【正文】 0 運(yùn)用組態(tài)軟件監(jiān)視 PLC 系統(tǒng) 組態(tài)王開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng) 。生成空機(jī)架。 的作用給一個(gè)脈沖 得電閉合一次遞增計(jì)數(shù)就加一次，當(dāng)增加到六次時(shí)，遞增計(jì)數(shù)器動(dòng)作，他的輔助觸點(diǎn)閉合， 動(dòng)作遞增計(jì)數(shù)器復(fù)位。 和 是正反轉(zhuǎn)按鈕 ， 是停止及清零按鈕 ， 當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)按下 ， 而 常開(kāi)和 ， 閉合觸點(diǎn)形成串連 ， 目的形成互鎖 ， 使正轉(zhuǎn)時(shí) ， 反轉(zhuǎn)不能啟動(dòng) 。 . 梯形圖程序設(shè)計(jì) 控制步進(jìn)電機(jī)的各輸入開(kāi)關(guān)及控制 A、 B、 C 三相繞組工作的輸出端在 PLC中的 I/O 編址如下： 表 51 輸入輸出地址 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕 控制 A相繞組 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕 控制 B 相繞組 停止及清零按鈕 控制 C 相繞組 低速開(kāi)關(guān) 中速開(kāi)關(guān) 高速開(kāi)關(guān) 采用移位指令進(jìn)行步進(jìn)控制。如果 N 不等于“ 0” ，則通過(guò) SHR_W 指令將 CC0 位和 OV 位清零。如果輸入 的信號(hào)狀態(tài)從“ 1” 變?yōu)椤?0”，則定時(shí)器停止運(yùn)行， 為“ 0”（如果 的信號(hào)狀態(tài)從“ 0”變?yōu)椤?1”，則定時(shí)器復(fù)位，而不管定時(shí)器是否正在運(yùn)行）。同時(shí)當(dāng)前時(shí)間和時(shí)基清零。如果 C10 不等于“ 0”，則 為“ 1” 。 S_CU 加計(jì)數(shù)器指令 圖 55 S_CU 加計(jì)時(shí)器指令符號(hào) 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 S_CU（加計(jì)數(shù)器）在 輸入端 S 出現(xiàn)上升沿時(shí)使用輸入端 PV 上的數(shù)值預(yù)置。 （ a） 輸入文件名與路徑 （ b） 完成項(xiàng)目創(chuàng)建 圖 52 直接創(chuàng)建項(xiàng)目 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 本設(shè)計(jì)相關(guān)指令介紹 傳送指令 MOVE 圖 53 MOVE 指令符號(hào) MOVE（賦值指令）可以由使能（ EN）輸入端的信號(hào)激活。 使用向?qū)?chuàng)建項(xiàng)目 首先雙擊桌面上的 STEP 7 圖標(biāo)，進(jìn)入 SIMATIC MANAGER 窗口，進(jìn)入主菜單【 文件 】，選擇【 “新建項(xiàng)目”向?qū)?】 ， 彈出標(biāo)題為“新項(xiàng)目向?qū)?” 的小窗口。 2）設(shè)置用 MPI 或 PROFIBUSDP 連接的設(shè)備之 間的周期性數(shù)據(jù)傳送的參數(shù)，選擇通信的參與者，在表中輸入數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目的地后，通信過(guò)程中數(shù)據(jù)的生成和傳送均是自動(dòng)完成的。 STEP 7 的幫助功能：選定想要得到的在線幫助的菜單目錄，或打開(kāi)對(duì)話框，按 F1 鍵便可得到與它們有關(guān)的在線幫助。點(diǎn)擊【 PROPERTIES?】按鈕，可以設(shè)置計(jì)算機(jī)與 PLC 通信的參數(shù)。 STEP 7 的 硬件接口 PC/MPI 適配器用于連接安裝了 STEP 7 的計(jì)算機(jī)的 RS232C 接口和 PLC 的MPI 接口。接線圖如下 : 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 47 定位控制部分圖 本章小結(jié) 本章闡述了此次設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)。一是在此應(yīng)用的 PLC 最好是具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù)的 PLC， 使輸出信號(hào)的頻率可以達(dá)到數(shù)千赫芝或更高。圖中僅為一相的驅(qū)動(dòng)電路，其余兩相與之相同。 1） 安全地或電源接地：將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。 主要抗干擾措施 1） 合理處理電源以抑制電網(wǎng)引入的干擾 對(duì)于電源引入的電網(wǎng)干擾可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為 1∶ 1 的隔離變壓器 ， 以減少設(shè)備與地之間的干擾 ， 還可以在電源輸入端串接 LC 濾波電路。 2） 柜內(nèi)干擾。 5） 電源： PLC 對(duì)于電源線帶來(lái)的干擾具有一定的抵制能力。另外，每個(gè)通道都有自己的硬件控制門， 0 通道的硬件門對(duì)應(yīng) X2 前接線端子的 4 號(hào)接線端子，對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)默認(rèn)地 址為 。因此整個(gè) I/O 映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開(kāi)關(guān)量I/O 映象區(qū)；模 擬量 I/O 映象區(qū)。 空間的分配： 雖然各種 PLC 的 CPU 的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù) PLC 的工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域： 1） 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū) 2） 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等） 3） 用戶程序存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 程序。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 本章小結(jié) 本章說(shuō)明了三相 步進(jìn)電機(jī)幾種常見(jiàn)的工作方式，即三相單三拍，三相雙三拍和三相六拍。如圖 所示，這是一種軟 軟結(jié)構(gòu)，脈沖生成器和脈沖分配器均有可編程序控制器程序?qū)崿F(xiàn)。這種控制驅(qū)動(dòng)方式運(yùn)行速度比較快，但是電路復(fù)雜，功能單一。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 34 三相單六拍正向 時(shí)序圖 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)思路 步進(jìn)電機(jī)控制方式 典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖所示： 圖 35 典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移或者線位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件。 這三種方式的主要區(qū)別是 :電機(jī)繞組的通電、放電時(shí)間不同。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第 3 章 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)工作方式的選擇 常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)的工作方式 常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)的工作方式有以下三種 ： ： A B C A 圖 31 三相單三拍工作方式時(shí)序圖 拍： AB BC CA AB 圖 32 三相雙三拍工作方式時(shí)序圖 ： A AB B BC C CA A 圖 33 三相六拍工作方式時(shí)序圖 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 步進(jìn)電機(jī) 控制原 理 控制步進(jìn)電機(jī)換向順序 通電換向這一過(guò)程稱為脈沖分配。并且 ， PLC 有采用大功率晶體管的輸出端口 ， 能夠滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù) 10V 級(jí)脈沖電壓、1A 級(jí)脈沖電流的 驅(qū)動(dòng)要求 [11]。向五相和三相電動(dòng)機(jī)方向發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動(dòng)機(jī)，其振動(dòng)和噪聲較大，而五相和三相電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)勢(shì)性。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。PLC 自產(chǎn)生至今只有 30 多年的歷史 ， 卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用 ， 成為當(dāng)代 工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。只要符合這 一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。 由此可見(jiàn)， 電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理 結(jié)構(gòu) 電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi)。 2） 步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高時(shí)會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 8090 度完全正常。如果使用 細(xì)分驅(qū)東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 動(dòng)器，則“相數(shù)”將變得沒(méi)有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。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。 定子、轉(zhuǎn)子是用 硅鋼片或其他軟磁材料制成的。這些特點(diǎn)使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與其它電動(dòng)機(jī)有很大的差別。提出了本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)，用 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)以不同的方式運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。 我國(guó)的情況有所不同，直到 20 世紀(jì) 80 年代，一直是磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)占統(tǒng)治地位，混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是 80 年代后期才開(kāi)始發(fā)展，至今仍然是二種結(jié)構(gòu)類型同時(shí)并存。瑞士 ESCAP 公司最近還研制出外徑僅 10mm 的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。將三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)同二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行比較后得出 ： 1） 在獲得小步距角方面，三相電動(dòng)機(jī)比 二相電動(dòng)機(jī)要好。／ 176。為適應(yīng)這些要求，發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中較有自己特點(diǎn)，且應(yīng)用十分廣泛的一類便是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。另一方面，微型計(jì)算機(jī)和數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，又將作為數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行部件的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如電加工機(jī)床、小功率機(jī)械加工 機(jī)床、測(cè)量?jī)x器、光學(xué)和醫(yī)療儀器以及包裝機(jī)械等。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大的生產(chǎn)國(guó)是日本，如日本伺服公司、東方公司、 SANYO DENKI和 MINEBEA 及 NPM 公司等，特別是日本東方公司，無(wú)論是電動(dòng)機(jī)性能和外觀質(zhì)量，還是生產(chǎn)手段，都堪稱是世界上最好的。 4） 三相電動(dòng)機(jī)連續(xù) 2 步用于半步的轉(zhuǎn)矩差比二相電動(dòng)機(jī)的要小。同樣機(jī)座號(hào)的電動(dòng)機(jī)，方形的力矩比圓形的將提高 30％～ 40％ 發(fā)展趨勢(shì)之三，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。）與典型的磁阻式電動(dòng)機(jī)的步距角（ 176。而現(xiàn)在的可編程控制器 (通常稱 PLC) 是 一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī) ， 具有模塊化結(jié)構(gòu)、配置靈活 、 高速的處理速度、精確的數(shù)據(jù)處理能力、多種控制功能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和優(yōu)越的性價(jià)比等性能 ， 能充分適應(yīng)工業(yè)環(huán)境 ， 簡(jiǎn)單易懂 ， 操作方便 ， 可靠性高 ， 是目前廣泛應(yīng)用的控制裝置之一。然而 ， 由于電動(dòng)機(jī)的工作原理和其它電動(dòng)機(jī)有很大的差別 ， 具有其它電動(dòng)機(jī)所沒(méi)有的特性。 步進(jìn)電機(jī)的分類 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。如圖所示： 圖 22 A相通電定轉(zhuǎn)子錯(cuò)開(kāi)示意圖 電機(jī)的位置和速度由繞組通電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 /176。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。就是 A，齒 5 就是齒 1）如圖： 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 23 定轉(zhuǎn)子的展開(kāi)圖 旋轉(zhuǎn) 三相如 A 相通電， B， C 相不通 電時(shí)，由于磁場(chǎng) 作用，齒 1 與 A 對(duì)齊 ，（轉(zhuǎn)子不受任何力，以下均同）。往往采用 AABBBC－ CCAA 這種導(dǎo)電狀態(tài)，所以本設(shè)計(jì)采用三相六拍。由于通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)可以很方便的控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角位移，且步進(jìn)電機(jī)的誤差不積累，可以達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。 PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同 : 1） 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。 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(jì)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。 用 PLC 對(duì)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(yùn)動(dòng)控制功能，現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制 [9]。對(duì) PLC 提出兩個(gè)特性要求。 控制步進(jìn)電機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。而且，電機(jī)是三拍的工作方式時(shí)，其分辨率為 3 度，六拍的工作方式時(shí)，分辨率是 度。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比 ， 其轉(zhuǎn)速與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù) (即脈沖頻率 )成正比 ， 其轉(zhuǎn)向與脈沖分配 到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的脈沖順序有關(guān)。這種控制驅(qū)動(dòng)方法電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，但是占用 CPU 時(shí)間多，給微處理器運(yùn)行其他工作造成困難。對(duì) PLC 提出兩個(gè)特性要求。 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。 PLC 常用的存儲(chǔ)器類型： 1） RAM 這是一種讀 /寫(xiě)存儲(chǔ)器 (隨機(jī)存儲(chǔ)器 )，其存取速度最快，由鋰電池支持。它和硬件一起決定了該 PLC 的性能。 CPU313C 集成有 3 個(gè)用于高速計(jì)數(shù)或高頻脈沖輸出的特殊通道， 3 個(gè)通道位于 CPU313C 集成數(shù)字量輸出點(diǎn)首位字節(jié)的最低三位，這三位通常情況下可以作為普通的數(shù)字量輸出點(diǎn)來(lái)使用。 2） 濕度：為了保證 PLC 的絕緣性能 ， 空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于 85%( 無(wú)露珠 ) 。普通的整流濾波電 源 ， 由于紋波的影響 ， 容易使 PLC 接收到錯(cuò)誤信息。正確的接地 ， 既能抑制電磁干擾的影響 ， 又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地 ， 反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào) ， 使 PLC 系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。 PLC 的輸入與輸出最好分開(kāi)走線 ， 開(kāi)關(guān)量與模擬量也要分開(kāi)敷設(shè)。 3） 信號(hào)與屏蔽接地：一般要求信號(hào)線必須要有唯一的參考地。由 T T3 兩個(gè)三極管組成達(dá)林頓式功放電路， 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的 3 個(gè)繞組，使電機(jī)繞組的靜態(tài)電流達(dá)到近 2A。如下圖所示： 圖 46 PLC 直接驅(qū)動(dòng)電機(jī) 環(huán)形分配程序?qū)?步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通電順序進(jìn)行環(huán)形脈沖分配 ， 從而控制接到步進(jìn)電機(jī)三相繞組的 48V 直流電源的依次通、斷 ， 形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ， 使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 第 5 章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) STEP7 概述 STEP7 編程軟件用于 SIMATIC S M C7 和基于 PC 的 WINAC，是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的 標(biāo)準(zhǔn)工具。使用計(jì)算機(jī)的通信卡 CP 561 CP 5511 或 CP 5512，可以將計(jì)算機(jī)連接到 M