【文章內容簡介】 每種 PLC 都有與主機相配的擴展模塊，用來擴展輸入、輸出 點數，以便根據控制要求靈活組合系統(tǒng)。 PLC 擴展模塊內不設 CPU，僅對 I/O 通道進行擴展，不能脫離主機獨立實現系統(tǒng)的控制要求。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 7 外部設備 外部設備包括編程器、盒式磁帶機、打印機、 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備，由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開關和外存儲器接插口等部件組成，主要用于對用戶程序進行輸入、檢查、調試和修改，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機編程，且需將梯形圖轉化為助記符后才能送入。智能型編程器又稱圖形 編程器，它既可聯機編程，又可脫機編程，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在也可在個人計算機上填加適當的硬件接口，利用生產廠家提供的編程軟件包就可將計算機作為編程器使用，而且還可以在計算機上實現模擬調試。 PLC 與打印機相連可將過程信息，系統(tǒng)參數等輸出打印。當與監(jiān)視器相連時可將控制過程圖象顯示出來。當 PLC 與 PLC 相連時，可組成多機系統(tǒng)或連成網絡，實現更大規(guī)?？刂?。當 PLC 與計算機相連時，可組成多級控制系統(tǒng)，實現控制與管理相結合的綜合系統(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）、一個脈沖計數值（無符號的 32 位數值）和一個周期時間和脈寬值（無符號的 16 位數值 ）。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 操作數及數據類型 PLS Q Q：常量（ 0 或 1） 數據類型 字 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 8 儲器位（ SM），然后執(zhí)行特殊存儲器位定義的脈沖操作，即對相應的 PTO/PWM發(fā)生器進行編程。 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 脈沖輸出的計數值 說明 SMD72 SMD82 PTO 脈沖計數值（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 運行中的段的編號 SMW168 SMW178 包絡表起始位置，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)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 9 說明 PTO 包絡由于增量計算錯誤異常終止 0 ：無錯； 1 ： 異常終止 PTO 包絡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值的默認值均為零。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。程序運行時，根據運行狀態(tài)使某些位自動置位?？梢酝ㄟ^程序來讀取相關位的狀態(tài)，用此狀態(tài)作為判斷條件，實現相應的操作。 PTO 的使用 PTO 是可以指定脈沖數和周期的占空比為 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，則在包絡表完成時起動中斷程序。 （ 1）周期和脈沖數 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，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，則周期的默認值為 2 個時間單位。 周期設定奇數微秒或毫秒（例如 75 毫秒），會引起波形失真。 脈沖計數范圍從 1 至 4,294,967,295，為 32 位無符號數，如設定脈沖計數為 0，則系統(tǒng)默認脈沖計數值為 1。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 10 （ 2） PTO 的種類及特點 PTO 功能可輸出多個脈沖串，現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，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，重復此這一步驟可以實現多個脈沖串的輸出。 單段流水線中的各段脈沖串可以采用不同的時間基準，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，編程復雜。 PLC 的選擇 選擇西門子 S7200 CPU224 的 PLC。 CPU224 本機集成了： (1) 14 輸入 /10 輸出，共 24 個數字量 I/O 點； (2) 可連接 7 個擴展模塊，最大可擴展至 168 路數字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點； （ 3 ) 13KB 程序和數據存儲空間； （ 4） 6 個獨立的 30kHZ 高速計數器， 2 路獨立的 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 上的方式選擇開關進行切換。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 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，不能運行用戶程序，可以向 CPU 裝載用戶程序或進行 CPU 設置。 (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) 當電源斷電又恢復后，如果方式選擇開關在 TERM 或 STOP 狀態(tài)下，CPU 自動進入 STOP 方式；如果方式選擇開關在 RUN 狀態(tài)下，則 CPU 自動進入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，還要完成內部處理、通信服務等工作。整個掃描過程包括內部處理、通信服務、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 S7200 PLC 是德國西門子公司生產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，其設計緊湊，價格低廉，并且具有良好的可擴展性以及強大的指令功能，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： (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)實時特性； (6)豐富的內置集成功能； (7)強大的通信能力； (8)豐富的擴展模塊。 附：見圖 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 12 圖 21 S7200CPU224PLC 的結構圖 PLC 技術在步進電機控制中的應用 隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進的發(fā)展，其功能已遠遠超出了邏輯控制、順序控制的范圍。繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。隨著電動機本身應用領域的拓寬以及各類整機的不斷小型化，要求與之配套的電動機也必須越來越小。對電動機進行綜合設計。即把轉子位置傳感器，減速齒輪等和電動機本體綜合設計在一起，這樣使其能方便地組成一個閉環(huán)系統(tǒng)，因而具有更加優(yōu)越的控制性。向五相和三相電動機方向發(fā)展，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。而就這兩種電動機而言，五相電動機的驅動電路比三相電動機復雜，因此三相電動機系統(tǒng)的性能價格比要比五相電動機更好一些。 目前利用可編程序控制器（ PLC）可以方便地實現對電機速度和位置的控制，方便地進行各種步進電機的操作，完成各種復雜的工作，它代表了先進的工業(yè)自動化革命，加速了機電一體化的實現。 用 PLC 對步進電機也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，現對步進電機的控制。 步進電機是一種將電脈沖信號轉換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當對其施加一個電脈沖時，其輸出軸便轉過一個固定的角度。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數成正比，其轉速與單位時間內輸入的脈沖數 (即脈沖頻率 )成正比，其轉向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關。所以只要控制指令脈沖的無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 13 數量、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。 PLC 直接控制步進電機系統(tǒng)由 PLC 和步進電機組成， PLC 具有實時刷新技術，輸出信號的頻率可以達到數千赫茲或更高，使得脈沖分配能有很高的分配速度，充分利用步進電機的速度響應能力，提高整個系統(tǒng)的快速性。并且， PLC 有采用大功率晶 體管的輸出端口，能夠滿足步進電機各相繞組數 10V 級脈沖電壓、 1A級脈沖電流的驅動要求。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 14 第三章 步進電機 步進電機是一種將脈沖信號轉換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進電機的輸出位移量與輸人脈沖個數成正比，其速度與單位時間內輸人的脈沖數 (即脈沖頻率 )成正比，其轉向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關。 步進電機的特點 步進電機的特點如下： 1）電動機輸出軸的角位移與輸入脈沖數成正比；轉速與脈沖頻率成正比；轉向與通電相序有關。當它轉一周后，沒有累積誤差，具有良 好的跟隨性。 2）由步進電動機與驅動電路組成的開環(huán)數控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價又非?？煽俊Ｍ瑫r，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數控系統(tǒng)。 3）步進電動機的動態(tài)響應快，易于起停、正反轉及變速。 4）步進電動機存在振蕩和失步現象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應的措施。 5）步進電動機自身的噪聲和振動較大，帶慣性負載的能力較差。 6）速度可在相當寬的范圍內平滑調節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉矩。 7）步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源以及直流電源 [2]。 8）一般步進電機的精度為步進 角的 35%，且不累積。 9）步進電機外表允