【文章內(nèi)容簡介】 意 40M 型 PLC 為例，其外形尺寸為 305 ll0 110mm，功耗小于 25VA。由于體積小， PLC 很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想的控制設(shè)備。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 6 PLC 的系統(tǒng)構(gòu)成 PLC 實(shí)際上是一種工業(yè)控制計算機(jī)。它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)相似，主要由主機(jī)、 I/O 擴(kuò)展機(jī)、外圍設(shè)備三部分組成， 主機(jī) 主機(jī)由 CPU（微處理器）、存儲器、輸入／輸出單元、電源等部分組成。 CPU 是 PLC 的核心，其作用類似于人的大腦。它能夠識別用戶按特定格式輸入的指令，并按照指令完成預(yù)定的控制任務(wù)。另外，它還能識別用戶所輸入的指令序列的格式和語法錯誤，還具有系統(tǒng)測試與診斷功能。 PLC 的存儲器有兩種：系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序存儲器主要用于存放系統(tǒng)正常工作所必須的程序，如系統(tǒng)診斷程序、鍵盤輸入處理程序、指令解釋程序、監(jiān)控程序等。這些程序與用戶無直接關(guān)系，已由廠家直接固化進(jìn)EPROM 中，不能由用戶直接存取、修改。用戶程序存儲器主要存放用戶程序（用戶利用 PLC 的編程語言按不同控制要求所編制的控制程 序或數(shù)據(jù)，這相當(dāng)于設(shè)計繼電器控制系統(tǒng)硬接線的控制電路圖），可通過編程器進(jìn)行修改。 輸入輸出（ I／ O）單元是 PLC 與輸入控制信號和被控制設(shè)備連接起來的部件，輸入單元接收從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)和傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成 CPU 能接收和處理的數(shù)字信號。輸出單元接收經(jīng)過 CPU 處理過的輸出數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接收的電壓或電流信號，以驅(qū)動接觸器、電磁閥和指示器件等。 電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的裝置，它向 PLC 提供所需要的直流電源。電源組件具有很高的抗干擾能力，適合工 業(yè)現(xiàn)場使用，供電穩(wěn)定、安全可靠。電源組件內(nèi)還裝有備用鋰電池，以保證在斷電時保存必要的信息。 PLC 還有各種接口， PLC 通過這些接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其它的 PLC或計算機(jī)等相連。 I/O 擴(kuò)展機(jī) 每種 PLC 都有與主機(jī)相配的擴(kuò)展模塊，用來擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，以便根據(jù)控制要求靈活組合系統(tǒng)。 PLC 擴(kuò)展模塊內(nèi)不設(shè) CPU，僅對 I/O 通道進(jìn)行擴(kuò)展，不能脫離主機(jī)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 7 外部設(shè)備 外部設(shè)備包括編程器、盒式磁帶機(jī)、打印機(jī)、 EPROM 寫入器、圖形監(jiān)控系統(tǒng)等。其中編程器是 PLC 必不可少 的重要外圍設(shè)備，由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開關(guān)和外存儲器接插口等部件組成，主要用于對用戶程序進(jìn)行輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài)。 編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且需將梯形圖轉(zhuǎn)化為助記符后才能送入。智能型編程器又稱圖形編程器，它既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程，具有圖形顯示功能，可直接輸入梯形圖和通過屏幕對話，但價格較貴?，F(xiàn)在也可在個人計算機(jī)上填加適當(dāng)?shù)挠布涌?，利用生產(chǎn)廠家提供的編程軟件包就可將計算機(jī)作為編程器使用，而且還可以在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)試。 PLC 與打印機(jī)相 連可將過程信息，系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。當(dāng)與監(jiān)視器相連時可將控制過程圖象顯示出來。當(dāng) PLC 與 PLC 相連時，可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模控制。當(dāng) PLC 與計算機(jī)相連時，可組成多級控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。 高速脈沖輸出功能 脈沖輸出（ PLS）指令功能為：使能有效時，檢查用于脈沖輸出（ 或 ）的特殊存儲器位（ SM），然后執(zhí)行特殊存儲器位定義的脈沖操作。指令格式如表21 所示。 表 21 脈沖輸出（ PLS）指令格式 用于脈沖輸出（ 或 ）的特殊存儲器 （ 1）控制字節(jié)和參數(shù)的特殊存儲器 每個 PTO/PWM 發(fā)生器都有：一個控制字節(jié)（ 8 位）、一個脈沖計數(shù)值（無符號的 32 位數(shù)值）和一個周期時間和脈寬值（無符號的 16 位數(shù)值）。這些值都放在特定的特殊存儲區(qū)（ SM），如表 4 所示。執(zhí)行 PLS 指令時， S7200 讀這些特殊存LAD STL 操作數(shù)及數(shù)據(jù)類型 PLS Q Q：常 量（ 0 或 1） 數(shù)據(jù)類型 字 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 8 儲器位（ SM），然后執(zhí)行特殊存儲器位定義的脈沖操作，即對相應(yīng)的 PTO/PWM發(fā)生器進(jìn)行編程。 表 22 脈沖輸出（ 或 ）的特殊存儲器 和 對 PTO/PWM 輸出的控制字節(jié) 說明 PTO/PWM 刷新周期值 0 ：不刷新； 1 ：刷新 PWM 刷新脈沖寬度值 0 ：不刷新； 1：刷新 PTO 刷新脈沖計數(shù)值 0 ：不刷新； 1：刷新 PTO/PWM 時基選擇 0 ： 1 181。s； 1： 1ms PWM 更新方法 0 ：異步更新； 1：同步更新 PTO 操作 0 ：單段操作； 1：多段操作 PTO/PWM 模式選擇 0 ：選擇 PTO 1 ： 選擇 PWM PTO/PWM 允許 0：禁止； 1 ：允許 和 對 PTO/PWM 輸出的周期值 說明 SMW68 SMW78 PTO/PWM 周期時間值（范圍： 2 至 65 535） 和 對 PTO/PWM 輸出 的脈寬值 說明 SMW70 SMW80 PWM 脈沖寬度值（范圍： 0 至 65 535） 和 對 PTO 脈沖輸出的計數(shù)值 說明 SMD72 SMD82 PTO 脈沖計數(shù)值（范圍： 1 至 4 294 967 295） 和 對 PTO 脈沖輸出的多段操作 說明 SMB166 SMB176 段號（僅用于多段 PTO 操作），多段流水線 PTO 運(yùn)行中的段的編號 SMW168 SMW178 包絡(luò)表起始位置，用距離 V0 的字節(jié)偏移量表示（僅 用于多段 PTO 操作） 和 的狀態(tài)位 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 9 說明 PTO 包絡(luò)由于增量計算錯誤異常終止 0 ：無錯； 1 ： 異常終止 PTO 包絡(luò)由于用戶命令異常終止 0 ： 無錯； 1 ：異常終止 PTO 流水線溢出 0 ：無溢出； 1 ： 溢出 PTO 空閑 0 ：運(yùn)行中； 1 ： PTO 空閑 通過修改脈沖輸出（ 或 ）的特殊存儲器 SM 區(qū)（包括控制字節(jié)），既更改 PTO 或 PWM 的輸出波形，然后再執(zhí)行 PLS 指令。 注意：所有控制位、周期、脈沖寬度和脈沖計數(shù)值的默認(rèn)值均為零。向控制字節(jié)（ 或 ）的 PTO/PWM 允許位寫入零，然后執(zhí)行 PLS 指令，將禁止 PTO 或 PWM 波形的生成。 （ 2）狀態(tài)字節(jié)的特殊存儲器 除了控制信息外，還有用于 PTO 功能的狀態(tài)位，如表 2 所示。程序運(yùn)行時，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)使某些位自動置位。可以通過程序來讀取相關(guān)位的狀態(tài)，用此狀態(tài)作為判斷條件，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。 PTO 的使用 PTO 是可以指定脈沖數(shù)和周期的占空比為 50%的高速脈沖串的輸出。狀態(tài)字節(jié)中的最高位（空閑位）用來指示脈沖串輸出是否完成?？稍诿}沖串完成時起動中斷程序，若使用多段操作，則在包絡(luò)表完成時起動中斷程序。 （ 1）周期和脈沖數(shù) 周期范圍從 50 微秒至 65,535 微秒或從 2 毫秒至 65,535 毫秒，為 16 位無符號數(shù)，時基有μ s 和 ms 兩種，通過控制字節(jié)的第三位選擇。注意： 如果周期 2 個時間單位，則周期的默認(rèn)值為 2 個時間單位。 周期設(shè)定奇數(shù)微秒或毫秒（例如 75 毫秒），會引起波形失真。 脈沖計數(shù)范圍從 1 至 4,294,967,295，為 32 位無符號數(shù)，如設(shè)定脈沖計數(shù)為 0，則系統(tǒng)默認(rèn)脈沖計數(shù)值為 1。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 10 （ 2） PTO 的種類及特點(diǎn) PTO 功能可輸出多個脈沖串，現(xiàn)用脈沖串輸出完成時，新的脈沖串輸出立即開始。這樣就保證了輸出脈沖串的連續(xù)性。 PTO 功能允許多個脈沖串排隊，從而形成流水線。流水線分為兩種：單段流水線和多段流水線。 單段流水線是指：流 水線中每次只能存儲一個脈沖串的控制參數(shù)，初始 PTO段一旦起動，必須按照對第二個波形的要求立即刷新 SM，并再次執(zhí)行 PLS 指令，第一個脈沖串完成，第二個波形輸出立即開始，重復(fù)此這一步驟可以實(shí)現(xiàn)多個脈沖串的輸出。 單段流水線中的各段脈沖串可以采用不同的時間基準(zhǔn)，但有可能造脈沖串之間的不平穩(wěn)過渡。輸出多個高速脈沖時，編程復(fù)雜。 PLC 的選擇 選擇西門子 S7200 CPU224 的 PLC。 CPU224 本機(jī)集成了： (1) 14 輸入 /10 輸出，共 24 個數(shù)字量 I/O 點(diǎn)； (2) 可連接 7 個擴(kuò)展模塊，最大可擴(kuò)展至 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)； （ 3 ) 13KB 程序和數(shù)據(jù)存儲空間； （ 4） 6 個獨(dú)立的 30kHZ 高速計數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHZ 高速脈沖輸出； (5) 具有 PID 控制器； (6) 1 個 RS485 通信 /編程口； (7) 具有 PPI 通信協(xié)議； (8) 具有 MPI 通信協(xié)議； (9) 具有自由方式通信能力； (10) I/O 端子排可很容易地整體拆卸。 工作方式 S7200 有 3 種工作方式： RUN(運(yùn)行 ) 、 STOP(停止 ) 、 TERM(terminal ,終端 ) 工作方式，可通過安裝在 PLC 上的方式選擇開關(guān)進(jìn)行切換。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 11 (1) RUN 方式：在 RUN 方式下， CPU 執(zhí)行用戶程序。 (2) STOP 方式：在 STOP 方式下，不能運(yùn)行用戶程序，可以向 CPU 裝載用戶程序或進(jìn)行 CPU 設(shè)置。 (3) TERM 方式：在 TERM 方式下，允許使用工業(yè)編程軟件 STEP 7Micro/WIN32 來控制 CPU 的工作方式。 (4) 當(dāng)電源斷電又恢復(fù)后，如果方式選擇開關(guān)在 TERM 或 STOP 狀態(tài)下，CPU 自動進(jìn)入 STOP 方式；如果方式選擇開關(guān)在 RUN 狀態(tài)下，則 CPU 自動進(jìn)入RUN 方式。 掃描周期 在 RUN 方式下，系統(tǒng)周期性地循環(huán)執(zhí)行用戶程序。 PLC 在每次掃描工作過程中除了執(zhí)行用戶程序外，還要完成內(nèi)部處理、通信服務(wù)等工作。整個掃描過程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新 5 個階段。整個過程掃描執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。即全部輸入輸出狀態(tài)的改變，需要一個掃描周期。 性能簡介及特點(diǎn) S7200 PLC 是德國西門子公司生產(chǎn)的一種超小型系列可編程器，它能夠滿足多種自動化控制的 需求，其設(shè)計緊湊，價格低廉，并且具有良好的可擴(kuò)展性以及強(qiáng)大的指令功能，可代替繼電器用于簡單控制場合，也可用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。 S7200 系列主要有以下幾個方面的特點(diǎn)： (1)極高的可靠性； (2)易于掌握； (3)極其豐富的指令集； (4)便捷的操作特性； (5)實(shí)時特性； (6)豐富的內(nèi)置集成功能； (7)強(qiáng)大的通信能力； (8)豐富的擴(kuò)展模塊。 附：見圖 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 12 圖 21 S7200CPU224PLC 的結(jié)構(gòu)圖 PLC 技術(shù)在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用