【導(dǎo)讀】滿足毫米級(jí)精確位移的使用需求。

　　

【正文】 可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為 1∶ 1 的隔離變壓器 ， 以減少設(shè)備與地之間的干擾 ， 還可以在電源輸入端串接 LC 濾波電路。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 2） 合理 安裝與布線 動(dòng)力線、控制線以及 PLC 的電源線和 RS485 網(wǎng)線應(yīng)分別配線 ， 各走各的橋架或線槽。 PLC 應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源 ， 柜內(nèi) PLC 應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線 ( 二者之間距離應(yīng)大于 200 mm)， 與 PLC 裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載 ， 如功率較大的繼電器、接觸器的線圈 ， 應(yīng)并聯(lián) RC 消弧電路。 PLC 的輸入與輸出最好分開(kāi)走線 ， 開(kāi)關(guān)量與模擬量也要分開(kāi)敷設(shè)。模擬量信號(hào)的傳送應(yīng)采用屏蔽線 ， 屏 蔽層應(yīng)一端或兩端接地 ， 接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的 1/10。交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜 ， 輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動(dòng)力線 ， 避免并行。 正確選擇接地 點(diǎn)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(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì) PLC 系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均 ， 不同接地點(diǎn)間存在地電位差 ， 引起地環(huán)路電流 ， 影響系統(tǒng)正常工作。 1） 安全地或電源接地：將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。 2） 系統(tǒng)接地： PLC 控制器為了與所控的各個(gè)設(shè)備同電位而接地 ， 叫系統(tǒng)接地。接 地電阻值不得大于 4 Ω ， 一般需將 PLC 設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開(kāi)關(guān)電源負(fù)端接在一起 ， 作為控制系統(tǒng)地。 3） 信號(hào)與屏蔽接地：一般要求信號(hào)線必須要有唯一的參考地。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)選用 45BF008。相數(shù)是三相、步距角 。電壓 24V、相電流 、保持轉(zhuǎn)距 ()、空載啟動(dòng)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。 圖 42 45BF 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 實(shí)物圖 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 43 45BF 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 尺寸 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路 下圖為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。圖中僅為一相的驅(qū)動(dòng)電路，其余兩相與之相同。在圖中三極管 T1 起開(kāi)關(guān)作用。當(dāng)三極管截止時(shí)，無(wú)集電極電流流通，開(kāi)關(guān)相當(dāng)于斷開(kāi)；當(dāng)三極管飽和時(shí)， 流過(guò)的集電極電流最大， 開(kāi)關(guān)相當(dāng)于閉合，該開(kāi)關(guān)“動(dòng)作”可由加于基極的電流來(lái)控制。由 T T3 兩個(gè)三極管組成達(dá)林頓式功放電路， 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的 3 個(gè)繞組，使電機(jī)繞組的靜態(tài)電流達(dá)到近 2A。電路中使用光電耦合器將控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離。當(dāng)控制輸入信號(hào)為低電 平時(shí)， T1 截止，輸出高電平，則紅外發(fā)光二極管截止，光敏三極管不導(dǎo)通，因此繞組中無(wú)電流流過(guò)；當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)， T1 飽和導(dǎo)通， 于是紅外發(fā)光二極管被點(diǎn)亮， 使光敏三極管導(dǎo)通，向功率驅(qū)動(dòng)級(jí)晶體管提供基極電流， 使其導(dǎo)通 ， 繞組被通以電流。 圖 44 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 驅(qū)動(dòng) 電路 接口 圖 45 驅(qū)動(dòng)器接口 PLC 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 三菱 PLC 本身帶有高速脈沖計(jì)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(jìn)電動(dòng)機(jī)的要求。對(duì) PLC 提出兩個(gè)特性要求。一是在此應(yīng)用的 PLC 最好是具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù)的 PLC， 使輸出信號(hào)的頻率可以達(dá)到數(shù)千赫芝或更高。其目的是使環(huán)形脈沖分配能有較高的分配速度 ， 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。二是 PLC 本身的輸出端口應(yīng)該采用大功率晶體管 ， 以滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅(qū)動(dòng)要求。如下圖所示： 圖 46 PLC 直接驅(qū)動(dòng)電機(jī) 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)三相繞組的 48V 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)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于步進(jìn)電機(jī)是 電感性負(fù)載 ， 直流電阻很小 ， 故接限流電阻以免脈沖電流過(guò)大損壞，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通電順序按 ：? A— AB—B— BC— C— CA— A? 導(dǎo)通斷開(kāi)時(shí) ， 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。按 A— AC— C— CB— B— BA— A?依次導(dǎo)通、斷開(kāi)時(shí) ， 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) ， 即步進(jìn)電機(jī)可以按三相六拍工作。每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)走一步 ， 環(huán)形脈沖分配程序的步數(shù)減一 ， 當(dāng)步數(shù)減為零時(shí) ， 停止環(huán)形脈沖分配 ， 等待下一次的脈沖輸入。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使用說(shuō)明 本驅(qū)動(dòng)器為 M415B 細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，適合驅(qū)動(dòng)中小型的任何 相電流以下的兩相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)。 PUL 為脈沖信號(hào)，通 過(guò)控制脈沖的頻率來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度， DIR 為方向控制。通過(guò)細(xì)分設(shè)定來(lái)確定步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)。 引腳信號(hào)定義 引腳信號(hào)功能的詳解 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 電氣特性 細(xì)分和電流設(shè)定 1） 細(xì)分設(shè)定 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 改變驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分倍數(shù)，可改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈所需的脈沖數(shù) 2） 電流設(shè)定 對(duì)于同一電機(jī)，電流設(shè)定值越大時(shí)，電機(jī)的輸出力矩越大，但電流大的同時(shí)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱也比較嚴(yán)重，所以一般情況是把電流設(shè)成供電機(jī)長(zhǎng)期工作時(shí)出現(xiàn)溫?zé)岬贿^(guò)熱的數(shù)值。 3）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)的設(shè)置 I/O 接線圖 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 本章小結(jié) 本章闡述了此次設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)單介紹了 三菱 FX2n 系列 PLC，以及 FX2n系列 PLC 在使用中應(yīng)該注意的問(wèn)題。設(shè)計(jì)了一個(gè)功率 放大電路，并且說(shuō)明了本次設(shè)計(jì)的硬件接線方法。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第 5 章 控制系統(tǒng)的 程序 設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)相關(guān)指令介紹 PLSY 指令 和 PLSR 指令 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 結(jié) 論 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。硬件電路用 三菱 PLC、放大電路和相關(guān)集成電路設(shè)計(jì) 而成。軟件程序用 PLC 梯形圖語(yǔ)言寫(xiě)成。 在 本次 設(shè)計(jì)中， 利用軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)的自動(dòng)控制和精確控制。利用 PLC 輸出的時(shí)序脈沖和方向信號(hào)，改變對(duì)步進(jìn)電機(jī)繞組的通電方式和通電順序，來(lái)準(zhǔn)確控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等工作狀態(tài)。 通過(guò)設(shè)定不同延時(shí)計(jì)時(shí)器的數(shù)值，來(lái)改變步進(jìn)電機(jī)的工作頻率。 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)。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 參考文獻(xiàn) [1] FX1S1N2N2NC 編程手冊(cè) [2] 林春方 ． 可編程控制器原理及其應(yīng)用 [M]． 上海交通大學(xué)出版社 ， 2020:7796． [3] 常斗南 ． 可編程序控制器原理 ?應(yīng)用 ?實(shí)驗(yàn) [M]． 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 1998:1219． [4] 廖常初 ． PLC 基礎(chǔ)及應(yīng)用 [M]． 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2020:112127． [5] 史國(guó)生 ． 電氣控制與可編程控制器技術(shù) [M]． 化學(xué)工業(yè)出版社， 2020:3341． [6] 阮友德 ． 電氣控制與 PLC 實(shí)訓(xùn)教程 [M]． 人民郵電出版社， 2020:5782． [7]SX815L 機(jī)電一體化綜合實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備說(shuō)明書(shū) [8] 劉寶 廷 ． 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) [M]． 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1997:2637． [9] 王鴻枉 ． 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)入門(mén) [M]． 同濟(jì)大學(xué)出版社， 1990:7277． [10] Berger, Hans. Programmable controllers[M]. Berlin Siemens Aktiengesellschaft，1993： 5567 [11] John Song, . Programmable controllers for factory automation[M]. Dekker, 1987: 1012 [12] David G． Johnson． Programmable Controllers for Factory Automation[M]. Marcel Dekker Inc, 2020: 816 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 致 謝 在本次設(shè)計(jì)中，自動(dòng)化教研 室 的張老師給我 提供了良好的設(shè)計(jì)條件和細(xì)心的指導(dǎo)。 導(dǎo)師前瞻性的科學(xué)思維、寬 廣的專業(yè)知識(shí)和兢兢業(yè)業(yè)的工作精神，令我敬佩，使我受益匪淺。在導(dǎo)師的指導(dǎo)和幫助下，我順利地完成了這 次設(shè)計(jì)任務(wù)，在此向張老師 致以最誠(chéng)摯的感謝！雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了，但是，由于自己所學(xué)的知識(shí) 有限，在很多方面還不夠全面，我希望在以后的工作和專業(yè)發(fā)展中， 導(dǎo)師能繼續(xù)給以指導(dǎo)和幫助下學(xué)到更多有關(guān)的知識(shí)。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 附 錄