【正文】 3. 允許輸。梯形圖的輸入總是在圖形的左邊，輸出總是在圖形的右邊，因而觸點與左母線相連，線圈或功能框終止右母線，從而構(gòu)成一個梯級。 STEP7Micro/win32 梯形圖編輯器在繪圖時，通常將右母線省略。對梯形圖、功能塊圖、語句表程序分段后，就可通過編程軟件實現(xiàn)它們之間的相互轉(zhuǎn)換。功能塊圖（ FBD）中，使用網(wǎng)絡(luò)概念給程序分段。 編程的一般規(guī)約 1. 網(wǎng)絡(luò) 在梯形圖（ LAD）中，程序被分成稱為網(wǎng)絡(luò)的一些程序段。 在這次設(shè)計中，所有程序都是用 STEP7Micro/win32 的軟件平臺完成的。這種塊圖通常有若干個輸入端和若干個輸出端。通過軟連接的方法把所需的功能塊圖3 基于 PLC 的清淤機器人控制系統(tǒng)設(shè)計 31 連接起來，用于實現(xiàn)系統(tǒng)的控制。一般用一種功能方框表示一種特定的功能，框圖內(nèi)的符號表達(dá)了該功能框圖的功能。這種編程語言可使用簡單編程器編程，但比較抽象，一般與梯形圖語言配合使 用，互為補充。操作碼表示的是指令需要完成的操作功能，操作數(shù)為變量或常數(shù)。梯形圖信號流向清楚、簡單、直觀、易懂，很適合電氣工程人員使用。它沿用了繼電器、觸點、串并聯(lián)等術(shù)語和 類似的圖形符號，具有很強的直觀性和形象感。因此，一般 PLC 編程語言的主要特點有：圖形化指令結(jié)構(gòu)；明確的變量和常數(shù)；簡化的程序結(jié)構(gòu)；應(yīng)用軟件形成過程簡便；程序調(diào)試容易等。其余由系統(tǒng)軟件自動完成。由于 PWM 端口要接收高速脈沖，所以它必須接到 PLC 的 或 上， DIR 端口分別接到 或 。 直流電機 驅(qū)動器和電機的連接 直流電機只有正負(fù)極兩個端點，它的連接相對比較簡單，直接和驅(qū)動器的兩個輸出端相連就滿足要求了。 電源線橫截面≥ 平方毫米，盡量短。s 量級；晶體管型接口只能帶直流負(fù)載，響應(yīng)時間最短，為 ns 量級?？刂曝?fù)載的輸出信號也有不同的形式，同樣要選擇合適的輸出接口。這些信號有的是開關(guān)量，有的是模擬量，有的是直流信號，有的是交流信號，所以要根據(jù)輸入信號的類型選擇合適的輸入接口。 來自現(xiàn)場的檢測元件、指令元件的信號經(jīng)輸人接口進(jìn)入 PLC。 輸入 /輸出接口是 PLC 主機與外部設(shè)備之間的連接電路。網(wǎng)絡(luò)讀寫指令的應(yīng)用詳見前面 S7200指令介紹，通信程序見程序清單。 CPU226為主站， CPU224為從站，當(dāng)主站CPU226發(fā)出申請或查詢時，從站 CPU224才響應(yīng)。利用自由口模式，可以連接多種智能設(shè)備，如打印機、變頻器、條碼閱讀器等，以及實現(xiàn) PLC 與上位機通訊、連接調(diào)制解調(diào)器等。在 Freeport 方式下，通訊口的協(xié)議由外設(shè)決定， PLC 通過程序來適應(yīng)外設(shè)。提高系統(tǒng)的處理能力和安 全性，這對于大型的控制系統(tǒng)和控制對象相對分散的情況很有實用價值。 S7200 系列 PLC 可以通過內(nèi)部集成或擴展的通訊接口連接到ROFIBUS 上，從而與一個大型的控制系統(tǒng)有機地結(jié)合起來。 3 基于 PLC 的清淤機器人控制系統(tǒng)設(shè)計 26 3. ROFIBUS 協(xié)議 ROFIBUS 協(xié)議設(shè)計用于分布式 I/O 設(shè)備的高速通訊，它是目前應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線協(xié)議。 2. MPI 通訊協(xié)議 MPI 協(xié)議可以是主 /主協(xié)議或主 /從協(xié)議，協(xié)議如何操作取決于設(shè)備類型。在編程時，用網(wǎng)絡(luò)讀寫指令 NETR 和 NETW 進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。 PPI 是一個主 /從協(xié)議，任這個協(xié)議中，主站（ PLC、編程器或操作單元）給從站（網(wǎng)絡(luò)中的所有 PLC 都可作為從站）發(fā)出申請，從站進(jìn)行響應(yīng)、從站不初始化信息，但是當(dāng)主站發(fā)出申請或查詢時，從站才響應(yīng)。 S7200 系列 PLC 支持多種通訊協(xié)議，包括點對點接口（ PointtoPoint Interface， PPI）、多點接口（ MultiPoint Interface， MPI） 、現(xiàn)場總線 PROFIBLS 和自由口（ Freeport） 方式。 由于選擇了兩臺 PLC，所以就必須進(jìn)行兩臺 PLC之間的網(wǎng)絡(luò)通信。 在 S7200系列 PLC中，一臺 PLC中只有兩個高速脈沖輸出端，但是控制系統(tǒng)要有四個 PWM脈沖輸出來控制三臺步進(jìn)電機和一臺直流電機，因此必須選兩個 PLC才能進(jìn)行控制。不同公司的產(chǎn)品，對系統(tǒng)總點數(shù)及擴展模塊的數(shù)量都有限制。在統(tǒng)計時，應(yīng)考慮為了控制的要求而增加的一些開關(guān)、按鈕或 報警的信號，例如，增加總的供電開關(guān)、為手動需要而增加的手動自動開關(guān)、為聯(lián)鎖需要設(shè)置的聯(lián)鎖、非聯(lián)鎖開關(guān)等。 3 基于 PLC 的清淤機器人控制系統(tǒng)設(shè)計 25 首先確定系統(tǒng)用 PLC是單機控制還是用 PLC形成網(wǎng)絡(luò)，由此計算 PLC的輸入輸出點數(shù)，并且在選購 PLC時要在實際需要點數(shù)的基礎(chǔ)上有一定的余量（ 10%）。 5. 如果需要急停時，按下急停按鈕，四臺電機全部停止。此時，報警器開始報警。 4. 當(dāng)清污機到達(dá)左井口行程開關(guān)時，接收到左行程開關(guān)發(fā)出的導(dǎo)通信號，清淤機器人停止。當(dāng)清淤機器人不能向前運動時，光電編碼器停止輸出脈沖給高速計數(shù)器，利用高速計數(shù)功能當(dāng)檢測到當(dāng)前值等于上一時間段的值時，說明清淤機器人遇障并停止工作。 2. 清淤機器人在工作過程中，通過高速計數(shù)指令完成載體打滑、電機過載、遇大障及工作位置輸出的檢測。同樣條件下 ， 低端續(xù)流二極管的反向恢復(fù)時間為 100ns， 反向恢復(fù)電流為 4A。利用內(nèi)部 300kHz的振蕩器對內(nèi)部自舉電容充電可獲得 14V電壓 ， 該驅(qū)動電壓的上升時間為 20ns， 可保證器件的開關(guān)頻率達(dá)1kHz； 開關(guān)頻率更高時 ， 可采用外部自舉電容 ， 并由 DMOS管對該自舉電容充電 ，H橋輸出端與自舉端接入 10nF外部電容 ， 可提供上升時間達(dá) 100ns的驅(qū)動電壓 ， 從而保證開關(guān)頻率達(dá)到 500kHz。 4） 充電泵電路 如圖 18所示 ， 開通高端的 DMOS管時 ， 每個器件的柵極電壓應(yīng)比電流取樣電壓約高 8V。由于短路將產(chǎn)生大量熱量 ， 因此 ， 實際 使用時 ， LMD18200必須配備面積足夠大的散熱器 。器件關(guān)斷后 ， 保護(hù)電路周期性的重新試圖開通功率器件。 3） 限流 LMD18200內(nèi)部含有限流保護(hù)電路。 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 23 2） 溫度報警標(biāo)志 該端 （ 9腳 ） 為 OC門輸出 ， 該端通常接到系統(tǒng)控制器的中斷輸入 ， 以便過熱時對系統(tǒng)采取適當(dāng)措施。該端最高電壓 12V。 4. 驅(qū)動器電路設(shè)計 圖 17為所設(shè)計的驅(qū)動器電路原理圖 ： 圖 17 驅(qū)動器電路原理圖 5. 基本工作原理 1） 電流取樣 每輸出 1A電流 ， 腳 8輸出 377nA的取樣電流。使用單極性 工作方式，在單極性這種工作方式中 ， PWM脈沖信號接在 LMD18200的 PWM端 ， 而方向信號接在 DIR端 ， PWM端脈沖信號的占空比決定電機轉(zhuǎn)速 ， 而 DIR端的電平高低決定電機轉(zhuǎn)向。 3. 控制方式 LMD18200提供雙極性方式 （ 也稱反向鎖定控制）和單極性方式 （ 也稱方向脈寬控制 ） 兩種工作方式。 6） 芯片過熱報警輸出和自動關(guān)斷。 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 22 4） TTL和 CMOS兼容的控制信號輸入 。 2） 電源電壓 55V。提供溫度報警信號 ， 芯片結(jié)溫達(dá) 145℃時 ， 該端變?yōu)榈碗娖?， 結(jié)溫達(dá) 170℃時 ， 芯片關(guān)斷。 8腳 ： 電流取樣輸出端 ， 提供電流取樣信號。 PWM信號與驅(qū)動電流方向的關(guān)系見表 3， 該端與 3腳（ DIRECTION） 如何使用 ， 決定于 PWM信號類型。 此時 ， 每個輸出端只有很小的電流 （ 1. 5mA） 。 3腳呈邏輯低電平時 ， H橋中兩個低端晶體管導(dǎo)通。剎車時 ， 將該腳置邏輯高電平 ， 并將 PWM信號輸入端 （ 腳 5） 置邏輯高電平 ， 腳 3的邏輯狀態(tài)決定于短路馬達(dá)所用器件。 4腳 ： 剎車輸入端。 3腳 ： 方向輸入端。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如下： 圖 16 LMD182020 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 1. 各引腳的功能 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 21 11腳 ： 橋臂 2的自舉輸入電容連接端 ， 在腳 1與腳 腳 10與腳 11之間應(yīng)接入 10nF的自舉電容。 LMD18200 的 5 腳為 PWM 波輸入端，通過改變 PWM 的占空比就可調(diào)節(jié)電機的速度，改變 3 腳的高低電平即可控制電機的正反轉(zhuǎn)。 LMD18200 是美國國家半導(dǎo)體公司推出的專用于直流電動機驅(qū)動的 H 橋組件，同一芯片上集成有 CMOS控制電路和 DMOS 功率器件。 下表中列出了控制信號高有效和低有效時的接線方式。 注意：公共端不能與大地（殼體）接到一起。 下面為脈沖、方向信號時序圖： 3A 3B 3Astepright leftPU LE S ：DI R ：2 2 1脈寬定義：脈寬和脈沖間隔 2 . 5 u s ；占 空 比：可選用任意占空比的脈沖；輸入信號：采用光耦隔離；切換時間：轉(zhuǎn)動方向的切換時間 0 u s ；1Hold tim e 2 . 5 u s2 Se tu p ti me 0u s3A M in im um p ul se w id th 2. 5u s3B M in im um p ul se p au se 2. 5u s 圖 15 脈沖、方向信號時序圖 5. 控制信號連接 上位機的控制信號可以高電平有效，也可以低電平有效。當(dāng)驅(qū)動器正常工作時繼電器閉合，外部 24VDC 通過繼電器輸入到 CNC 輸入端，否則外部 24VDC 無法輸入到 CNC 輸入端。繼電器允許最高輸入電壓和電流是：35VDC， 10mA≤ I≤ 200mA，電阻性負(fù)載。 READDY: 輸入報警信號。 CCW：反轉(zhuǎn)信號，每個脈沖使電機反向轉(zhuǎn)動一步。 DIR：方向信號輸入端，如“ DIR”為低電平，電機按順時針方向旋轉(zhuǎn)；2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 19 “ DIR”為高電平電機按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 11）電機上下電時，輸出軸位置不變，給工作帶來很大方便。 9）電機每轉(zhuǎn)步數(shù)可依用戶要求分別設(shè)定為 500、 1000、 5000、 10000 步 /轉(zhuǎn)。 7）比同樣尺寸的反應(yīng)式步進(jìn)電機所產(chǎn)生的功率大 20%左右。 5）電機和驅(qū)動 器間僅用 3 根線，減少連線出錯的可能性。 3）電路板采取三防處理，有過熱、過壓、欠壓、過流及相間短路保護(hù)功能。 1. 電氣參數(shù)如下表 表 2 WD3007 的 電氣參數(shù) 輸入電壓 單相 220V 輸入（ 30%~+20%）；頻率： 45~66Hz 輸入電流 小于 安培 輸出電壓 3 325VAC 輸出電流 ~ 功 耗 功耗： 80W；內(nèi)部保險： 溫 度 工作溫度小于 50℃；存放溫度 40℃ ~70℃ 濕 度 不能結(jié)露，不能有水珠 氣 體 禁止有可燃?xì)怏w和大量導(dǎo)電灰塵 2. WD3007 的主要特點： 1）交流伺服工作原理，交流伺服運行特性，三相正弦電流驅(qū)動輸出。這兩個驅(qū)動器的電氣性能基本相同。 驅(qū)動器 WD3007 主要驅(qū)動 2Nm12Nm 三相混合式步進(jìn)電機，因此它用來驅(qū)動載體步進(jìn)電機和調(diào)節(jié)壓緊步進(jìn)電機。其中，步進(jìn)電機為 德國百格拉公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機。當(dāng)然還有一些對設(shè)備的基本要求，如體積小、結(jié)構(gòu) 簡單、成本低、維修方便以及安全可靠等。功率放大器的主要功用是根據(jù)電機或負(fù)載的需要，將環(huán)行分配器輸出的各相電信號進(jìn)行放大。 環(huán)行分配器主要使電機各相繞組按一定的順序和時間導(dǎo)通并根據(jù)輸入指令使電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實際上就是用以確定電機的工作方式。這 里只對電子變換器即驅(qū)動電源作介紹。變換器的基本構(gòu)成形式由機械變換器發(fā)展到電子變換器。 步進(jìn)電機驅(qū)動電源 大家知道，步進(jìn)電動機的控制指令是單一碼，就是一串脈沖方波。所以，發(fā)展推廣步進(jìn)電動機就與驅(qū)動電源的研究開發(fā)分不開。在多數(shù)情況下，可以代替直流伺服電動機和交流伺服電動機。起動停車，反轉(zhuǎn)及其他任何運行方式的改變，都在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，在一定的頻率范圍內(nèi)運行時，任何運行方式都不會丟失一步。也就是說，轉(zhuǎn)子運動的速度主要取決于脈沖信號的頻率而轉(zhuǎn)子運動的 總位移量則取決于總的脈沖信號；誤差不長期積累。 步進(jìn)電動機可以作為驅(qū)動電機，但大部分情況下是作為控制電動機用的。 當(dāng)外加脈沖信號時步進(jìn)電動機的機械運動與脈沖信號相對應(yīng)，也就是說作同步的旋轉(zhuǎn)。分配回路和功率放大等環(huán)節(jié)在一路組成步 進(jìn)電動機的驅(qū)動器。 從電機元件本身來看只要在各相繞組內(nèi)輪流通電，就能產(chǎn)生步進(jìn)運動。 步進(jìn)電動機的輸入是脈沖信號，從它繞組內(nèi)的電流來看，既不是通常的正弦交流，也不是恒定的直流，而是脈沖的電流，所以有時也叫做脈沖馬達(dá)。通俗地講，就是外加一個脈沖信號于這種電動機時，它就運動一步。 NETW 指令可以向遠(yuǎn)程站點上寫 16 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 NETR 指令可以從遠(yuǎn)程站 點上讀 16 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。如下圖所示： 圖 9 調(diào)用初始化子程序 在子程序 SBR0 中，進(jìn)行 PWM 操作的初始化，如下圖： SBR0 EN 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 14 MOVB EN ENO 16DB IN OUT SMB77 MOVB EN ENO 1000 I