【正文】 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) 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)備說明書 [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 [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, . 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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)。 通過設(shè)定不同延時(shí)計(jì)時(shí)器的數(shù)值，來改變步進(jìn)電機(jī)的工作頻率。 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。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。設(shè)計(jì)了一個(gè)功率 放大電路，并且說明了本次設(shè)計(jì)的硬件接線方法。 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)。通過細(xì)分設(shè)定來確定步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)。 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)。按 A— AC— C— CB— B— BA— A?依次導(dǎo)通、斷開時(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。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)。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。對(duì) PLC 提出兩個(gè)特性要求。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，因此繞組中無電流流過；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。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。在圖中三極管 T1 起開關(guān)作用。 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。相數(shù)是三相、步距角 。 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。 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。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。 PLC 的輸入與輸出最好分開走線 ， 開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。 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。一是變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過程中產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾 ，引起電網(wǎng)電壓畸變 ， 影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量 ； 二是變頻器的輸出會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾 ， 影響周邊設(shè)備的正常工作。主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生 ， 如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響 ， 模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。正確的接地 ， 既能抑制電磁干擾的影響 ， 又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò) 誤的接地 ， 反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào) ， 使 PLC 系統(tǒng)將無法正常工作。控制柜內(nèi)的高壓電器 ， 大的電感性負(fù)載 ， 混亂的布線都容易對(duì) PLC 造成一定程度的干擾。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化 ， 刀開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備啟停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等 ， 都通過輸電線路傳到電源原邊。 1） 強(qiáng)電干擾。普通的整流濾波電源 ， 由于紋波的影響 ， 容易使 PLC 接收到錯(cuò)誤信息。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境中 ， 可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的隔離變壓器 ， 以減少設(shè)備與地之間的干擾。對(duì)于空氣中有較多 粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境 ， 可將 PLC 安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動(dòng)時(shí) ， 必須采取減震措施 ， 如采用減震膠等。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 2） 濕度：為了保證 PLC 的絕緣性能 ， 空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于 85%( 無露珠 ) 。 10） 遠(yuǎn)程維護(hù) ： 遠(yuǎn)處的編程 軟件 可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測(cè)、上載或卸載程序和數(shù)據(jù) 11） 密碼保護(hù) ： 使用 一個(gè)八位數(shù)字密碼保護(hù)您的程序。 8） 在線程序編輯 ： 在線改變程序不會(huì)損失工作時(shí)間或停止生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。 61） 輸入濾波器調(diào)節(jié)功能 ： 可以用輸入濾波器平整輸入信號(hào)（在基本單元中x000 到 x017）。小時(shí)表功能對(duì)過程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價(jià)值的信息。時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能 在所有的 FX2NPLC中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。 4） 其它功能 ： 內(nèi)置式 24V 直流電源 24V、 400mA 直流電源可用于外圍設(shè)備，如傳感器或其它元件。對(duì)每一個(gè) FX2n 主單元可配置總計(jì)達(dá)8 個(gè)特殊功能模塊。 開發(fā)了 各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要 模擬 I/O，高速計(jì)數(shù)器。由于 FX2n 系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。闡述了步進(jìn)電機(jī)的控制原理，以及 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的方法。 對(duì)輸入電機(jī)的相關(guān)脈沖控制 ， 從而達(dá)到對(duì)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)。其目的是使脈沖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。對(duì) PLC 提出兩個(gè)特性要求。 圖 36 硬硬結(jié)構(gòu)控制 圖 37 軟軟結(jié)構(gòu)控制 圖 38 軟硬結(jié)構(gòu)控制 三菱 PLC 控制步進(jìn)電機(jī) 由以上步進(jìn)電機(jī)的工作原理以及工作方式我們可以看出： 控制步進(jìn)電機(jī)最重要的就是要產(chǎn)生出符合要求的控制脈沖。在PLC 中，由軟件代替了脈沖生成器和脈沖分配器，直接對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行并行控制，并且由 PLC 輸出端口直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。硬件脈沖分配器是通過脈沖分配器芯片 (如 8713 芯片 )來實(shí)現(xiàn)通電換相控制的。這種控制驅(qū)動(dòng)方法電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，但是占用 CPU 時(shí)間多，給微處理器運(yùn)行其他工作造成困難。 2． 軟 —— 軟結(jié)構(gòu) 如圖 所示，這種步進(jìn)電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由軟件程序脈沖生成器、軟件程序脈沖分配器、驅(qū)動(dòng)器組成，而軟件脈沖 生成器和脈沖分配器都有微處理器或微控制器通過編程實(shí)現(xiàn)。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 1． 硬 —— 硬結(jié)構(gòu) 如圖 所示，這種步進(jìn)電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由硬件電路脈沖生成器、硬件電路脈沖分配器、驅(qū)動(dòng)器組成。步進(jìn)電機(jī)的機(jī)理是基于最基本的電磁鐵作用，可簡(jiǎn)單地定義為，根據(jù)輸人的脈沖信號(hào)，每改變一次勵(lì)磁狀態(tài)就前進(jìn)一定角度或長(zhǎng)度，若不改變勵(lì)磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電動(dòng)機(jī) :從廣義上講，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種受電脈沖信號(hào)控制的無刷式直流電機(jī)，也可看作是在一定頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率同步的同步電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比 ， 其轉(zhuǎn)速與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù) (即脈沖頻率 )成正比 ， 其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的脈沖順序有關(guān)。在經(jīng)歷了一個(gè)大的發(fā)展階段后，日前其發(fā)展趨向平緩。例如：本設(shè)計(jì)采用 三菱FX2n32MT PLC 控制三相步進(jìn)電機(jī)的過程。 可根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作方式，以及所要求的頻率（步進(jìn)電機(jī)的速度），畫出 A、