【正文】 動頻率為 10 Hz～ 55Hz 的頻繁或連續(xù)振動。 控制系統(tǒng)中干擾及其來源 影響 PLC 控制系統(tǒng)的干擾源 ， 大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位 ， 其原因是電流改變產(chǎn)生磁場 ， 對設備產(chǎn)生電磁輻射 ； 磁場改變產(chǎn)生電流 ， 電磁高速產(chǎn)生電磁波 ， 電磁波對其具有強烈的干擾。 4） 來自 PLC 系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。模擬量信號的傳送應采用屏蔽線 ， 屏蔽層應一端或兩端接地 ， 接地電阻應小于屏蔽層電阻的 1/10。 步進電機的選擇 本設計選用 45BF008。電路中使用光電耦合器將控制和驅(qū)動信號隔離。步進電機的轉動，由于步進電機是電感性負載 ， 直流電阻很小 ， 故接限流電阻以免脈沖電流過大損壞，當步進電機各相繞組的通電順序按 ：? A— AB—B— BC— C— CA— A? 導通斷開時 ， 步進電機正轉。 STEP 7 具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。也可以使用計算機的工業(yè)以太網(wǎng)通信卡 CP 1512 或 CP 1612，通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)計算機與 PLC通信。 STEP 7 用符號表編輯器工具管理所有的全局變量，用于定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型和全局變量的注釋。 2） CPU 的參數(shù)設置：可以設置 CPU 模塊的多種屬性，例如啟動屬性、掃描監(jiān)視時間等，輸入的數(shù)據(jù)存儲在 CPU 的系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊中。 2）用圖形方式顯示硬件配置，例如顯示模塊的一般信息和模塊的狀態(tài) ：顯示模塊故障，例如集中 I/O 和 DP 子站的通道故障；顯示診斷緩沖區(qū)的信息等。過程如圖 所示。用戶定義的數(shù)據(jù)類型（例如數(shù)組或結構）必須使用系統(tǒng)功能“ BLKMOVE”（ SFC 20）進行復制。 如果計數(shù)值大于“ 0”，則輸出 Q 上的信號狀態(tài)為“ 1”；如果計數(shù)值等于“ 0”，則輸出 Q 上的信號狀態(tài)為“ 0”。當時間已經(jīng)結束，未出現(xiàn)錯誤并且 S 輸入端上的信號狀態(tài)仍為“ 1”，則輸出 Q 的信號狀態(tài)為“ 1”。 BI 上的時間值為二進制值，BCD 上的時間值為 BCD 碼。輸入N 指定移位的位數(shù)。其結果被寫入 MW4 中。 表 53 三相繞組的控制邏輯關系式 正轉時 反轉時 A 相 = + + A 相 = + + B 相 = + + B 相 = + + C 相 = + + C 相 = + + 東北石油大學本科生畢業(yè)設計 35 從而設計出程序的梯形圖見附錄。通過遞增計數(shù) CO 啟動 。 點擊 【新建 N… 】 ，輸入文件名稱（ GaoChao PLC）和文件夾地址，然后點擊 【確定】， 系統(tǒng)將自動生成（ GaoChao PLC）項目 。 圖 518 插入輸入輸出模塊 8． 點擊 【保存 并編譯 】 ，存盤并編譯硬件組態(tài)，完成硬件組態(tài)工作。 定義數(shù)據(jù)變量時， I/O 數(shù)據(jù)定義 PLC寄存器，運行程序即可實現(xiàn)訪問 PLC 寄存器獲得采集的數(shù)據(jù) 。并且，運用組態(tài)王軟件，設計了 PLC 控制步進電機運行的監(jiān)控系統(tǒng)。 由此可以創(chuàng)建組態(tài)王對步進電機 PLC 控制系統(tǒng)的組態(tài)。寫入附錄中的程序 梯形圖，保存并下載到 PLC 中。 圖 513 插入站點 3． 點開 左面的 【 +】 ，選中 SIMATIC 300（ 1），然后選中 【硬件】 并 雙擊 ， 進入 硬件組態(tài) 畫面 。 VW100 的值不一樣，脈沖的頻率不一樣。 點擊眼鏡圖標的【監(jiān)視】命令，可打開對 程序的監(jiān)視 。 程序 的編寫 程序 流程圖 開始→首次選擇步進速度→正轉或反轉起動→移位寄存器賦初值→ 高速、中速、或低速中其中一個速度→發(fā)生移位脈沖→執(zhí)行移位→移位輸出控制步進電機→六拍計數(shù)到→移位寄存器賦初值→六拍計數(shù)沒到→繼續(xù)執(zhí)行 圖 511 步進電機運行時的程序框圖 東北石油大學本科生畢業(yè)設計 34 軟件模塊 以工作框圖為基本依據(jù)，結合考慮控制的具體要求，首先可將梯形圖程序分成 4 個模塊進行編程， 1：步進速度選擇； 2：起動、停止和清零； 3：移位步進控制功能模塊； 4： A、 B、 C 三相繞組對象控制。從左邊到需 填充空出位的所有位將填入 N 個零。 S_ODT 接通延時 S5 定時器指令應用舉例： 圖 58 S_ODT 接通延時 S5 定時器 指令應用舉例 如果輸入端 的信號狀態(tài)從“ 0”變?yōu)椤?1”（ RLO 出現(xiàn)上升沿），則起動定時器 T5。此時，輸出 Q 的信號狀態(tài)為“ 0”。如果 的信號狀態(tài)從“ 0”變?yōu)椤?1”，計數(shù)器 C10 的值將加“ 1”。 MW10 的內(nèi)容被復制到當前打開的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字 12 中。也可以在沒有組態(tài)硬件的情況下，首先生成軟件。 STEP 7 用SIMATIC 管理器對項目進行集中管理，它可以方便的瀏覽 SIMATIC S C和WINAC 的數(shù)據(jù)。在參數(shù)設置屏幕中，有的參數(shù)由系統(tǒng)提供若干個選項，有的參數(shù)只能在允許的范圍輸入，因此可以防止輸入錯誤的數(shù)據(jù)。 測試功能和服務功能包括設置斷點、強制輸入和輸出、重新布線、顯示交叉參考表、狀 態(tài)功能、直接下載和調(diào)試塊、同時監(jiān)測幾個塊的狀態(tài)等。在中間的選擇框中，選擇實際使用的硬件接口。 STEP 7 用 SIMATIC 管理器對項目進行集中管理，它可以方便地瀏覽 SIMATIC S M C7 和 WINAC 的數(shù)據(jù)。每當步進電機走一步 ， 環(huán)形脈沖分配程序的步數(shù)減一 ， 當步數(shù)減為零時 ， 停止環(huán)形脈沖分配 ， 等待下一次的脈 沖輸入。 圖 44 步進電機驅(qū)動電路 東北石油大學本科生畢業(yè)設計 22 驅(qū)動 電路 接口 圖 45 驅(qū)動器接口 PLC 驅(qū)動步進電機 西門子 PLC 本身帶有高速脈沖計數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，其發(fā)出的頻率最大為 10KHz，能夠滿足步進電動機的要求。電壓 24V、相電流 、保持轉距 ()、空載啟動頻率 500， D 為 45； D1 為 25； 高 H為 ； d 為 4； E 為 ； L 為 58； D2 為 33； MS 為 4M3。 正確選擇接地 點以完善 接地系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。 5） 變頻器干擾。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣 ， 電網(wǎng)受到空間電磁干擾而在線路上感應電壓。 4） 空氣：避免有腐蝕和易燃的氣體 ， 如氯化氫、硫化氫等。每一通道都可輸出最高頻率為 （周期為 ）的高頻脈沖。因此，它需要一定數(shù)量的存儲單元 (RAM)以存放 I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作 I/O 映象區(qū)。 3） EEPROM 這是一種電可擦除的只讀存儲器。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。二是 PLC 本身的輸出端口應該采用大功率晶體管 ， 以滿足步進電機各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅(qū)動要求。這種控制驅(qū)動方法電路結構簡單、可以實現(xiàn)復雜的功能，同時占用 CPU 時間較少，用可編程控制器全部實現(xiàn)了控 制器和驅(qū)動器的功能。 步進電機的控制和驅(qū)動方法很多，按照使用的控制裝置來分可以分為 :普通集成電路控制、單片機控制、 工業(yè)控制機控制、可編程控制器控制等幾種 ； 按照控制結構可分為 :硬脈沖生成器硬脈沖分配結構 (硬 硬結構 )、軟脈沖生成器軟脈沖分配器結構 (軟 軟結構 )、軟脈沖生成器硬脈沖分配器結構 (軟 硬結構 )。并使用 PLC 產(chǎn)生各種時序的脈沖。 PLC 控制 步進電機的方法 在本設計中直接使用 PLC 控制步進電機，可使用 PLC 產(chǎn)生控制步進電機所需要的各種時序的脈沖。二是 PLC 本身的輸出端口應該采用大功率晶體管 ， 以滿足步進電機各相繞組數(shù)十伏 脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅(qū)動要求 [12]。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機繞組通電的相序 ， 便可控制步進電機的輸出位移量、速度和轉向 [10]。對電動機進行綜合設計。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。它采用可編程序的存儲器 ，其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、計數(shù)和算術運算等操作指令 ， 并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出 ， 控各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 不難推出：電機定子上有 m 相勵磁繞阻，其軸線分別與轉子齒軸線偏移 1/m，2/m?? (m1)/m， 1。如 A 相通電， B， C 相 不通電， 齒 4 與 A 對 齊，轉子又向右移過 1/3? 這樣經(jīng)過 A、 B、 C、 A 分別通電狀態(tài)，齒 4（即齒 1 前 一齒）移到 A 相，電機轉子向右轉過一個齒距，如果不斷地按 A， B， C， A??通 電，電機就每步（每脈沖） 1/3? ， 向右旋轉。在有負載 的情況下，啟動頻率應更低。由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料，所以它沒有 鉗制轉矩 。 。電機出廠時給出了一個步距角的值，這個步距角可以稱之為“電機固有步距角”，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關。兩相步進角一般分為 度而五相步進角一般為 度， 這種步進電機的應用最為廣泛。步進電動機的運行是在專用的脈沖電源供電下進行的 ， 其轉子走過的步數(shù) ， 或者說轉子的角位移量 ， 與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比。 圍繞這兩個主要方面 ， 可提出具體的控制要求如下 : 1） 可正轉起動或反轉起動 ； 2） 運行過程中 ， 正反轉可隨時不停 機切換 ； 3） 步進速度可分為高速 (0. 05 s) 、中速 (0. 1s) 、低速 (0. 5 s) 三檔 ， 并可隨時手控變速 ； 4） 停止時 ， 應對移位寄存器清零 ， 使每次起動均從 A 相開始。這種現(xiàn)狀對步進電動機的發(fā)展是不利的。目前廣泛應用的二相和四相電動機，其振動和噪聲較大，而五相和三相電動機具有優(yōu)勢性。 另外的結論是 HB 型電動機更適合 于低速大轉矩用途； RM 型適用于平穩(wěn)運行以及轉速大于 1000r/min 的用途；而 PM 型成本低，在低轉速時的振動和高轉速時的大轉矩方面，三相 PM 型電動機比兩相電動機的性能要好。與此同時，日本伺服公司也推出了他們的三相混合式步進電動機。爪極電機價格便宜，性能指標不高，混合式和磁阻式主要作為高分辨率電動機，由于混合式步進電動機具有控制功率小，運行平穩(wěn)性較好而逐步處于主導地位。東北石油大學本科生畢業(yè)設計 I 目 錄 第 1 章 緒 論 ................................................................................................................... 1 設計背景 ....................................................................................................... 1 系統(tǒng)設計的任務 ........................................................................................... 3 本章小結 ....................................................................................................... 3 第 2 章 步進電機及 PLC 簡介 ...................................................................................... 4 步進電機簡介 ............................................................................................... 4 PLC 的發(fā)展概述 ........................................................................................... 8 PLC 技術在步進電機控制中的應用 ........................................................... 8 本章小結 ..................................................................................................... 10 第 3 章 PLC 控制步進電機工作方式的選擇 ............................................................. 11 常見的步進電機的工作方式 ..................................................................... 11 步進電機控制原理 ..................................................................................... 12