【正文】 輸出鎖存器與PLC內(nèi)存中的輸出映射區(qū)也。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入點(diǎn)的狀態(tài)。這個(gè)區(qū)的每一對(duì)應(yīng)位（bit）稱為輸入繼電器，或稱軟觸點(diǎn)，或稱為過(guò)程映射輸入寄存器（the processimage input register）。把輸入暫存器的信息讀到PLC的內(nèi)存中，稱輸入刷新。這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實(shí)際是PLC的I/O電路的寄存器。同時(shí)，它還有相應(yīng)的物理電路，可把這個(gè)高、低電位的狀態(tài)傳送給輸出點(diǎn)。輸出電路有輸出鎖存器（還可能有別的稱謂）。輸入電路時(shí)刻監(jiān)視著輸入點(diǎn)的（通、ON或斷、OFF）狀態(tài)，并將此狀態(tài)暫存于它的輸入暫存器中。而且，總是把若干個(gè)這樣電路集成在一個(gè)模塊（或箱體）中，然后再由若干個(gè)模塊（或箱體）集成為PLC完整的I/O系統(tǒng)（電路）。OUTPUT）電路?？煽课锢韺?shí)現(xiàn)主要通過(guò)輸入（I，什么樣的控制，就有什么樣的用戶程序。系統(tǒng)程序?yàn)橛脩舫绦蛱峁┚庉嬇c運(yùn)行平臺(tái)，同時(shí)，還進(jìn)行必要的公共處理，如自檢，I/O刷新，與外設(shè)、上位計(jì)算機(jī)或其它PLC通訊等處理。入出信息變換主要由運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。但是，由于電流波形為鋸齒形，這種驅(qū)動(dòng)方式會(huì)產(chǎn)生較大的電磁噪聲。由于在斬波驅(qū)動(dòng)下繞組電流恒定，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩均勻。控制脈沖Ui、VT1的基極電位Ub1及繞組電流Id的波形如圖68所示。如此反復(fù)，繞組的電流穩(wěn)定在由給定電壓所決定的數(shù)值上。由于繞組電感的作用，R上的電壓逐漸升高，當(dāng)超過(guò)給定電壓Ua的值時(shí)，比較器的輸出低電平，使與門(mén)輸出低電平，VT1截止，電源被切斷，繞組電流經(jīng)VTR、VD2續(xù)流，采樣電阻R的端電壓隨之下降。相繞組的通斷由開(kāi)關(guān)管VT1和VT2共同控制，VT2的發(fā)射極接一個(gè)小電阻R，電動(dòng)機(jī)繞組的電流經(jīng)這個(gè)電阻到地，小電阻的壓降與電動(dòng)機(jī)繞組的電流成正比，所以這個(gè)電阻稱為電流采樣電阻。其基本思想是：無(wú)論電機(jī)是在鎖定狀態(tài)還是在低頻段或高頻段運(yùn)行，均使導(dǎo)通相的繞組的電流保持額定值。它是利用斬波方法使電流恒定在額定值附近，這種電路也成為電流驅(qū)動(dòng)電路或波頂 補(bǔ)償回路。斬波型功放回路有兩種：一種是斬波恒流功放回路；另一種是斬波平滑功放回路。由于這種驅(qū)動(dòng)在低頻時(shí)電流有較大的上沖，電動(dòng)機(jī)低頻噪聲較大，低頻共振現(xiàn)象存在，使用時(shí)要注意。此回路具有能耗低、高頻工作時(shí)有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，所以常用于中功率和大功率步進(jìn)電機(jī)中。它的不足之處是：高壓產(chǎn)生的電流上沖作用在低頻工作時(shí)會(huì)使輸入能量過(guò)大，引起電動(dòng)機(jī)的低頻振蕩加重?？梢?jiàn)，該電路對(duì)繞組的電流比單電壓功放回路的波形好，有十分明顯的高速率的上升和下降沿。在電路中二極管VDVD2組成反電勢(shì)泄放的回路。這時(shí)高壓電源和低壓電源都被關(guān)斷，無(wú)法向電動(dòng)機(jī)繞組供電。繞組內(nèi)穩(wěn)態(tài)電流I為U2/（Rc+Rl）。電動(dòng)機(jī)繞組的電流由低壓電源U2經(jīng)二極管VD2和VT2管來(lái)維持。在用高壓電源U1時(shí)，流入繞組的瞬時(shí)電流式中，Tj為回路時(shí)間常數(shù)；Rl為繞組電阻；Rc為外接電阻。當(dāng)VTVT2管的基極電壓UbUb2都為高電平時(shí)，則在t1~t2時(shí)間內(nèi)，VT1和VT2均飽和導(dǎo)通，二極管VD2反向偏置而截至。在單電壓功放電路中，它的工作控制信號(hào)是步進(jìn)時(shí)一相所需的方波信號(hào)。高壓U1為80~150V，低壓U2為5~20V。高低壓驅(qū)動(dòng)電路的原理如圖66所示，盡管看起來(lái)與雙電壓法電路非常相似，但它們的原理有很大差別。這種驅(qū)動(dòng)方法保證了低頻段仍然具有單電壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，在高頻段具有良好的高頻性能，但仍沒(méi)擺脫單壓驅(qū)動(dòng)的弱點(diǎn)，在限流電阻R上仍然會(huì)產(chǎn)生損耗和發(fā)熱。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在高頻時(shí)，給T1高電平，使T1打開(kāi)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在高頻時(shí)，給T1高電平，使T1打開(kāi)。 圖65 雙電壓驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在低頻時(shí)，給T1低電平，使T1關(guān)斷。雙電壓驅(qū)動(dòng)有兩種方式：雙電壓法和高低壓法①雙電壓法雙電壓法的基本思路是：在低頻段使用較低的電壓驅(qū)動(dòng)，在高頻段使用較高的電壓驅(qū)動(dòng)。限流電阻R1決定了時(shí)間常數(shù)，R1在工作中要消耗一定的能量，所以這個(gè)電路損耗大、放率低，一般只用于小功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。⑴單電壓驅(qū)動(dòng)單電壓驅(qū)動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)繞組在工作時(shí)，只用一個(gè)電壓電源對(duì)繞組供電。因此功率放大電路的性能對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)有很大 影響。驅(qū)動(dòng)電路就是脈沖功率放大電路。步進(jìn)電機(jī)是采用電脈沖電源供電的。按照電流流過(guò)的方向是單向還是雙向的，可以把功率放大電路分為雙極性驅(qū)動(dòng)電路和單極性驅(qū)動(dòng)電路兩類。其中SB0是啟動(dòng)/停止按鈕， SB4為正反轉(zhuǎn)切換按鈕，SB5為通電方式切換按鈕。其原理是在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)10ms的子程序后在確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。消除按鍵抖動(dòng)通常采用硬件方法或軟件方法。并且，為了能直觀形象的表示按鍵閉合與否，還為每個(gè)按鍵相應(yīng)增加了發(fā)光二極管，按鍵斷開(kāi)時(shí)，發(fā)光二極管滅，當(dāng)有鍵閉合時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管變亮。通過(guò)對(duì)輸出電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)，便可確認(rèn)按鍵是否按下。一個(gè)電壓信號(hào)在機(jī)械觸點(diǎn)的斷開(kāi)、閉合過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，一般為5—10ms；兩次抖動(dòng)之間為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時(shí)間由按鍵動(dòng)作所決定；第一次抖動(dòng)前和第二次抖動(dòng)后為斷開(kāi)狀態(tài)。圖中輸入口的電源部分都畫(huà)在了輸入口外（虛線框外），這是分體式輸入口的畫(huà)法，在一般單元式可編程控制器中，輸入口都使用可編程本機(jī)的直流電源供電，不再需要外接電源 。 圖61直流輸入單元 圖62 交流輸入單元從圖中可以看出，輸入接口中都有濾波電路及耦合電路。機(jī)械開(kāi)關(guān)應(yīng)接到PLC的開(kāi)關(guān)量輸入接口進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，PLC的開(kāi)關(guān)量輸入接口的作用是把現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)變成可編程控制器內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。鍵盤(pán)實(shí)質(zhì)是一組按鍵開(kāi)關(guān)的集合。，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于本設(shè)計(jì)中采用三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，因此需要采用四支完全相同的驅(qū)動(dòng)電路分別控制電機(jī)四相繞組的電流，而由PLC的Y0、YY2和Y3端口分別提供控制四相繞組的脈沖信號(hào)。其中啟動(dòng)鍵接于PLC的X0端口；停止鍵接于PLC的X1端口；點(diǎn)動(dòng)控制鍵接于PLC的X2端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制；而速度控制鍵分為4個(gè)不同的速度等級(jí)，有小到大分別接于PLC的XXX5和X6端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的控制要求；方向控制鍵接于PLC的X7端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制；通電方式改變按鈕接于PLC的X8端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)通電方式改變的控制。.第六章 設(shè)計(jì)硬件電路 硬件電路總體分析步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)共分為兩個(gè)模塊：按鍵控制模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。(1)、摩擦力計(jì)算：摩擦力計(jì)算公式 式中為滾動(dòng)摩擦系數(shù)取,P為法向載荷縱向P=,橫向P=，f為密封件阻力，取f=.縱向F=+=橫向F=+=(2)、壽命計(jì)算： 目標(biāo)壽命L=256083005103=2304km選擇HTSD－LG20WAA型導(dǎo)軌，根據(jù)計(jì)算可知，滿足強(qiáng)度要求。滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇綜合考慮機(jī)床的基本額定載荷及其它方面的因素，選取HTSD－－WAA(寬幅矩型滑塊)的滾珠導(dǎo)軌。 －－電機(jī)啟動(dòng)力矩；－－電機(jī)靜負(fù)載力矩 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)。(3)、齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算,m=2傳動(dòng)比：取第一級(jí)為：,Z1=18,Z2=45, d1=36,d2=90取二級(jí)：, Z1=18,Z2=45, d3=36,d4=902)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算： 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的傳動(dòng)慣量： 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 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。即尋程變形總誤差為：查表知E級(jí)精度絲桿允許的螺距誤差（1m長(zhǎng)）為故剛度足夠。d1=。已知條件：工作臺(tái)重量： W=300N時(shí)間常數(shù)： T=25ms滾珠絲桿基本導(dǎo)程： L0=6mm行程： S=200mm脈沖當(dāng)量： 步進(jìn)角： 快速進(jìn)給速度： （1）、切削力計(jì)算橫向進(jìn)給為縱向的1/2～1/3,取1/2，則切削力為縱向的1/2切斷工件時(shí)：取K=, 滾動(dòng)摩擦系數(shù)為則壽命值：(2)、滾珠絲桿設(shè)計(jì)計(jì)算：1）、 強(qiáng)度計(jì)算：對(duì)于矩形槽： K=,摩擦系數(shù)f’=則 壽命值： ；取工件直徑：D=80mm。4）、所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算：、空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩：、 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩：、 折算電機(jī)軸上的摩擦力矩： 當(dāng) , 時(shí)：、 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩： 當(dāng)時(shí)，預(yù)加載荷,則：、 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩：所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩切削時(shí)進(jìn)給所需力矩：快速 進(jìn)給所需力矩： 由以上分析可知：所需最大力矩Mmax 發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)：橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)比較簡(jiǎn)單，一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。（3）、齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 1）、有關(guān)齒輪計(jì)算： ,傳動(dòng)比：取第一級(jí)為：Z1=?。篫1=18,Z2=45,m=2,b=20mm,mmmm取二級(jí)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)比： , Z3=18,Z4=45，m=2,b=20mm,中心距：2)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算： 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 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。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(wèn)題，故不驗(yàn)算。螺母長(zhǎng)度L=71mm,余程le=16mm,螺紋長(zhǎng)度l=320+71+216=423mm.2 )、效率計(jì)算：根據(jù)《機(jī)械原理》，絲桿螺母副的傳動(dòng)效率：其中摩擦角，螺旋升角因此：3）、 剛度驗(yàn)算：受工作負(fù)載P引起導(dǎo)程變化量： L0=6mm=, E=106N/cm2滾珠絲桿受扭矩引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略。查表T1=15000h最大動(dòng)負(fù)載： 查表： ；根據(jù)Q選擇滾珠絲桿型號(hào)：CMD2504－－E其額定動(dòng)載荷Q=14462N，所以強(qiáng)度足夠用。方案如下： 圖51 步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)示意圖工作臺(tái)總體結(jié)構(gòu)的確定初步采用（1）、步進(jìn)電機(jī)2個(gè)（X、Y向分別控制）（2）、滾珠絲桿2套，由于所受的力以及行程長(zhǎng)短不一樣，所以要分別選擇計(jì)算（3）、滾動(dòng)導(dǎo)軌：雙導(dǎo)軌、四滑塊（分別為X、Y向，長(zhǎng)短選擇不同）（4）、帶有三條“”槽的工作臺(tái)面?zhèn)鲃?dòng)方案的確定步進(jìn)電機(jī)→（是否需要齒輪減速裝置？減速比取多少？）→滾珠絲桿→工作臺(tái)X、Y方向滿足： 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：工作臺(tái)重量： W=800N時(shí)間常數(shù)： T=25ms滾珠絲桿基本導(dǎo)程： L0=6mm行程： S=320mm脈沖當(dāng)量： 步進(jìn)角： 快速進(jìn)給速度： 電機(jī)功率 ： N=(1)、切削力計(jì)算 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，切削功率查機(jī)床說(shuō)明書(shū)，得電機(jī)功率N=；系統(tǒng)總效率5；系統(tǒng)功率系數(shù)K=。步進(jìn)電機(jī)的起?？刂瓶稍诓竭M(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波 ,可以減小步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角,提高電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。并且在速度較高時(shí),由于受到掃描周期的影響 ,相應(yīng)的控制精度就降低了。用軟件來(lái)產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)的環(huán)型脈沖信號(hào),并用 PLC中的定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生速度脈沖信號(hào),這樣就可以省掉專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,降低硬件成本。在某一高速下的正、 反向切換實(shí)質(zhì)包含了降速 →換向 →加速3個(gè)過(guò)程。換向信號(hào)一定要在前一個(gè)方向的最后一個(gè)脈沖結(jié)束后以及下一個(gè)方向的第1個(gè)脈沖前發(fā)出。要從一個(gè)速度準(zhǔn)確達(dá)到另外一個(gè)速度,就要建立一個(gè)校驗(yàn)機(jī)制,以防超過(guò)或未達(dá)到所需速度。在此過(guò)程中要處理好2個(gè)問(wèn)題:(1)速度轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)盡量短。速度從 v1～v2 變化,如果是線性增加,則按給定的斜率加減速。 加速時(shí),使脈沖頻率增高,減速時(shí)則相反。在一般的應(yīng)用中,經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐和反復(fù)驗(yàn)證,頻率如按直線上升 圖42 頻率曲線或下降,控制效果就可以滿足常規(guī)的應(yīng)用要求。(2)未知突跳頻率,則按段擬合至給定的起動(dòng)頻率,每段頻率的遞增量(后稱階梯頻率)Δf = f/8,即采用8段擬合。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)起動(dòng)段的處理可采用按直線擬合的方法,即階梯加速法。步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率(突跳頻率)一般為 0. 1 kHz 到 3～4 kHz ,而最高運(yùn)行頻率則可以達(dá)到 N 100kHz ,以超過(guò)最高起動(dòng)頻率的頻率直接起動(dòng) ,會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和丟步的現(xiàn)象。加速過(guò)程由突跳頻率加加速曲線組成(減速過(guò)程反之) 。步進(jìn)電機(jī)能響應(yīng)而不失步的最高步進(jìn)頻率稱為 “啟動(dòng)頻率”,與此類似，“停止頻率” 是指系統(tǒng)控制信號(hào)突然關(guān)斷,步進(jìn)電機(jī)不沖過(guò)目標(biāo)位置的最高步進(jìn)頻率。選定的曲線比較符合步進(jìn)電機(jī)升降過(guò)程的運(yùn)行規(guī)律,能充分利用步進(jìn)電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩,快速響應(yīng)性好,縮短了升降速的時(shí)間,并可防止失步和過(guò)沖現(xiàn)象。所以步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí),必須有加速過(guò)程,在停止時(shí)必須有減速過(guò)程。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí),為了防止因慣性而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑,則需采用合適的鎖定波形,產(chǎn)生鎖定磁力矩,鎖定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸,使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)由于其電氣特性,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感,即振動(dòng)感。本系統(tǒng)采用的