【正文】 ........................................................ 20 程序調(diào) 試 .................................................................................................... 20 第五章 全文總結(jié) ........................................... 24 參考文獻(xiàn) ................................................. 25 致謝 ..................................................... 26 附錄 ..................................................... 27 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘要 小型 PLC 在編程， I/O 擴(kuò)展，通訊 接 口，開(kāi)關(guān)量和模擬量的調(diào)節(jié)以及一些特殊功能模塊如高速計(jì)數(shù)輸入和脈沖輸出的應(yīng)用上已經(jīng)基本滿足用戶的需求了。 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。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。因此如何實(shí)現(xiàn) PLC 控制步進(jìn)電機(jī)的通用控制電路設(shè)計(jì)方法有著實(shí)際生產(chǎn)意義。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 PID 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的 特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。可以預(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入， PLC 在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。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)控 系統(tǒng)。輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為 “一步 ”，這個(gè)固定的角度稱為步距角。 按結(jié)構(gòu) 分為 單段式（徑向式）、多段式（軸向式）、印刷繞組式。另外步進(jìn)電機(jī)也廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。當(dāng)主機(jī) I/O點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種 I/O模塊。軟元件是 PLC內(nèi)部 的具有一定功能的器件，這些器件實(shí)際上是由電子電路和寄存器及存儲(chǔ)器單元等組成。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器 ， 減速齒輪等和電動(dòng)機(jī)本體綜合設(shè)計(jì)在一起 ，這樣使其能方便地組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng) ， 因而具有更加優(yōu)越的控制性。 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(shí)時(shí)刷新技術(shù) ， 輸出信號(hào)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(gè)系統(tǒng)的快速性。 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 兩相 混合式步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 的 繞組接線 如 圖 ， A、 B兩相繞組沿徑向分相 ， 沿著定子圓周有 8個(gè)凸出的磁極 ， 7磁極屬于 A相繞組 ， 8磁極屬于 B相繞組 ，定子每個(gè)極面上有 5個(gè)齒 ， 極身上有控制繞組。1537A A 環(huán)形分配器 將脈沖及方向信號(hào)按設(shè)定的節(jié)拍方式，轉(zhuǎn)換為功放管的導(dǎo)通和截止信號(hào)，從而控制各相繞組的通電和斷電。 因轉(zhuǎn)子上共有 50個(gè)齒 ， 其齒距角為 360176。依次類推若繼續(xù)按四拍的順序通電 ， 轉(zhuǎn)子就按順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊降剞D(zhuǎn)動(dòng) ， 每通電一次即每來(lái)一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 176。 A ( 1 ) B ( 2 )1 2 34 5 6A ( 3 ) B ( 4 )A ( 5 ) B ( 6 ) A ( 7 ) B ( 8 ) 圖 A相通電時(shí) 定轉(zhuǎn)子齒展開(kāi)圖 A ( 1 ) B ( 2 )1 2 34 5 6A ( 3 ) 圖 B相繞組 通電定轉(zhuǎn)子齒展開(kāi)圖 驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置 由于上述步進(jìn)電機(jī)的相電流為 ， 驅(qū)動(dòng)器的 SW1SW3 分別設(shè)置為： ON、 ON、 OFF，即 輸出峰值電流為 ， SW5SW7 分別設(shè)置為 ON、 ON、 ON，即細(xì)分設(shè)定為 200 步 /圈。原理框圖如圖 所示： P L C驅(qū) 動(dòng) 器 步 進(jìn) 電 機(jī)負(fù) 載 圖 控制框圖 環(huán)形分配程序?qū)Σ竭M(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) 兩相 繞組的直流電源的依次通、斷 ， 形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 測(cè)試程序如下： //驅(qū)動(dòng)器功能測(cè)試 LD //僅首次掃描周期 MOVW 500， SMW68 //輸出脈沖周期為 500μs MOVW 0， SMW70 //脈寬為 0 MOVD 4600， SMD72 //輸出 4600個(gè)脈沖 ATCH 0, 19 //把中斷程序 0分配給中斷事件 19 ENI //允許中斷 控制的標(biāo)志位如表 42所示： 標(biāo)志位 功能 電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志 聯(lián)鎖標(biāo)志 表 42 標(biāo)志位 電機(jī)起動(dòng) 該部分的程序框圖如圖 。周期增量由 公式 （ 41） ： 周期增量 =（ TECTIC） /Q (41) 加速階段初始周期為 500μs，周期增量為 1μs，脈沖數(shù) 400；恒速階段初始周期為100μs，周期增量為 0μs，脈沖數(shù)為 4000；減速階段初始周期為 100μs，周期增量為 2μs，脈沖數(shù)為 200。 INT 為中斷程序號(hào)， EVNT 為中斷事件號(hào)。 程序如下： //設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)方向 LDN //若電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài) A //且轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)置于 1 S , 1 //逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) LDN //若電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài) AN //且轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)置于 0 R , 0 //順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 電機(jī)急?？刂? 停止電機(jī)有 2個(gè)條件：按 STOP按鈕，在 ；電機(jī)處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，即=1。當(dāng) STOP 松開(kāi)后，為防止電機(jī)意外起動(dòng)，只有在 START 和 STOP 同時(shí)松開(kāi)，才能將 復(fù)位。 目前利用可編程序控制器（即 PLC 技術(shù)）可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)化技術(shù)水平 ，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 附錄 電氣性能 說(shuō)明 單位 最小值 典型值 最大值 輸出電流 A 2 輸入電源電壓 VDC 12 24 36 控制信號(hào)輸入電流 mA 7 10 16 步進(jìn)脈沖頻率 KHz 100 脈沖低電平時(shí)間 μs 5 表 21 2MA320的電氣性能表 電流輸出設(shè)定 輸出峰值電流 （ A） SW1 SW2 SW3 ON ON ON OFF ON ON ON OFF ON OFF OFF ON ON ON OFF OFF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF 表 22 2MA320電流輸出設(shè)定表 細(xì)分設(shè)定 步數(shù) /圈 Micro SW5 SW6 SW7 200 1 ON ON ON 400 2 OFF ON ON 800 4 ON OFF ON 1600 8 OFF OFF ON 3200 16 ON ON OFF 6400 32 ON OFF 12800 64 ON OFF OFF 25600 128 OFF OFF OFF 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 表 23 細(xì)分設(shè) 定表 輸入信號(hào)接口功能 符號(hào)標(biāo)記 功能 詳細(xì)說(shuō)明 PLS 步進(jìn)脈沖信號(hào) 下降沿有效，每當(dāng)脈沖由高變低時(shí)電機(jī)走一步。 ≤低電平≤,≤ 高電平 ≤, 脈寬 VCC 輸入信號(hào)光電隔離正端 接 +5V供電電源， +5V～ +24均可驅(qū)動(dòng)，高于 +5V需接限流電阻。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 致謝 在本次設(shè)計(jì)中， 機(jī)電學(xué)院的何志勇 老師給我提供了良好的設(shè)計(jì)條件和細(xì)心的指導(dǎo)。蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 第五章 全文總結(jié) 本文論述了基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和研制過(guò)程，包括硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì) 以及系統(tǒng)組態(tài) 等方面。這與 PLS指令有關(guān)，它將脈寬調(diào)制（ PWM）輸出的脈沖寬度減為 0，因此輸出信號(hào)被抑制。高速脈沖串輸出 PTO 和寬度可調(diào)脈沖輸出 PWM 都由 PLS 指令激活。它們的梯形圖符號(hào)如圖 所示 ： M O V EE N E N OI N O U TA T C HE N E N OI N TE V N TP L SE N E N OQ 0 . X子 程 序 名E N 圖 各指令符號(hào) MOVE（賦值指令）可以由使能（ EN）輸入端的信號(hào)激活。 工作過(guò)程如圖 ： 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17