【正文】 還有一點成就感。結(jié)束語本設(shè)計為步進(jìn)電機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，主要完成在PLC控制下，步進(jìn)電機(jī)對異步電機(jī)的跟隨動作，并在組態(tài)界面上進(jìn)行實時監(jiān)控。見公式（63）所示。這樣的數(shù)據(jù)在運算中是受到一定程度限制的，如編程中經(jīng)常使用到的除法，其在運算中產(chǎn)生的小數(shù)部分會被舍去?？梢栽O(shè)置高速計數(shù)器計數(shù)方式為“四倍頻計數(shù)方式”，即編碼器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一圈，高速計數(shù)器C251計得脈沖400個，精確度會提高到原先的四倍。能夠?qū)崿F(xiàn)同步跟蹤的效果。圖525 異步電機(jī)加、減速監(jiān)控效果圖6 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)誤差分析與改善 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 步進(jìn)電機(jī)對異步電機(jī)的理論跟蹤效果 因步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要提供1000個脈沖，而負(fù)責(zé)測量異步電機(jī)轉(zhuǎn)速的增量式編碼器每轉(zhuǎn)一周發(fā)送100個脈沖，所以將單位時間內(nèi)（1s內(nèi)）所測得編碼器單相脈沖數(shù)D2做取絕對值處理后，再乘以10便可得到步進(jìn)電機(jī)做跟隨動作所需要的脈沖頻率值D4。 (1)開始按鈕編輯雙擊“開始”按鈕，出現(xiàn)動畫連接對象類型“增強(qiáng)型按鈕”，點擊觸敏動作中“左鍵動作”，對腳本進(jìn)行編輯，如圖521所示 圖521 開始腳本編輯界面按同樣的方法分別對停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)按鈕分別進(jìn)行編輯其編輯界面圖分別如附錄圖A3，圖A4，圖A5所示。并設(shè)置顯示時間的格式顯示時 、分、秒，點擊“確認(rèn)”。因設(shè)計中沒有真正與PLC聯(lián)系在一起，所以在組態(tài)界面上添加了“模擬手操器”來模擬設(shè)定變頻器的頻率。 動態(tài)連接（1）電機(jī)設(shè)置雙擊“異步電機(jī)”按鈕對象，出現(xiàn)異步電機(jī)向?qū)υ捒颍鐖D513所示。如圖59所示。用同樣的方法選擇其他對象。(1) 創(chuàng)建畫面進(jìn)入開發(fā)環(huán)境Draw后，首先創(chuàng)建一個新窗口。指定工程的名稱和路徑，啟動力控的“工程管理器”，如圖52所示。采用組態(tài)軟件開發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可以極大地增強(qiáng)用戶生產(chǎn)控制能力、提高工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原材料的消耗。讀取異步電機(jī)的速度程序如圖46所示：圖46 讀取異步電機(jī)的速度程序本程序是1s的定時時間一到，我們把C251高速計數(shù)器記得值存到D2寄存器中，即是1s中異步電機(jī)發(fā)出了多少個脈沖。 程序的最后兩行[ MOV D1050 D0 ] 是將變頻器的主頻率存儲在D0中，[ MOV D1051 D1 ]是把變頻器的輸出頻率存儲于D1中，如圖45所示。 圖43 通信格式設(shè)置 對PLC的RS485通訊口進(jìn)行初始化，使其通訊格式為 MODBUS ASCII，9600，7，E，1。其中變頻器具體參數(shù)設(shè)定如表42所示。設(shè)計中PLC輸出脈沖高電平為24V，需串入3k的電阻。圖311 編碼器接線圖 PLC的X0、X1輸入端作為高速計數(shù)器的脈沖輸入端。這樣電機(jī)運轉(zhuǎn)時通過聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)編碼器同軸相連，編碼器的轉(zhuǎn)軸會以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并將此轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)化為一定頻率的脈沖信號輸出。絕對式編碼器在誤差允許的情況下可以當(dāng)作增量式編碼器來使用，也就避免了需要將格雷碼換為其他進(jìn)制數(shù)據(jù)的繁瑣過程，而且單接一根信號線就可以測出轉(zhuǎn)速信號，節(jié)省了PLC的輸入口資源。圖38 二進(jìn)制格雷碼與自然二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換示例（3）絕對式編碼器的特殊用法顯然，使用8位二進(jìn)制格雷碼記錄電機(jī)運轉(zhuǎn)的位置信號能夠測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。具有抗干擾能力強(qiáng)，可用于長期的定位控制的特點。在使用時，通常GND要接到0V，或者接地。增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的脈沖輸出。在使用時要仔細(xì)看它的配線圖，不要接錯線，不然會燒壞變頻器。建立好鏈接后，主機(jī)與PLC通信傳輸方式仍為RS232通信傳輸，只是它占用的是主機(jī)的USB接口。圖33輸入點配線圖此種接法為SINK模式接法，與之相對還有一種名為SOURCE的接法，與其完全相反，接線之前必須先查清PLC輸入端為哪種接法，否則容易燒壞輸入端電路。鑒于本次設(shè)計任務(wù)在于進(jìn)行步進(jìn)控制設(shè)計，特選用臺達(dá)ES晶體管型PLC，型號：DVP40ESOOT2。）切換信號，高電平整步運行，默認(rèn)為半步，整步控制時接+5V ERROR出錯報警指示燈驅(qū)動器過壓時，指示燈亮（紅色報警指示燈）TIMMGO相原點指示燈每二十個脈沖，指示燈亮一次（黃色指示燈）POWER電源指示燈有電源輸入時，指示燈亮（綠色指示燈）CP+，步進(jìn)脈沖信號要求輸入TTL電平脈沖信號：，CW+，方向控制信號接+5V電機(jī)反轉(zhuǎn)，高于+5V需串限流電阻（本次設(shè)計中串入3k電阻）A、B、C、D、E電機(jī)接線端 接五相步進(jìn)電機(jī)的五個輸入端AC電源輸入端AC2040V（本次用到的電源為交流40V）（2）步進(jìn)電機(jī)在給步進(jìn)驅(qū)動器配電時，必須確認(rèn)驅(qū)動器供電電源不高于40V,否則驅(qū)動器上報警指示燈會點亮，驅(qū)動器不能正常工作，也可能會造成驅(qū)動器損壞。此時步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所需要的脈沖個數(shù)為1000個。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。運用旋轉(zhuǎn)編碼器測出異步電動機(jī)的速度反饋給PLC,在PLC的控制作用下使步進(jìn)電機(jī)始終對異步電機(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行跟隨。2 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)整體方案的確定本課題選用的硬件設(shè)備有異步電機(jī)（一臺）、五相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器（一臺）、五相步進(jìn)電機(jī)（一臺）、臺達(dá)VFD007M43B型變頻器（一個）、臺達(dá)DVP40ES00T2型PLC（一臺）、旋轉(zhuǎn)編碼器（兩臺）；需要實現(xiàn)基于PLC的步進(jìn)電機(jī)對異步電機(jī)的實時跟隨動作如：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，加速，減速，勻速，并通過人機(jī)對話在組態(tài)界面上顯示模擬的動態(tài)效果。利用組態(tài)監(jiān)控軟件對步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)實時監(jiān)控可以時刻知道步進(jìn)電機(jī)的工作情況，在大型的系統(tǒng)中，只需要一人一電腦就可以掌握系統(tǒng)的運行情況，從而可以節(jié)省大量的人力和物力。 encoder 目 錄1 緒論 1 課題研究的背景及意義 1 課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 1 課題設(shè)計的主要內(nèi)容 12 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)整體方案的確定 3 3 33 基于PLC的步進(jìn)電機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計 5 步進(jìn)電機(jī)的選型 5 PLC選型 8 10 旋轉(zhuǎn)編碼器的選型 11 硬件系統(tǒng)組建 144 PLC與變頻器的通信 18 變頻器的參數(shù)設(shè)置 18 程序連接 185 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 23 新建工程項目 24 定義I/O設(shè)備 26 創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)庫 27 動態(tài)連接 29 腳本編輯 33 組態(tài)監(jiān)控畫面 346 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)誤差分析與改善 37 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 37 步進(jìn)電機(jī)對異步電機(jī)的理論跟蹤效果 37 實際檢測結(jié)果 37 誤差分析與改善 38 速度信號檢測誤差及改善 38 PLC程序算法引起的誤差及改進(jìn)方法 39結(jié)束語 40參考文獻(xiàn) 41附錄 42致謝 491 緒論 課題研究的背景及意義基于步進(jìn)電機(jī)良好的控制和準(zhǔn)確定位特性，步進(jìn)電機(jī)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)，自動控制計算裝置等自動控制領(lǐng)域。利用組態(tài)軟件通過上位機(jī)向PLC、變頻器發(fā)送多種控制信號，使異步電機(jī)完成相應(yīng)動作。通過本設(shè)計的研究充分體現(xiàn)出了組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在實際運用中的高效、直觀、便捷的優(yōu)點。用組態(tài)軟件對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，充分發(fā)揮組態(tài)軟件適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)方便、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)的特點。到了80年代后期，由于廉價的微型計算計以多功能的形態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)的控制方式更加靈活多樣。利用變頻器設(shè)置一速度驅(qū)動三相異步電機(jī)，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，測出該速度傳給臺達(dá)PLC的寄存器1。在控制界面上建立有：開始/停止按鈕，正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)按鈕以及電源模塊；模擬手操作器；步進(jìn)電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)速度顯示儀表；異步電機(jī)及異步電機(jī)速度顯示儀表；電機(jī)正/反指示燈；用來顯示異步電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的實時曲線表。 考慮到五相步進(jìn)電機(jī)運行時震蕩較小的特點，優(yōu)先選用了混合式五相步進(jìn)電機(jī)及五相步進(jìn)驅(qū)動器。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比,控制步進(jìn)脈沖信號的頻率，可以對電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)電機(jī)脈沖的個數(shù)，達(dá)到對電機(jī)精確定位目的。 PLC選型PLC（Programmable Logic Controller）即可編程控制器，也叫工控機(jī)。ES系列PLC還內(nèi)置高速計數(shù)器，可用于記錄高速脈沖數(shù)以便進(jìn)行測速。本設(shè)計的輸出回路中要用到24V直流電，在PLC端口上有自帶的24V直流電可以直接使用。 （1）變頻器硬件配置VFDM系列變頻器為臺達(dá)高機(jī)能型變頻器，是新一代高功能無感測向量型交流電機(jī)驅(qū)動器。設(shè)計中使用的變頻器相當(dāng)于三相異步電機(jī)的驅(qū)動部分，通過變頻器設(shè)定一頻率來驅(qū)動三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)動。設(shè)計中使用的臺達(dá)PLC內(nèi)置高速計數(shù)器可支持1倍頻，2倍頻及4倍頻計數(shù)。 圖37 脈沖信號輸出形式（2）絕對式編碼器 絕對式編碼器以光電掃描分度盤(與轉(zhuǎn)動軸相連)上的格雷碼模型以確定絕對位置(轉(zhuǎn)角位置)值，輸出數(shù)碼信號。其接線端各位對應(yīng)關(guān)系如表33所示。 圖39 絕對式編碼器輸出方式這也正是格雷碼的一個重要的特點，8位的格雷碼數(shù)據(jù)每向上計4個數(shù)，其最低位20位就交替改變一次，如由“010”,或由“101”改變一次。根據(jù)供電情況，由于PLC可以引出24V直流電，為了節(jié)約成本，所需的24V直流電可以由PLC直接引出。表34 PLC計數(shù)器模式分配表輸入X01相1輸入1相2輸入2相輸入C235U/DC236C237C238C241U/DC242C244U/DC246UC247UC249UC251AC251AC251AX1U/DRRDDDBBBX2U/DU/DRRRRX3U/DRSSS其中U、D分別代表遞增輸入和遞減輸入；A、B分別表示A相輸入和B 相輸入；S表示開始輸入，R為清零輸入。步進(jìn)電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周白色線出現(xiàn)一次高電平，灰色出現(xiàn)2次高電平，依次3 4 5 6 7 8高電平。最終確定了PLC與步進(jìn)驅(qū)動器的接線如圖312所示。因本設(shè)計中PLC只控制一臺變頻器，所以應(yīng)選擇“1”。圖44 啟動變頻器當(dāng) M0為On時，[ MODRD K1 H2102 K2 ]指令被執(zhí)行，PLC讀取變頻器的“主頻率”和“輸出頻率” 以ASCII碼字符形式存放在 D1073～D1076中，并自動將其內(nèi)容轉(zhuǎn)化成16進(jìn)制數(shù)值儲存至D1050、D1051中。在WPLsoft中以上程序部分均為RS485設(shè)置，實現(xiàn)臺達(dá)PLC與臺達(dá)變頻的連接，實現(xiàn)的功能是利用P