【正文】 Caption=VB 與 PLC串口通信 窗體標(biāo)題欄顯示程序名稱 CommandButton Command1 Caption=向上運動 按下按鈕 電機向上運動 CommandButton Command2 Caption=向下運動 按下按鈕 電機向下運動 MSComm MSComm1 在程序中設(shè)置 串口參數(shù)設(shè)置 ： 程序初始化 13 Private Sub Form_Load() = 1 \\ 通信口 = 9600,e,7,1 \\ 串口參數(shù)設(shè)置 = 0 \\握手信號 = 0 = 0 = 0 = True \\打開串口 End Sub 向上運動的按鈕按下，步進(jìn)電機向上運動 Private Sub Command1_MouseDown(Button As Integer, Shift As Integer, X As Single, Y As Single) = Chr(2) + 73209 + Chr(3) + 08 End Sub Private Sub Command1_MouseUp(Button As Integer, Shift As Integer, X As Single, Y As Single) = Chr(2) + 83209 + Chr(3) + 09 End Sub 向下運動的按鈕按下，步進(jìn)電機向下運動 Private Sub Command2_MouseDown(Button As Integer, Shift As Integer, X As Single, Y As Single) = Chr(2) + 73309 + Chr(3) + 09 End Sub Private Sub Command2_MouseUp(Button As Integer, Shift As Integer, X As Single, Y As Single) = Chr(2) + 83309 + Chr(3) + 0A End Sub \\ 在 VB 控制 PLC 中，以 =Chr （ 2） +“ 73209” +Chr（ 3） +“ 08”為例： 14 Chr（ 2） +“字符串” +Chr（ 3） 表示串口輸出 “ 73209”中，“ 7”表示置位，即 PLC 的常開觸點閉合。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。；德國百格拉公司（ BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為 176。兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機的步距角。 步進(jìn)電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。 步進(jìn)電機一般不具有過載能力。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下 MSMA 400W 交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速 3000RPM 僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機包括反應(yīng)式步進(jìn)電機（ VR）、永磁式步 進(jìn)電機（ PM）、混合式步進(jìn)電機（ HB）和單相式步進(jìn)電機等。電動機的控制技術(shù)發(fā)展得力于傳感器技術(shù)，自動控制技術(shù)，微電子技術(shù)，永磁材料技術(shù)，電力電子技術(shù)，微機應(yīng)用技術(shù)等。通俗地說，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按原來設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（步進(jìn)角）。這種步進(jìn)應(yīng)用最為廣泛 。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則“相數(shù)”就變得沒有意義。 步進(jìn)電機的一 些特點 1． 一般步進(jìn)電機的精度為步進(jìn)角的 3%5%，且不累積。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。 表 31 電器規(guī)格表 型號 步距角 電機長度 保持轉(zhuǎn)矩 額定電流 驅(qū)動器電源輸入 轉(zhuǎn)子慣量 電機重量 適配驅(qū)動器 Model Ste Len Hold Curren Power Rotor Wei Match 20 p Angle 176。相對于其他的驅(qū)動方式，細(xì)分驅(qū)動方式不僅可以減小步進(jìn)電機的步距角，提高分辨率，而且可以減少或消除低頻振動，使電機運行更加平穩(wěn)均勻。一般情況下，合成磁場矢量的幅值決定了電機旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場矢量的之間的夾角大小決定了步距角的大小。 圖 32 三相永磁同步電機的簡單結(jié)構(gòu)模型 22 U、 V、 W 為定子上的 3 個線圈繞組， 3 個線圈繞組的軸線成 120176。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降 ， 通過恒流方式可以使在電機低頻和高頻時保持同樣的 24 相電流從而使高頻的力矩特性有所改善，這只能是在低速時，所以其綜合性能（高低速噪聲，高速力矩，高速平穩(wěn)性等）很難趕超交流伺服控制系統(tǒng)。驅(qū)動電壓為 DC24V80V，適配電流在 以下、外徑 5786mm 的各種型號的三相混合式步進(jìn)電機。 檢查外部控制信號 指示燈顯示正常，電機軸未鎖機 檢查 MF信號是否有效 電機堵轉(zhuǎn) 最高速度設(shè)置過大 降低最高速度 加速時間太短 加長加速時間或增大驅(qū)動器脈沖濾波常數(shù) 位置不準(zhǔn) 細(xì)分?jǐn)?shù)不對 選擇正確的細(xì)分?jǐn)?shù) 電機負(fù)載過大 更換電機或適當(dāng)增大驅(qū)動器運行電流 “ 漏電 ” 現(xiàn)象 驅(qū)動器、電機沒有可靠接地 把驅(qū)動器、電機可靠接地 驅(qū)動器、電機嚴(yán)重發(fā)熱 驅(qū)動器運行電流大或外界散熱條件差 適當(dāng)?shù)臏p小驅(qū)動器運行電流或增加驅(qū)動器和電機的通風(fēng)散熱 ： 驅(qū)動器 工作電流由 DIP1端子設(shè)定，運行電流為正常工作輸出電流設(shè)置開關(guān)（注：本驅(qū)動器電流值為有效值） 關(guān)系如表 34. 表 34 運行電流與正常 工作輸出電流設(shè)置開關(guān) 關(guān)系對照表 運行電流（ A） D1 OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF ON ON ON ON ON ON ON ON D2 OFF OFF OFF OFF ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF ON ON ON ON D3 OFF OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF ON ON D4 OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON ： 驅(qū)動器 細(xì)分由 DIP2端子設(shè)定 ，共 16 檔，由 6位撥碼開關(guān)的前四位分別設(shè)定（后兩位為功能設(shè)定）。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計算和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。然后 PLC 功能完善，通用性強， 30 設(shè)計安裝簡單，維護(hù)方便。 PLC 的結(jié)構(gòu)及各部分的作用 可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器 。 3. 輸入輸出單元（ I/O單元） I/O 單元實際上是 PLC 與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。除此以外，在個人計算機上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖?，即可用個人計算機對 PLC 編程。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通端狀態(tài)，并將讀 入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映象寄存器。 輸出處理 程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的 Y 寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負(fù)載。 程序執(zhí)行 根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。 31 4. 電源 PLC 電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。 RAM 存儲器是一種高密度、低功耗、價格便宜的半導(dǎo)體存儲器，可用鋰電池做備用電源。這些電路通常都被封裝在一個集成電路的芯片上。為此本文主要研究基于 PLC 的步進(jìn)電機同步控制系統(tǒng)，實現(xiàn) PLC 與步進(jìn)電機的一體化問題。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。根據(jù)實際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi)。 ● 高性能、低價格 ● 設(shè)有 16檔等角 度恒力矩細(xì)分，最高分辨率 60000 步 /轉(zhuǎn) ； ● 最高反應(yīng)頻率可達(dá) 200Kpps； ● 步進(jìn)脈沖停止超過 100ms 時，線圈電流自動減到設(shè)定電流的一半 ； ● 光電隔離信號輸入 /輸出 ； ● 驅(qū)動電流 ； ● 單電源輸入，電壓范圍： DC24V80V； 25 ● 相位記憶功能（注：輸入停止超過 3 秒后，驅(qū)動器自動記憶當(dāng)時電機相位，重新上電或 MF信號由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，驅(qū)動器自動恢復(fù)電機相位） 如圖 35所示為 DQ378M的實物圖。所以通常只需產(chǎn)生兩相繞組的給定信號，第三相繞組的給定信號可由其它兩相求得。由于磁飽和效應(yīng)可以忽略不計，并且轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是圓形，其矩角特性為嚴(yán)格的正弦， 即： T=k *I*sin（ theta）， k 為轉(zhuǎn)矩常數(shù) 若理想的電流源以恒幅值為 I 的三相平衡電流 iU、 iV、 iW 供給電機繞組，即： iU=I*sin（ wt） iV=I*sin（ wt+2*PI/3） iW =I*sin（ wt+4*PI/3） 則電機各相電流產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩為： TU=k*I*sin（ wt） *sin（ theta） TV=k*I*sin（ wt+2*PI/3） *sin（ theta+2*PI/3） TW=k*I*sin（ wt+4*PI/3） *sin（ theta+4*PI/3） 穩(wěn)態(tài)運行時， theta=wt，則三相繞組產(chǎn)生的合成轉(zhuǎn)矩為： T=TU+TV+TW=3/2*k*I*sin（ PI/2wt+theta） =3/2*k*I 以上分析表明，對于三相永磁同步電機，當(dāng)三相繞組輸入相差 120176。在結(jié)構(gòu)上，它相當(dāng)于一種多極對數(shù)的交流永磁同步電機。 因為三相混合式步進(jìn)電機比二相步進(jìn)電機有更好的低速平穩(wěn)性及輸出力矩，所以三相混 合式步進(jìn)電機比二相步進(jìn)電機有更好應(yīng)用前景。 為何要使用步進(jìn)電機驅(qū)動器 步進(jìn)電機是一種開環(huán)伺服運動系統(tǒng)執(zhí)行元件，以脈沖方式進(jìn)行控制，輸出角位移。 19 本設(shè)計所使用的步進(jìn)電機 BSHB 三相混合式步進(jìn)電機，采用交流伺服控制原理，三相正弦電流驅(qū)動，具有高轉(zhuǎn)矩、低震動、發(fā)熱小、可靠性高等優(yōu)點，運行性能較二相、五相混合式步進(jìn)電機有了全面的提高，運行效果可與進(jìn)口電機相媲美。頻率越來越高，反向電動勢越大。通常步進(jìn)電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。它不 18 一定是電機實際工作時的真正步矩角，真正的步矩角和驅(qū)動器有關(guān)。 PM 一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度； VR 一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動都很大。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接受到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)計的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。步進(jìn)適用在低速 。 步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。步進(jìn)電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。 交流 伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。對于帶 17位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收217=131072 個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為 360176。、176。五相混合式步進(jìn)電機步距角一般為 176。 15 第 3 章 步進(jìn)電機與步進(jìn)驅(qū)動器 步進(jìn)電機 步進(jìn)電機與伺服電機的區(qū)別 步進(jìn)電機和交流伺服電機性能比較 ， 步進(jìn)電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù) 字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。 圖 25 PC 與 PLC 串口通信程序設(shè)計硬件線路圖 PC 端（上位機） VB 程序 COM1 Y0 Y3 Y10 Y13 Y20 Y23 編程口 FX3U PLC X7 X6 X5 X4 X3 X1 X0 COM N L 轉(zhuǎn)換器 脈沖 方向 步進(jìn)驅(qū)動器 脈沖 方向 脈沖 方向 SC09 編程電纜 RS232 DC24V —— AC220V + PC COM1 12 運行 VB，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的工程項目文件，設(shè)計程序窗體。計算機作為上位機可以提供良好的人機界面，進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，進(jìn)行程序編制，參數(shù)設(shè)定和修改，數(shù)據(jù)采集等，既能保證系 統(tǒng)性能，又能使系統(tǒng)操作簡便，便于生產(chǎn)過