【正文】 PLC內(nèi)存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。每一輸出點(diǎn)都有一個(gè)與其對應(yīng)的輸出鎖存器。每一輸入點(diǎn)都有一個(gè)與其對應(yīng)的輸入暫存器。每一輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)就有一個(gè)I或O電路。這程序既有系統(tǒng)的（這程序又稱監(jiān)控程序，或操作系統(tǒng)），又有用戶的。這種驅(qū)動(dòng)電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地抑制共振，因?yàn)殡姍C(jī)共振的基本原因是能量過剩，而斬波恒流驅(qū)動(dòng)的輸入能量是隨著繞組電流的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)的，可以有效的防止能量積聚。當(dāng)控制脈沖Ui變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，VT1和VT2兩個(gè)開關(guān)管均截止，繞組中的電流經(jīng)二極管VD電源和二極管VD2放電，電流迅速下降。當(dāng)Ui為高電平時(shí)，VT1和VT2兩個(gè)開關(guān)管均導(dǎo)通，電源向繞組供電。本設(shè)計(jì)中采用的驅(qū)動(dòng)電路是斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路，斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路是性能較好、目前使用較多的一種驅(qū)動(dòng)方式。斬波型功放電路克服了高低壓功放電路出現(xiàn)的谷點(diǎn)現(xiàn)象，并且提高了電機(jī)的效率和力矩。另外，在高低壓銜接處的電流有谷點(diǎn)、不夠平滑，影響電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。繞組的反電勢通過Rl、Rc、VDUUVD2回路泄放，繞組中的電流迅速下降，其波形形成較好的電流下降沿。在t3時(shí)，Ub2也為低電平，VT2管截止。當(dāng)時(shí)間達(dá)到t2時(shí)或電流上升到某一數(shù)值時(shí)，Ub1為低電平，Ub2為高電平，VT1管截止，VT2管導(dǎo)通。而在雙電壓功放電路中，除了需要一相所需的方波信號外，還需高壓驅(qū)動(dòng)控制信號，只有兩個(gè)信號密切配合才能正常工作。圖66 高低壓驅(qū)動(dòng)電路圖中有兩個(gè)功率晶體管VTVT2，兩個(gè)二極管VDVD2，一個(gè)外接電阻Rc步進(jìn)電機(jī)繞組電感L以及電阻Rl。這時(shí)二極管D2反響截止，切斷低電壓電源VL，電動(dòng)機(jī)繞組由高電壓VH供電，使控制脈沖通過T2使繞組得到高壓脈沖電源。這時(shí)，電動(dòng)機(jī)的繞組由低電壓VL供電，控制脈沖通過T2使繞組得到低壓脈沖電源。⑵雙電壓驅(qū)動(dòng) 用提高電壓的方法可以使繞組中的電流上升波形變陡，這樣就產(chǎn)生了雙電壓驅(qū)動(dòng)。目前國內(nèi)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路主要有以下幾種。這種驅(qū)動(dòng)電源一般應(yīng)包括脈沖發(fā)生器、脈沖分配器、脈沖功率放大電路幾部分。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)的功率放大電路的種類很多。由于硬件電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，本設(shè)計(jì)中沒有采用，在此不再詳細(xì)敘述；軟件消抖適合按鍵較多的情況，方便簡單。在本設(shè)計(jì)中，高電平表示按鍵斷開，低電平表示按鍵閉合狀體。本設(shè)計(jì)中采用的是直流輸入單元，即如圖6—1所示。開關(guān)量輸入接口按可接納的外信號電源的類型不同可分為直流輸入單元和交流輸入單元，如圖6圖62所示。鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向PLC輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等重要功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的重要手段。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用恒頻斬波細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，通過接收PLC發(fā)出的脈沖信號來控制步進(jìn)電機(jī)完成各種操作。，目標(biāo)壽命L=256083005103=1440km選擇HTSD－LG20WAA型導(dǎo)軌。(2)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定： 則：為滿足最小步角要求，電機(jī)選用四相八拍工作方式，查表知: 所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為： 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率：綜合考慮，查表選用 20BYJ46型四相步進(jìn)電機(jī)。4）、穩(wěn)定性驗(yàn)算：由于選用滾珠絲桿的直徑與原絲桿直徑相同，而支承方式不存在問題，故不驗(yàn)算。查表T1=15000h查表： ；最大動(dòng)負(fù)載：根據(jù)Q選擇滾珠絲桿型號： CMD2004－－E其額定動(dòng)載荷Q=5862N，所以強(qiáng)度足夠用。3）、齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可以忽略。即導(dǎo)程變形總誤差為：查表知E級精度絲桿允許的螺距誤差（1m長）為故剛度足夠。則 ；式中－－切削線速度V=100m/min 主切削：由《金屬切削原理》可知，主切削力：, 則可計(jì)算出FZ如下所示：mm111222mm(N)33456276266811241524查表，可知當(dāng)FZ=，切削力深度mm，走刀量從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中可知，在一般外團(tuán)圓車削時(shí)； 即： (2)、滾珠絲桿設(shè)計(jì)計(jì)算：對于矩形槽： K=,摩擦系數(shù)f’=1）、 強(qiáng)度計(jì)算：壽命值： ；取工件直徑：D=80mm。利用 PLC的高速脈沖輸出功能輸出脈沖信號 ,經(jīng)過專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器去控制步進(jìn)電機(jī)，雖然硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜些，但可以節(jié)省占用 PLC 的 I/O 口點(diǎn)數(shù)，步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器可將 PLC 輸出的控制脈沖放大到幾十至上百伏特、幾安至十幾安。將PLC控制的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)用于某大型生產(chǎn)線的數(shù)控滑臺，每個(gè)滑臺僅占用4個(gè)I/O接口，節(jié)省了CNC控制系統(tǒng)，~,進(jìn)給速度為Vf=3~15m/min,完全滿足工藝要求和加工精度要求 本章小結(jié)本章介紹了數(shù)控滑臺的控制方法，PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩種方案以及步進(jìn)電機(jī)的控制方法。 步進(jìn)電機(jī)的換向控制步進(jìn)電機(jī)換向時(shí),一定要在電機(jī)降速停止或降到突跳頻率范圍之內(nèi)再換向,以免產(chǎn)生較大的沖擊而損壞電機(jī)。如果是突變,則按階梯加速法處理。用 PL實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加減速控制,實(shí)際上就是控制發(fā)脈沖的頻率。一般可按2種情況處理:(1)已知突跳頻率則按突跳頻率分段起動(dòng),分段數(shù) n = f/f0 。突跳頻率是指步進(jìn)電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)突然施加的脈沖啟動(dòng)頻率 f 0。在一個(gè)實(shí)際的控制系統(tǒng)中,要根據(jù)負(fù)載的情況來選擇步進(jìn)電機(jī)。在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中,通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),如果信號變化太快,步進(jìn)電機(jī)由于慣性跟不上電信號的變化 ,這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和丟步現(xiàn)象。PLC組成的控制系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置接地系統(tǒng)，也可以利用現(xiàn)場條件進(jìn)行“等電位聯(lián)結(jié)”進(jìn)行接地設(shè)計(jì)。其中信號回路接地和屏蔽接地又通稱為工作接地。電機(jī)的啟動(dòng)頻率、停止頻率和輸出轉(zhuǎn)矩都要和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相適應(yīng) ,有了這些數(shù)據(jù) ,才能有效地對電機(jī)進(jìn)行加減速控制。在控制系統(tǒng)的工作過程中,根據(jù)具體要求確定步進(jìn)電機(jī)的工作方式(正反轉(zhuǎn))、加減速控制、恒速控制、正反轉(zhuǎn)切換控制、起?？刂啤２⑶以谒俣容^高時(shí),由于受到掃描周期的影響 ,相應(yīng)的控制精度就降低了。 進(jìn)給方向控制，如三相步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)椋?AABBBCCCAA …時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)繞組按AACCCBBBAA …順序通電時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。由數(shù)控滑臺的結(jié)構(gòu)可知，滑臺的行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，其通電方式應(yīng)該為A→AD→D→DC→C→CB→B→BA→A…,其步進(jìn)角與正轉(zhuǎn)相同。四相單四拍的通電順序?yàn)锳→B→C→D→A…,不斷接通與斷開控制繞組，轉(zhuǎn)子就按順時(shí)針方向一步步地轉(zhuǎn)動(dòng)起來，每換接一次繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過1/4齒距角，即。若步進(jìn)電機(jī)所加的通電脈沖頻率為f，則其轉(zhuǎn)速為：（24）由于在一個(gè)通電循環(huán)內(nèi)控制脈沖的個(gè)數(shù)為N（拍數(shù)），而每相繞組的供電脈沖個(gè)數(shù)卻只有一個(gè)，因此定子相繞組的供電頻率為：可見，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不失步、不丟步的前提下，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角與電壓、負(fù)載、濕度等因素?zé)o關(guān)，因而步進(jìn)電機(jī)可直接采用開環(huán)，簡化控制系統(tǒng)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式為四相雙四拍時(shí)，當(dāng)AB→BC→CD→DA→AB…方式通電時(shí)，步距角與四相單四拍運(yùn)行時(shí)一樣，為1/4齒距角，即。以此類推，控制繞組按A→B→C→D→A…的順序循環(huán)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子就按順時(shí)針方向一步一步連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)起來。因?yàn)檗D(zhuǎn)子共有50個(gè)齒極，每個(gè)齒距角，定子一個(gè)極距所對的轉(zhuǎn)子齒數(shù)為，不是整數(shù)，因此當(dāng)AA’極下的定、轉(zhuǎn)子齒軸線對齊時(shí)，相鄰的兩對磁極BB’和DD’極下的齒和轉(zhuǎn)子齒必然錯(cuò)開1/4齒距角，即。為轉(zhuǎn)子小齒數(shù)。各個(gè)磁極上套有線圈，徑向相對的兩個(gè)磁極上的線圈是一相。而方向由導(dǎo)電順序決定。意，國內(nèi)有一些驅(qū)動(dòng)器采用“平滑”來取代細(xì)分，有的亦稱為細(xì)分，但這不是真正的細(xì)分。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，在10應(yīng)該根據(jù)運(yùn)行的具體要求，盡量選用先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)電源。若在工作中發(fā)生失步現(xiàn)象，首先應(yīng)檢查負(fù)載是否過大，電源電壓是否正常。在工作過程中，因盡量使負(fù)載均勻，避免負(fù)載突變引起誤差。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來選擇。～；如果采用開關(guān)電源，電源電流一般可取I 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流供電電源的確定⒈電壓的確定它的出力大，動(dòng)態(tài)性能好；但步距角一般比較大。使用簡單，使用較多。 1步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源。 1由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器電路組成的開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，既簡單、廉價(jià)，又可靠。難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩。沒有角度累積誤差停止時(shí)也可保持轉(zhuǎn)距。 步進(jìn)電機(jī)的特性步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使用的是脈沖信號，而脈沖是數(shù)字信號，這恰恰是計(jì)算機(jī)所擅長處理的類型。當(dāng)A相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子的齒與定子AA上的齒對齊。 步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。第三章 步進(jìn)電機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的執(zhí)行元件。它提供了一種組織程序的圖形方法。在用戶程序存儲(chǔ)器中，指令按步序號順序排列。所以梯形圖的書寫順序自左向右、自上至下，CPU也按此順序執(zhí)行。⑷在幾個(gè)串聯(lián)回路相并聯(lián)時(shí)，應(yīng)該將觸點(diǎn)多的放在梯形圖上面。與順序功能圖等設(shè)計(jì)語言相比較，梯形圖的邏輯描述還不夠清晰。邏輯運(yùn)算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)邏輯運(yùn)算瞬時(shí)外部輸入狀態(tài)來進(jìn)行。⑸梯形圖中輸入繼電器的狀態(tài)只取決于外部輸入電路的通斷狀態(tài)，所以 在梯形圖中沒有輸入繼電器線圈。在PLC中編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、輸出繼電器等。⑵梯形圖中的能流不是實(shí)際的電流，而是一個(gè)虛擬的電流，是用戶程序運(yùn)算中滿足輸出條件的形象表達(dá)。每個(gè)輸出元素可構(gòu)成一個(gè)梯級，每個(gè)梯級有多個(gè)支路。在梯級中描述系統(tǒng)發(fā)生的條件在左邊，事件發(fā)生的結(jié)果在右邊。⒉梯形圖的特點(diǎn)PLC的梯形圖源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述，并和電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思路一致，只是在符號和表達(dá)方式上有一定區(qū)別。⑶軟觸點(diǎn)。⑵母線。在梯形圖中為了分析各個(gè)元件間的輸入與輸出關(guān)系，就要假象一個(gè)概念電流。梯形圖由線圈、觸點(diǎn)和指令組成。 PLC的編程語言PLC是專為工業(yè)控制而研發(fā)的裝置，主要使用者是企業(yè)電器工作人員?？傊琍LC的高速處理功能對變化快、脈沖寬度小于PLC掃描周期的輸入/輸出信號進(jìn)行處理，避免了丟失部分關(guān)鍵信號，從而影響控制過程的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。位置控制一般通過對PLC的特殊應(yīng)用指令的寫入與狀態(tài)讀取，對位置控制模塊的位移量、速度、方向等進(jìn)行控制。⒉特殊功能PLC的特殊控制功能包括模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換、數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換、高速處理、溫度控制、位置控制等。⒈基本功能邏輯運(yùn)算功能是PLC必備的基本功能。PLC是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方向發(fā)展。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域從最初的單一的邏輯控制發(fā)展到包括模擬量控制、數(shù)字控制以及機(jī)器人控制等在內(nèi)的各種工業(yè)控制場合，成為工業(yè)控制領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的基礎(chǔ)自動(dòng)化裝備。同時(shí)隨著通信聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，新通信協(xié)議的不斷產(chǎn)生，PLC的通信和網(wǎng)絡(luò)功能得到迅速發(fā)展，PLC不僅可以連接通用輸入/輸出設(shè)備和傳統(tǒng)的編程，還可以通過總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為工廠自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。本階段，三菱公司的PLC產(chǎn)品開始有F系列向FX系列過渡，而后陸續(xù)推出了Q/K型小、中、大型系列產(chǎn)品。1990—2000年，PLC高性能與小型化階段。在這一階段，PLC的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，價(jià)格一直下跌，PLC被廣泛普及。在這一階段，隨著PLC剛誕生，各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)（如邏輯電路型、1位機(jī)型、通用計(jì)算機(jī)型、單板機(jī)型等），但都被迅速淘汰。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部定時(shí)、存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)與算術(shù)運(yùn)算操作等指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。在這種情況下，采用傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制就有許多不足。例如：系統(tǒng)的能耗較多，噪聲大；通用性、靈活性差，工藝流程的更新需要大量的人力物力；不具備現(xiàn)代工業(yè)控制所需的數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)控制等功能。它是以微處理器為基礎(chǔ)，在傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而發(fā)展起來的新型控制器，用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。，對于將來高性能的PLC的編程具有開拓性的意義。,在此基礎(chǔ)上搭建了實(shí)際的控制模型。特別是在組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線的控制及 CNC 機(jī)床的 S、T、M 功能控制中更顯示出其卓越的性能。它又分為兩相和五相:。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小。驅(qū)動(dòng)電路由脈沖信號來控制，所以調(diào)節(jié)脈沖信號的頻率可以改變步進(jìn)電機(jī)的原先轉(zhuǎn)速。因此對電動(dòng)機(jī)的控制變得越來越重要。相關(guān)人士調(diào)查得出的結(jié)論是:目前除了石化等行業(yè)之外，這項(xiàng)系統(tǒng)在大部分的行業(yè)中都獲取了良好的成就。它們的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，所以無法很好的兼容在一起，這就導(dǎo)致用戶在使用的時(shí)候非常不方便，而且會(huì)造成維護(hù)費(fèi)用增加?？删幊炭刂破鳎≒LC）廠家在以前的CPU模板上提供物理層 RS232/422/485 接口的基礎(chǔ)上，新添了很多不同的通訊接口，能夠創(chuàng)造一體化的網(wǎng)絡(luò)體系。而且還在朝著其它方向擴(kuò)展。從規(guī)模上來說，完備的通信設(shè)備會(huì)更好地迎合各種工業(yè)控制場合的不同需求；從市場上來分析，今后的競爭將會(huì)更加的激烈，將會(huì)發(fā)生壟斷現(xiàn)象，屆時(shí)將會(huì)有全球通用的編程語言；通過分析網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展態(tài)勢可以得知，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成的大型控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。此外，它還具有強(qiáng)大的抗干擾能力，編程步驟簡單，而且易于維護(hù)。關(guān)鍵詞　：步進(jìn)電機(jī)、PLC、轉(zhuǎn)速控制、方向控制IStepping motor control system based on PLC AbstractWith the development of microelectronics and puter technology, the stepper motor is incre