【正文】 管 VT1 和 VT2共同控制， VT2 的發(fā)射極接一個小電阻 R，電動機繞組的電流經這個電阻到地，小電阻的壓降與電動機繞組的電流成正比，所以這個電阻式電流采樣電阻。由于在斬波驅動下繞組電流恒定，電機的輸出轉矩均勻。 LED 數(shù)碼顯示器有兩種連接方法： （ 1）共陽極接法。若數(shù)據(jù)的輸入以高電平為“ 1”，則為正邏輯；反之為負邏輯?？删幊绦蚩刂破鞯?這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和 CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關系。 在通信服務階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容。 PLC 的晶體管輸出電路采用源極輸出，其原理圖如 圖 214： ****大學畢業(yè)設計 第 31 頁 共 59 頁 圖 312 數(shù)碼顯示電路 ****大學畢業(yè)設計 第 32 頁 共 59 頁 步進電機控制系統(tǒng)電路圖 通過上述對步進電機控制系統(tǒng)設計與分析，步進電機控制系統(tǒng)總體設計電路 如圖 214 所示： 圖 313 步進電機控制系統(tǒng)總體設計電路圖 ****大學畢業(yè)設計 第 33 頁 共 59 頁 軟件設計 可編程控制器軟件設計原理 可編程序控制器的工作原理 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài) ，即運行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地。 LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合而成的 1 種新型顯示器件。如此反復，繞組的電流叫穩(wěn)定在由給定電壓所決定的數(shù)值上。由于這種驅動在低頻時電流有較大的上沖，電動機低頻噪聲較大，低頻共振現(xiàn) 象存在，使用時要注意。 ****大學畢業(yè)設計 第 27 頁 共 59 頁 這種驅動方法保證了低頻段仍然具有單電壓驅動的特點，在高頻段具有良好的高頻性能，但仍沒擺脫單壓驅動的弱點，在限流電阻 R 上仍然會產生損耗和發(fā)熱。限流電阻 R1 決定了時間常數(shù)， R1在工作中要消耗一定的能量，所以這個電路損耗大、放率低，一般只用于小功率步進電動機的驅動。其原理是在第一次檢測到有鍵 按下時，執(zhí)行一段延時 10ms 的子程序后在確認該鍵電平是否仍 圖 34 按鍵接線圖 保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認為真正有鍵按下，從而消除了抖動的影響。 一個電壓信號在機械觸點的斷開、閉合過程中，都會產生抖動，一般為5— 10ms；兩次抖動之間為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時間由按鍵動作所決定；第一次抖動前和第二次抖動后為斷開狀態(tài)。鍵盤實質是一組按鍵開關的集合。 PLC 的 Y3Y6端口提供數(shù)碼管的段選信號，PLC 的 Y7Y10 端口控制數(shù)碼管的位選信號。當步進電機反轉時，其通電方式應該為 A→ AC→ C→ CB→ B→ BA→ A? ,其步進角與正轉相同。 若步進電機所加的通電脈沖頻率為 f，則其轉速為： fm cZfn br 660 ??? ????????????????????（ 24） 由于 在一個通電循環(huán)內控制脈沖的個數(shù)為 N（拍數(shù)），而每相繞組的供電脈沖個數(shù)卻只有一個，因此定子相繞組的供電頻率 ?f 為 ： Nff ?? 可見，步進電動機在不失步、不丟步的前提下，其轉速和轉角與電壓、負載、濕度等因素無關，因而步進電 機可直接采用開環(huán)，簡化控制系統(tǒng)。沒換接一次繞組，轉子轉過 1/4 齒距角。 定子一個極距所對的轉子小齒數(shù)為： mZq r2? ???????????????????????? ?? （ 22） 式中 m為相數(shù) 。 應用領域：反應式步進電機主要應用于計算機外部設備、攝影系統(tǒng)、光電組合裝置、閥門控制、核 反應堆、銀行終端、數(shù)控機床、自動繞線機、電子鐘表及醫(yī)療設備等領域中。 混合步進電動機（ HB）。嚴格地講，平均速度與占空比 D并不是嚴格的線性關系，在一般的應用中，可將其近似地看成線性關系。大多數(shù)應用場合都使用電樞電壓控制法。 ⑶ 直流電動機的工作原理 大致應用了 “ 通電導體在磁場中受力的作用 ” 的原理，勵磁線圈兩個端線同有相反方向的電流，使整個線圈產生繞軸的扭力，使線圈轉動。 ****大學畢業(yè)設計 第 15 頁 共 59 頁 d．復勵直流電機 復勵直流電機有并勵和串勵兩個勵磁繞組。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發(fā)電機運行時是 直流發(fā)電機 ，將機械能轉換為電能。 4．停止時也可保持轉距。每輸入一個脈沖到脈沖分配器，電動機各相的通 電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉子會轉過一定的角度（稱為步距角）。 PLC 未來展望 21 世紀， PLC會有更大的發(fā)展。 PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。 ⑶ 運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。 ⑸ 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。加上 PLC 通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。從 PLC 的機外電路來說，使用 PLC 構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。 4） 內部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結果供 CPU 內部使用。 PLC 軟件系統(tǒng)及常用編程語言 PLC 軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。因此，網絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 網絡就是控制器 的觀點說法。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。內存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。在此期間， CPU按照 I/O 映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。 (一 ) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應得單元內。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。在 1987 年國際電工委員會（ International Electrical Committee）頒布的 PLC標準草案中對 PLC做了如 下定義： “PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。 設計目的及系統(tǒng)功能 本 設計的目的是以單片機為核心設計出一個 步進電機控制 系統(tǒng)。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。 PLC 可靠性高，抗干擾能力強，其平均無故障時間可達幾十萬個小時，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施；其次 PLC 編程簡單、使用方便，目前大多數(shù) PLC 采用的編程語言是梯形圖語言，梯形圖與電器控制線路相似，形象、直觀，不需要掌握計 算機知識，很容易被廣大工程技術人員掌握；然后 PLC 功能完善、通用性強、設計安裝簡單、維護方便；最后， PLC 采用了集成電路，其結構緊湊、體積小、能耗低，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻 (電機轉速從低速升到高速 )。一般來講，磁性材 料的退磁點都在 130? C 以上，有的甚至高達 200? C 以上，所以步進電機外表溫度 80? C90? C 完全正常。如果使用細分驅****大學畢業(yè)設計 第 2 頁 共 59 頁 動器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角?；旌鲜讲竭M電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。 步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構，其原理是通過對它每相線圈中的電流和順序切換來使電機作步進式旋轉。其中，硬件設計主要 包括步進電機的工作原理、步進電機的驅動電路設計、 PLC 的輸入輸出特性、PLC 的外圍電路 設計 以及 PLC 與步進電機的連接與匹配等問題的實現(xiàn) 。 步進電機是將電脈沖信號 變換成機械角位移的一種裝置，每個脈沖使轉軸步進一個步距角增量， 輸出角位移與輸 入脈沖數(shù)成正比，轉速與輸入脈沖成正比，轉速與輸入脈沖頻率成正比。 因此對電動機的控制變得越來越重要了。永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為 。 步進電機的相數(shù) :是指電機內部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。 步進電機的一些特點 : a. 一般步進電機的精度為步進角的 3%5%，且不累積。 ，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。 從近年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，在世界范圍內 PLC 產品的產量、銷量、用量高居工業(yè)控制裝置榜首，而且市場需求量一直以每年 15%的比率上 升。步進電機是最常見的一種控制電機 ， 在各領域中得到廣泛應用。它廣泛用于消費類產品（打印機、照相機）、工業(yè)控制（數(shù)控機床、工業(yè)機器人）、醫(yī)療器械等機電產品中。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后****大學畢業(yè)設計 第 6 頁 共 59 頁 按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。一般交流電壓波動在 +10%(+15%)范圍內，可以不采取其 它措施而將 PLC 直接連接到交流電網上去 （ 3） PLC 的工作原理 一 . 掃描技術 當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM****大學畢業(yè)設計 第 7 頁 共 59 頁 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對 應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 ① CPU 的構成 CPU 是 PLC 的核心，起神經中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。 除了上述通用 IO外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。也就是我們系統(tǒng)的上位機。 ⑵ 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經濟、使用和維護方便。 PLC 提供的編程語言 — 標準語言梯形圖語言也是我們最常用的 一種語言，它有以下特點 ： 1） 它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術語和一些圖形符號構成，左右的豎線稱為左右母線。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性?？梢?用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。 ⑷ 系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。 ⑵ 模擬量控制 在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。作為工業(yè)控制計算機， PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 ⑹ 通信及聯(lián)網 PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設備間的通信。單相步進電動機有單路電脈沖驅動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅動?？傮w上說，步進電機有如下優(yōu)點： ⑴ 不需要反饋，控制簡單。 8．難以獲得較大的轉矩 不宜用作高速轉動 10．在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低。 作為并勵發(fā)電機來說，是電機本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。 b． 起動力矩大 可以 均勻而經濟地實現(xiàn)轉速調節(jié)。 其中 U 為電樞端電壓 ， I 為電樞電流， R為電樞電路總電阻，φ為每極磁通量， K為電動機結構參數(shù)。而且采用 PWM 技術構成的無級調速系統(tǒng)．啟停時對直流系統(tǒng)無沖擊，并且具有啟動功耗小、運行穩(wěn)定的特點。 轉子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側配置齒狀定子。電機的位置和速度由導電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應關系。根據(jù)工作要求，定子小齒的齒距必須等于轉子小齒的齒距，且轉子的齒數(shù)有一定限制。 如果斷開 A 相而接通 B 相，產生沿 BB’極軸線方向的磁通，同樣在反應轉矩的作用下，轉子按順時針方向轉過 ? ，是轉子齒軸線和定子磁極 BB’下的齒軸線對齊。 N—— 拍數(shù)。