【正文】 于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。 2）由步進電動機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價又非?？煽俊? 步進電機的特點 步進電機的特點如下： 1）電動機輸出軸的角位移與輸入脈沖數(shù)成正比；轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比；轉(zhuǎn)向與通電相序有關(guān)。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 14 第三章 步進電機 步進電機是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。 PLC 直接控制步進電機系統(tǒng)由 PLC 和步進電機組成， PLC 具有實時刷新技術(shù)，輸出信號的頻率可以達到數(shù)千赫茲或更高，使得脈沖分配能有很高的分配速度，充分利用步進電機的速度響應(yīng)能力，提高整個系統(tǒng)的快速性。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與單位時間內(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電機的各相繞組的相序有關(guān)。 用 PLC 對步進電機也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，現(xiàn)對步進電機的控制。而就這兩種電動機而言，五相電動機的驅(qū)動電路比三相電動機復(fù)雜，因此三相電動機系統(tǒng)的性能價格比要比五相電動機更好一些。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器，減速齒輪等和電動機本體綜合設(shè)計在一起，這樣使其能方便地組成一個閉環(huán)系統(tǒng)，因而具有更加優(yōu)越的控制性。隨著電動機本身應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬以及各類整機的不斷小型化，要求與之配套的電動機也必須越來越小。 附：見圖 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 12 圖 21 S7200CPU224PLC 的結(jié)構(gòu)圖 PLC 技術(shù)在步進電機控制中的應(yīng)用 隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進的發(fā)展，其功能已遠遠超出了邏輯控制、順序控制的范圍。 性能簡介及特點 S7200 PLC 是德國西門子公司生產(chǎn)的一種超小型系列可編程器，它能夠滿足多種自動化控制的需求，其設(shè)計緊湊，價格低廉，并且具有良好的可擴展性以及強大的指令功能，可代替繼電器用于簡單控制場合，也可用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。整個過程掃描執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。 PLC 在每次掃描工作過程中除了執(zhí)行用戶程序外，還要完成內(nèi)部處理、通信服務(wù)等工作。 (4) 當(dāng)電源斷電又恢復(fù)后，如果方式選擇開關(guān)在 TERM 或 STOP 狀態(tài)下，CPU 自動進入 STOP 方式；如果方式選擇開關(guān)在 RUN 狀態(tài)下，則 CPU 自動進入RUN 方式。 (2) STOP 方式：在 STOP 方式下，不能運行用戶程序，可以向 CPU 裝載用戶程序或進行 CPU 設(shè)置。 工作方式 S7200 有 3 種工作方式： RUN(運行 ) 、 STOP(停止 ) 、 TERM(terminal ,終端 ) 工作方式，可通過安裝在 PLC 上的方式選擇開關(guān)進行切換。 PLC 的選擇 選擇西門子 S7200 CPU224 的 PLC。 單段流水線中的各段脈沖串可以采用不同的時間基準(zhǔn)，但有可能造脈沖串之間的不平穩(wěn)過渡。流水線分為兩種：單段流水線和多段流水線。這樣就保證了輸出脈沖串 的連續(xù)性。 脈沖計數(shù)范圍從 1 至 4,294,967,295，為 32 位無符號數(shù)，如設(shè)定脈沖計數(shù)為 0，則系統(tǒng)默認脈沖計數(shù)值為 1。注意： 如果周期 2 個時間單位，則周期的默認值為 2 個時間單位?？稍诿}沖串完成時起動中斷程序，若使用多段操作，則在包絡(luò)表完成時起動中斷程序。 PTO 的使用 PTO 是可以指定脈沖數(shù)和周期的占空比為 50%的高速脈沖串的輸出。程序運行時，根據(jù)運行狀態(tài)使某些位自動置位。向控制字節(jié)（ 或 ）的 PTO/PWM 允許位寫入零，然后執(zhí)行 PLS 指令，將禁止 PTO 或 PWM 波形的生成。s； 1： 1ms PWM 更新方法 0 ：異步更新； 1：同步更新 PTO 操作 0 ：單段操作； 1：多段操作 PTO/PWM 模式選擇 0 ：選擇 PTO 1 ： 選擇 PWM PTO/PWM 允許 0：禁止； 1 ：允許 和 對 PTO/PWM 輸出的周期值 說明 SMW68 SMW78 PTO/PWM 周期時間值（范圍： 2 至 65 535） 和 對 PTO/PWM 輸出的脈寬值 說明 SMW70 SMW80 PWM 脈沖寬度值（范圍： 0 至 65 535） 和 對 PTO 脈沖輸出的計數(shù)值 說明 SMD72 SMD82 PTO 脈沖計數(shù)值（范圍： 1 至 4 294 967 295） 和 對 PTO 脈沖輸出的多段操作 說明 SMB166 SMB176 段號（僅用于多段 PTO 操作），多段流水線 PTO 運行中的段的編號 SMW168 SMW178 包絡(luò)表起始位置，用距離 V0 的字節(jié)偏移量表示（僅用于多段 PTO 操作） 和 的狀態(tài)位 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 9 說明 PTO 包絡(luò)由于增量計算錯誤異常終止 0 ：無錯； 1 ： 異常終止 PTO 包絡(luò)由于用戶命令異常終止 0 ： 無 錯； 1 ：異常終止 PTO 流水線溢出 0 ：無溢出； 1 ： 溢出 PTO 空閑 0 ：運行中； 1 ： PTO 空閑 通過修改脈沖輸出（ 或 ）的特殊存儲器 SM 區(qū)（包括控制字節(jié)），既更改 PTO 或 PWM 的輸出波形，然后再執(zhí)行 PLS 指令。執(zhí)行 PLS 指令時， S7200 讀這些特殊存LAD STL 操作數(shù)及數(shù)據(jù)類型 PLS Q Q：常量（ 0 或 1） 數(shù)據(jù)類型 字 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 8 儲器位（ SM），然后執(zhí)行特殊存儲器位定義的脈沖操作，即對相應(yīng)的 PTO/PWM發(fā)生器進行編程。 表 21 脈沖輸出（ PLS）指令格式 用于脈沖輸出（ 或 ）的特殊存儲器 （ 1）控制字節(jié)和參數(shù)的特殊存儲器 每個 PTO/PWM 發(fā)生器都有：一個控制字節(jié)（ 8 位）、一個脈沖計數(shù)值（無符號的 32 位數(shù)值）和一個周期時間和脈寬值（無符號的 16 位數(shù)值 ）。 高速脈沖輸出功能 脈沖輸出（ PLS）指令功能為：使能有效時，檢查用于脈沖輸出（ 或 ）的特殊存儲器位（ SM），然后執(zhí)行特殊存儲器位定義的脈沖操作。當(dāng) PLC 與 PLC 相連時，可組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更大規(guī)?？刂?。 PLC 與打印機相連可將過程信息，系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。智能型編程器又稱圖形 編程器，它既可聯(lián)機編程，又可脫機編程，具有圖形顯示功能，可直接輸入梯形圖和通過屏幕對話，但價格較貴。 編程器有簡易型和智能型兩類。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 7 外部設(shè)備 外部設(shè)備包括編程器、盒式磁帶機、打印機、 EPROM 寫入器、圖形監(jiān)控系統(tǒng)等。 I/O 擴展機 每種 PLC 都有與主機相配的擴展模塊，用來擴展輸入、輸出 點數(shù)，以便根據(jù)控制要求靈活組合系統(tǒng)。電源組件內(nèi)還裝有備用鋰電池，以保證在斷電時保存必要的信息。 電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的裝置，它向 PLC 提供所需要的直流電源。 輸入輸出（ I／ O）單元是 PLC 與輸入控制信號和被控制設(shè)備連接起來的部件，輸入單元接收從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點和傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成 CPU 能接收和處理的數(shù)字 信號。這些程序與用戶無直接關(guān)系，已由廠家直接固化進EPROM 中，不能由用戶直接存取、修改。 PLC 的存儲器有兩種：系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。它能夠識別用戶按特定格式輸入的指令，并按照指令完成預(yù)定的控制任務(wù)。它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機相似，主要由主機、 I/O 擴展機、外圍設(shè)備三部分組成， 主機 主機由 CPU（微處理器）、存儲器、輸入／輸出單元、電源等部分組成。由于體積小， PLC 很容易裝入機械設(shè)備內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想的控 制設(shè)備。用更換模塊的方法可以迅速地排除 PLC 的故障。 維修工作量小，維修方便 PLC 的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示功能。 系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少 PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。 PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。組成系統(tǒng)后，如果工藝變化，可以通過修改用 戶程序，方便快速地適應(yīng)變化。 PLC 的安裝接線也很方便。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 5 硬件配套齊全，用戶使用方便 PLC 配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶不必自己設(shè)計和制作硬件裝置。而且某些僅有開關(guān)量邏輯控制功能的 PLC 只有十幾條指令。 PLC 的特點 編程方法簡單易學(xué) 考慮到企業(yè)中一般電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人的傳統(tǒng)讀圖習(xí)慣和應(yīng)用微機的實際水平， PLC 配備有他們最容易接受和掌握的梯形圖語言。 根據(jù)以上設(shè)想和要求， 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制 出世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的汽車生產(chǎn)線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。如果工藝要求發(fā)生變化，控制柜內(nèi)的元件和接線也需要作相應(yīng)的變動，改造的工期長、費用高，通用性和靈活性較差。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 4 第二章 西門子 S7200 PLC PLC 的產(chǎn)生 傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價格便宜等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。 論文的主要研究工作 掌握步進電機的原理及其驅(qū)動方法，掌握西門子 S7200 PLC 的原理與程序設(shè)計方法。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。最初是在引 進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。但隨著應(yīng)用需求及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品技術(shù)性能的提升（如步進驅(qū)動的脈沖響應(yīng)頻率及精度， HMI 及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的通訊功能）， PLC將繼續(xù)得已完善和發(fā)展。目前，可編程控制器在機械制造、石油 化工、冶金、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。 上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40％。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段， 計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。此時的 PLC 為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加 了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。 S7200PLC 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 限于當(dāng)時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。 PLC 對步進電機也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，即可實現(xiàn)對步進電機的控制。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機繞組通電的相序，便可控制步進電機的輸出位移量、速度和方向。 步進電機是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。 2）存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。當(dāng) PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。 PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同 : 1）中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。產(chǎn)生和發(fā)展過程現(xiàn)代社會要求生產(chǎn)廠家對市場的需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴充其功能的原則設(shè)計的。 關(guān)鍵詞： S7200 PLC、兩相混合式步進電機、 PLC 編程 基于 PLC 的步進電機的控制 ii Control of stepping motor based on PLC A