【正文】 32 PLC 編程語(yǔ)言 梯形圖編程語(yǔ)言 梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，它是在電器控制系統(tǒng)中常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了符號(hào)演變來(lái)的，形象。對(duì)每個(gè)器件來(lái)說(shuō)，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而變化。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。在此輸入映象寄存器被刷新。 輸入處理 輸入處理也叫輸入采樣。當(dāng) PLC 處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。 PLC 的掃描過(guò)程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。利用微機(jī)作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。利用編程器將用戶程序送入 PLC 的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài)。 PLC 內(nèi)有一個(gè)穩(wěn)壓電源用于對(duì) PLC 的 CPU 單元和 I/O 單元供電。 PLC的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交 流和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型。 I/O 單元有良好的電隔離和濾波作用。用這些類型存儲(chǔ)器固化系統(tǒng)管理程序和應(yīng)用程序。掉電時(shí)，可有效地保持存儲(chǔ)的信息。 RAM 是一種可進(jìn)行讀寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器存放用戶 程序，生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放在 RAM 中的用戶程序可方便地修改。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器；存放工作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 （ RAM、 ROM） 存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。 CPU 通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路連接。 CPU 一般由控 制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。通常由中央處理單元（ CPU）、存儲(chǔ)器（ RAM、 ROM）、輸入輸出單元（ I/O）、電源和編程器等幾個(gè)部分組成。從近年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看， PLC 在應(yīng)用方面更為突出。 PLC 已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和 生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中，成為一種最重要，最普及，應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制裝置。隨著 PLC 性價(jià)比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷擴(kuò)大。最后， PLC 采用了集成電路，其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，能耗低，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。其次 PLC 編程簡(jiǎn)單，使用方便，目前大多數(shù) PLC 采用的編程語(yǔ)言是梯形圖語(yǔ)言 ，梯形圖與電器控制線路相似，形象，直觀，不需要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)，很容易被廣大工程技術(shù)人員掌握。 PLC 技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要之外，主要是因?yàn)樗哂泻芏嗒?dú)特的優(yōu)點(diǎn)，較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠，安全，靈活，經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器 的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。PLC 是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)。 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè) 環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。控制器和被控對(duì)象連接方便。 PLC 的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、 通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。附表如：細(xì)分?jǐn)?shù) (脈沖 /轉(zhuǎn) )，如表 35所示。 表 33 常見問(wèn)題和處理方法對(duì)照表 現(xiàn)象 可能的原因 措施 電機(jī)不轉(zhuǎn) 指示燈無(wú)顯示 檢查供電是否正常 故障指示燈亮 檢查驅(qū)動(dòng)器是否過(guò)流、過(guò)熱、 27 缺電 機(jī) 電機(jī)軸已鎖，電機(jī)不動(dòng)作。 圖 35 DQ378M 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 表 32 引腳功能說(shuō)明 端口定義 針腳號(hào) 標(biāo)記符號(hào) 功能 注釋 RS232 1 GND 地線 接上位機(jī)串口地 （功能保留） 7 TX 發(fā)送數(shù)據(jù) 接上位機(jī)串口 TX（功能保留） 8 RX 接收數(shù)據(jù) 接上位機(jī)串口 RX（功能保留） 信 號(hào) 端 1 PU+ 輸入信號(hào)光電隔離正端 接 +5V 供電電源， +5V+24V 均可驅(qū)動(dòng)，高于 +5V 需接限流電阻 2 PU DP5= OFF, PU 為步進(jìn)脈沖信號(hào) 下降沿有效，每當(dāng)脈沖由高變低時(shí)電機(jī)走一步，輸入電阻220Ω ，要求：低電平 ，高電平 45V，脈沖寬度 DP5=ON,PU 為正相步進(jìn)脈沖信號(hào) 3 DR+ 輸入信號(hào)光電隔離正端 接 +5V 供電電源 ， +5V+24V 均可驅(qū)動(dòng)，高于 +5V 需接限流電阻 26 口 4 DR DP5= OFF, DR 為方向控制信號(hào) 用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于雕刻機(jī)、小型數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械等分辨率較高的中、小型數(shù)控設(shè)備上。該驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用類似伺服控制原理的電路，此電路可以使電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，幾乎沒(méi)有震動(dòng)和噪音，電機(jī)在高速時(shí)，力矩大大高于二相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)。它是將先進(jìn)的 DSP 控制芯片和獨(dú)特的控制電路結(jié)合一起所構(gòu)成的新一代全數(shù)字步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。同樣，只需要對(duì)相應(yīng)兩相繞組的實(shí)際電流進(jìn)行采樣，第三相繞組的實(shí)際電流可根據(jù)式求得。即 IU+IV+IW =0。 圖 34 相差 120176。當(dāng)然， 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)，頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。 的正弦電流時(shí)，由于在內(nèi)部產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為恒值。其中， i為繞組中通過(guò)的電流； theta為電機(jī)轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的角度。 。 三相繞組完全對(duì)稱； 、渦流及鐵心損耗忽略不計(jì)； 。由于輸入是三相正弦電流，因此產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)呈圓形分布，而且可以用永磁式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型（圖 1）分析三相混合式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。其轉(zhuǎn)子上所用永磁磁鐵同樣是具有高磁密特性的稀土永磁材料，所以在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的感應(yīng)電流對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的影響可忽略不計(jì)。在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生接近均勻的圓形旋 轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，各相繞組的合成磁場(chǎng)矢量，即各相繞組電流的合成矢量應(yīng)在空間作幅值恒定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就需要在各相繞相中通以正弦電流。最佳的細(xì)分方式是恒轉(zhuǎn)矩等步距角的細(xì)分。傳統(tǒng)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)控制方法都是以硬件比較器完成，本 節(jié) 主要講述使用 DSP 及空間矢量算法 SVPWM 來(lái)實(shí)現(xiàn)三相混合式步進(jìn)電機(jī)控制。所以在速度和精度要求不高的領(lǐng)域，其應(yīng)用非常廣泛。 21 總體來(lái)說(shuō)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)的控制效果最好。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能與它的驅(qū)動(dòng)器有密切的聯(lián)系，可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的改進(jìn)來(lái)克服步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)。與交流伺服電機(jī)及直流伺服電機(jī)相比，其突出優(yōu)點(diǎn)就是價(jià)格低廉，并且無(wú)積累誤差。 PLC 程序設(shè)計(jì)中科根據(jù)自己的需要來(lái)確定脈沖數(shù)。 gth L(mm) ing Torque () t (A/Phase) supply inertia (m2) ght (Kg) ed drive BSHB397H 69 2 AC110V2A 2 Q3HB110M BSHB397 69 2 DC40V5A 2 Q3HB64MA BSHB3910H 97 4 2 AC110V 3 Q3HB110M BSHB3910 97 4 DC40V5A 3 Q3HB64MA BSHB3913H 125 6 AC110V 4 Q3HB110M BSHB3913 125 6 DC40V 5A 4 Q3HB64MA * 注：帶 H表示高壓型，不帶 H 表示低壓型，用于低速 。5% 溫升 ???????? ??????????????? 80℃ Max 環(huán)境溫度 ?????? ??????????????? 20℃ ～ +50℃ 絕緣電阻 ?????? ?????????????? 100MΩ Min 500VDC 耐壓 ???????? ?????????????? 500V AC 1 minute 徑向跳動(dòng) ?????? ??????????? 最大 （ 450g 負(fù)載） 軸向跳動(dòng) ?????? ??????????? 最大 （ 450g 負(fù)載） （ Specifications） 如表 31 所示。 步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)單內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 31 所示。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù) 的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲＝榻B步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在它的作用下，電機(jī)隨頻率或速度的增大而相電流減小 ，從而導(dǎo)致力矩下降。 4． 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)。 2．步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)，一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在 130 攝氏度以上，有的甚至高達(dá) 200 攝氏度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度80— 90 攝氏度完全正常。例如，當(dāng)說(shuō) ，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下就指保持轉(zhuǎn)矩為 。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨著速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨著速度的增大而變化。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步矩角。在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選 擇不同相數(shù)的步 進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步矩角的要求。 ：是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相，三相，四相，五相步進(jìn)電機(jī)。以 86BYG250A 型電機(jī)為例，給出值是 （表示半步工作時(shí)為 ，整步工作時(shí) ），這個(gè)步矩角可以稱之為電機(jī)固有步矩角。 步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù) ：他表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所 轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。它又分為兩相和五相，兩相步進(jìn)角一般為 度，而五相步進(jìn)角一般為 度。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ VR），永磁 式步進(jìn)電機(jī)（ PM） ,混合式步進(jìn)電機(jī)（ HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。通過(guò)控制脈沖的額數(shù)量就可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。驅(qū)動(dòng)電路由脈沖信號(hào)來(lái)控制，因此，調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的頻率便可以改變電機(jī)的額轉(zhuǎn)速。因此，本次設(shè)計(jì)的中心思想是通過(guò)控制脈沖輸出信號(hào)的頻率和個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī) 的速度、方向、定位等功能。在通常情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及停止的位置只與脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)有關(guān)，而不受負(fù)載變化的影響。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電機(jī)控制技術(shù)化。因此對(duì)電動(dòng)機(jī)的控 制變得越來(lái)越重要。 步進(jìn)電機(jī)的基本情況 在電氣時(shí)代的今天，電機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)生活中起著舉足輕重的作用。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。步進(jìn)相對(duì)于伺服價(jià)格便宜些 。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有積累誤差 (精度為 100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度 (稱為“步距角” )，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因 素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī) 。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要 200～ 400 毫秒。 步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問(wèn)題。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的 過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為 2021RPM或 3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（ FFT），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的 1/655。 /131072= 秒。 /10000=176。 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。、 176。、 176。、 176。、 176。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為 176。、 176。、 176?，F(xiàn)就二者的使用性能作 一比較。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。 程序設(shè)計(jì)、調(diào)試完畢，執(zhí)行菜單的“運(yùn)行 /啟動(dòng)”命令或單擊工具欄快捷按鈕“啟動(dòng)”，運(yùn)行程序?！?3209”表示地址 同理，“ 83209”中，“ 8”表示復(fù)位，即觸點(diǎn)斷開。 圖