qū)動器的選擇 本設(shè)計選用型號為 DMD402A 的驅(qū)動器。 驅(qū)動接口電路如圖 44 所示： 圖 44 本設(shè)計驅(qū)動電路接線圖 當(dāng)兩相控制繞組按次序輪流通電，每拍只有一相繞組通電，四拍構(gòu)成一個循環(huán)。 A 相繞組通電時轉(zhuǎn)子 N 極端、 S 極端轉(zhuǎn)子平衡。定子每個極距所占的齒數(shù)為不是整數(shù) ， 因此當(dāng)定子的 A 相通電 ， 在轉(zhuǎn)子 N 極 ， 磁極 1 的 5 個齒與轉(zhuǎn)子齒對齒 ， 旁邊的 B 相繞組的磁極 2 的 5 個齒和轉(zhuǎn)子齒有 1/4 齒距的錯位 ， 即 176。當(dāng) A 相斷電 B 相通電時 ， 磁極 2 產(chǎn)生 N 極性 ，吸合離它最近的 S 極轉(zhuǎn)子 7 齒 ， 使得轉(zhuǎn)子沿順時針方向轉(zhuǎn)過 176。 ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈需要 360176。 在轉(zhuǎn)子 S 極端也是同樣道理 ,當(dāng)繞組齒對齒時 ,其旁邊一相磁極錯位 176。 PLC 控制步進(jìn)電機(jī) 控制步進(jìn)電機(jī)最重要的就是要產(chǎn)生出符合要求的控制脈沖。二是 PLC本身的輸出端口應(yīng)該采用大功率 晶體管 ， 以滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅(qū)動要 求。當(dāng)按 A—B+—A+—B 依次導(dǎo)通、斷開時，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，即步進(jìn)電機(jī)可以按兩相四拍工作。如果 =1，將輸出 ，則電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動。軟件程序用 PLC梯形圖 和語句表 語言寫成。 目前利用可編程序控制器（即 PLC 技術(shù)）可以方便地實現(xiàn)對電機(jī)速度和位置的控制，方便地進(jìn)行各種 步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作，它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動化技術(shù)水平 ，加速了機(jī)電一體化的實現(xiàn)。 同時，在與機(jī)電學(xué)院的王爽同學(xué)一起做實驗時，早期由于基礎(chǔ)不扎實，會有很多問題，王爽同學(xué)都耐心的幫助我，在此表示衷心的感謝。 ≤低電平 ≤,≤高電平 ≤,脈沖寬度 DIR 方向控制信號 改變電機(jī)方向。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9wkxFyeQ^! dj sXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQc UE%amp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn% 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