【正文】 信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。可根據(jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程 I/O機(jī)架等。PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般 PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果 PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)—無模壓力成形機(jī)電機(jī) PLC 控制26用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 PLC的存儲(chǔ)器容量，按 256個(gè) I/O點(diǎn)至少選 8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。a．控制單元的冗余（1）重要的過程單元：CPU（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng) 1B1冗余。（2）在需要時(shí)也可選用 PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2 重化或 3重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等。b． I/O 接口單元的冗余（1）控制回路的多點(diǎn) I/O卡應(yīng)冗余配置。（2）重要檢測點(diǎn)的多點(diǎn) I/O卡可冗余配置。3）根據(jù)需要對(duì)重要的 I/O信號(hào)，可選用 2重化或 3重化的 I/O接口單元。選擇 PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì) CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影 畢業(yè)設(shè)計(jì)—無模壓力成形機(jī)電機(jī) PLC 控制27響，在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。 無模多點(diǎn)成形壓力機(jī) PLC 選擇及參數(shù) 綜合上述原則本無模多點(diǎn)成形壓力機(jī)所選用主機(jī)為臺(tái)達(dá)的 DVP32ES01T32：工作電源：24VDC輸入點(diǎn)數(shù)：16輸出點(diǎn)數(shù)：16輸入信號(hào)類型：直流或開關(guān)量輸入電流：24VDC 5mA模擬輸入：10V～10V（20mA～+20mA ） 畢業(yè)設(shè)計(jì)—無模壓力成形機(jī)電機(jī) PLC 控制28輸出晶體管允許電流 （）輸出電壓規(guī)格：30VDC最大負(fù)載：9W輸出反應(yīng)時(shí)間：Off →On 20μs On→Off 30μs基本指令執(zhí)行時(shí)間：數(shù)個(gè) μs程序語言：指令+梯形圖+SFC程序容量：3792STEPS基本順序指令：32 個(gè)（含步進(jìn)梯形指令）應(yīng)用指令：100 種初始步進(jìn)點(diǎn)：S0～S9一般步進(jìn)點(diǎn)：118 點(diǎn)，S10～S127 畢業(yè)設(shè)計(jì)—無模壓力成形機(jī)電機(jī) PLC 控制29輔助繼電器：一般用 512+232點(diǎn)（M000～M511+M768～M999）停電保持用 256點(diǎn)（M512～M767）特殊用 280點(diǎn)（M1000～M1279）定時(shí)器：100ms 時(shí)基 64點(diǎn)（T0～T63）10ms時(shí)基 63點(diǎn)（T64～T126，M1028 為 ON時(shí)）1ms時(shí)基 1點(diǎn)（T127）計(jì)數(shù)器：一般用 112點(diǎn)（C000～C111，16 位計(jì)數(shù)器）停電保持用 16點(diǎn)（C112～C127，16 位計(jì)數(shù)器）高速用 13點(diǎn) 1相 5kHz，2 相 2kHz（C235～C254，全部為停電保持 32位計(jì)數(shù)器）數(shù)據(jù)寄存器：一般用 408點(diǎn)（D000～D407）停電保持用 192點(diǎn)（D408～D599） 畢業(yè)設(shè)計(jì)—無模壓力成形機(jī)電機(jī) PLC 控制30特殊用 144點(diǎn)（D1000～D1143）指針/中斷：P64 點(diǎn)；I4 點(diǎn)（P0～P63/I00I10I20I301）串聯(lián)通信口：程序?qū)懭?讀出通訊口：RS232一般功能通訊口：RS485主機(jī)電源 220V AC 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理及選取 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng), 這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器, 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào),加以放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比，控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，可以對(duì)電機(jī)精確定位。 畢業(yè)設(shè)計(jì)—無模壓力成形機(jī)電機(jī) PLC 控制31典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由三部分組成： 1. 步進(jìn)控制器，由 PLC 實(shí)現(xiàn)。2．驅(qū)動(dòng)器，把 PLC 輸出的脈沖加以放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。3．步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)的電樞通斷和各相通電順序決定了輸出角位移和運(yùn)動(dòng)方向，控制脈沖分配頻率可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。因此。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)一般采用開環(huán)控制方式。1）環(huán)形分配器步進(jìn)電機(jī)在一個(gè)脈沖的作用下，轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步距角，因此只要控制一定的脈沖數(shù)，即可精確控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的相應(yīng)的角度。但步進(jìn)電機(jī)的各繞組必須按一定的順序通電才能正確工作，這種使用電機(jī)繞組的通斷電順序按輸入脈沖的控制而循環(huán)變化的過程稱為環(huán)形分配。實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配的方法有兩種。一種是計(jì)算機(jī)軟件分配，采用查表或計(jì)算的方向使計(jì)算機(jī)的三個(gè)輸出引腳依次輸出滿足速度和方向要求的環(huán)形分配脈沖信號(hào)。這種方法能充分利用計(jì)算機(jī)軟件資源，減少硬件成本，尤其是多相電機(jī)的脈沖分配更能顯示出這種分配方法的優(yōu)點(diǎn)。但由于軟件運(yùn)行會(huì)占用計(jì)算機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，因而會(huì)使插補(bǔ)運(yùn)算的總時(shí)間增加，從而影響步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。 畢業(yè)設(shè)計(jì)—無模壓力成形機(jī)電機(jī) PLC 控制32另一種是硬件環(huán)形分配，采用數(shù)字電路搭建或?qū)Ｓ玫沫h(huán)形分配器件將連續(xù)的脈沖信號(hào)經(jīng)電路處理后輸出環(huán)形脈沖。采用數(shù)字電路搭建的環(huán)形分配器通常由分立元件（如觸發(fā)器，邏輯門等）構(gòu)成，特點(diǎn)是體積大，成本高，可靠性差。專用的環(huán)形分配器目前市面上有很多種，如 CMOS 電路 CH250 即為三相步進(jìn)電機(jī)的專用環(huán)形分配，它的引腳功能及三相六拍線路圖如圖 21d 所示。這種分配方法的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，接口簡單。（a ）引腳功能圖 （b）三相六拍線路圖圖 21d 環(huán)形分配器 CH250 引腳圖2）功率驅(qū)動(dòng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)—無模壓力成形機(jī)電機(jī) PLC 控制33要使步進(jìn)電機(jī)能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，必須為步進(jìn)電機(jī)提供足夠功率的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)這一功能的電路稱為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上是一個(gè)功率開關(guān)電路，其功能是將環(huán)形分配的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，得到步進(jìn)電機(jī)控制繞組所需要的脈沖電流及所需要的脈沖波形。步機(jī)的工作特性在很大的程度上取決于功率驅(qū)動(dòng)器的性能，對(duì)每一相繞組來說，理想的功率驅(qū)動(dòng)器應(yīng)使通過繞組的電流脈沖盡量接近矩形波。但由于步進(jìn)電機(jī)繞組有很大的電感，要做到這一點(diǎn)是有困難的。常見的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路有三種：1）單電源驅(qū)動(dòng)電路。這種電路采用單一電源供電，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但電流波形差，效率低，輸出力矩小，主要用于對(duì)速度要求不高的小型步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。圖 21e 所示為步進(jìn)電機(jī)的一相繞組驅(qū)動(dòng)電路（每相繞組的電路相同） 。圖 21e 單電源驅(qū)動(dòng)電路 畢業(yè)設(shè)計(jì)—無模壓力成形機(jī)電機(jī) PLC 控制34 當(dāng)環(huán)形分配器的脈沖輸入信號(hào) uU 為低電平（邏輯 0，約 1V）時(shí)，雖然V1， V2 管都導(dǎo)通，但只要適當(dāng)選擇 R1，R3，R5 的阻值，使 Ub30（約為1），那么 V3 管就處于截止?fàn)顟B(tài)，該相繞組斷電。當(dāng)輸入信號(hào) uU0（約為），V3 管飽和導(dǎo)通，該相繞組通電。 2）雙電源驅(qū)動(dòng)電路。雙電源驅(qū)動(dòng)電路又稱高，低壓驅(qū)動(dòng)電路，采用高壓和低壓兩個(gè)電源供電，如圖 21f 所示。在步進(jìn)電機(jī)繞組剛接通時(shí)，通過高壓電源供電，以加快電流上升速度；延遲一段時(shí)間后，切換到低壓電源供電。這種電路使用電流波形，輸出轉(zhuǎn)矩及運(yùn)行頻率等都有較大的改善。圖 21f 高低壓驅(qū)動(dòng)電路 畢業(yè)設(shè)計(jì)—無模壓力成形機(jī)電機(jī) PLC 控制35 當(dāng)環(huán)形分配器的脈沖輸入信號(hào) uU 為高電平時(shí)（要求該相繞組通電），二極管 Vg，Vd 的基極都有信號(hào)電壓輸入，使 Vg，Vd 均導(dǎo)通。于是在高壓電源作用下（這時(shí)二極管 VD1 兩端承受的是反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)，可使低壓電源不對(duì)繞組作用），繞組電流迅速上升，電流前沿很陡。當(dāng)電流達(dá)到或稍微超過額定穩(wěn)態(tài)電流時(shí)，利用定時(shí)電路或電流檢測器等措施切斷 Vg 基極上的信號(hào)電壓，于是 Vg 截止，但此時(shí) Vd 仍然是導(dǎo)通的，因此繞組電流即轉(zhuǎn)而由低壓電源經(jīng)過二極管 VD1 供給。當(dāng)環(huán)形分配器輸出端的電壓 uU 為低電平時(shí)（要求繞組斷電），Vd 基極上的信號(hào)電壓消失，于是 Vd 截止，繞組中的電流經(jīng)二極管 VD2 及電阻 Rf2 向高壓電源供電，電流迅速下降。采用這種高，低壓切換型電源，電機(jī)繞組上不需要串聯(lián)電阻或者需要串聯(lián)一個(gè)很小的電阻 Rf1（為平衡各相電流），因此電源的功耗較小。由于這種供壓方式使電流波形得到很大的改善，因而步進(jìn)惦記的矩頻特性好，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率得到很大的提高。3）斬波限流驅(qū)動(dòng)電路。這種電路采用單一高壓電源供電，以加快電流上升速度，并通過對(duì)繞組電流的檢測，控制功放管的開和關(guān)，使電流在控制脈沖持續(xù)期間始終保持在規(guī)定值上下，其波形圖如圖 21g 所示。這種電路功率大，功耗小，效率高，目前應(yīng)用最廣。21g 斬波限流驅(qū)動(dòng)電路波形圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)—無模壓力成形機(jī)電機(jī) PLC 控制36圖 21h 所示為一種斬波限流驅(qū)動(dòng)電路原理圖，其工作原理如下：當(dāng)環(huán)形分配器的脈沖輸入高電平（要求該相繞組通電）加載到光電耦合器 OT 的輸入端時(shí)，晶體管 V1 導(dǎo)通，并使 V2 和 V3 也導(dǎo)通。V2 導(dǎo)通瞬間，脈沖變壓器 T 在其二次線圈中感應(yīng)出一個(gè)正脈沖，使大功率晶體管 V4 也通。同時(shí)由于 V3 的導(dǎo)通，大功率晶體管 V5 也導(dǎo)通。于是繞組 W 中有電流流過，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。由于 W 是感性負(fù)載，其中的電流在導(dǎo)通后逐漸增加，當(dāng)增加到一定值時(shí)，在檢測電阻 R10 上產(chǎn)生的壓降將超過由分壓電阻 R7 和電阻 R8 所設(shè)定的電壓值Uref，使比較器 OP 翻轉(zhuǎn)，輸出低電平使 V2 截止。V2 被截止瞬時(shí)，又通過 T將一個(gè)負(fù)脈沖交連到二次線圈，使 V4 截止。于是電源通路被切斷， W 中儲(chǔ)存的能量通過 V5，R10 及二極管 VD7 釋放，電流逐漸減小。當(dāng)電流減小到一定值后，在 R10 上的壓降又低于 Uref，使 OP 輸出高電平，V2，V4 及 W 重新導(dǎo)通。在控制脈沖持續(xù)期間，上述過程不斷重復(fù)。當(dāng)輸入低電平時(shí)，V1~V5 等相繼截止，W 中的能量則通過 VD6，電源，地和 VD7 釋放。該電路限流值可達(dá) 6A 左右，改變電阻 R10 或 R8 的值，可改變限流值的大小。 畢業(yè)設(shè)計(jì)—無模壓力成形機(jī)電機(jī) PLC 控制37圖 21h 斬波限流驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取方法。最簡單的方法是在負(fù)載軸上加一杠桿，用彈簧秤拉動(dòng)杠桿，拉力乘以力臂長度既是負(fù)載力矩?；蛘吒鶕?jù)負(fù)載特性從理論上計(jì)算出來。由于步進(jìn)電機(jī)是控制類電機(jī)，所以目前常用步進(jìn)電機(jī)的最大力矩不超過 45Nm，力矩越大，成本越高，如果您所選擇的電機(jī)力矩較大或超過此范圍，可以考慮加配減速裝置。 。轉(zhuǎn)速指標(biāo)在步進(jìn)電機(jī)的選取時(shí)至關(guān)重要，步進(jìn)電機(jī)的特性是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，扭矩下降，其下降的快慢和很多參數(shù)有關(guān)，如:驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓、電機(jī)的相電流、電機(jī)的相電感、電機(jī)大小等等，一般的規(guī)律是：驅(qū)動(dòng)電壓越高，力矩下降越慢；電機(jī)的相電流越大，力矩下降越慢。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)使電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在 1500 轉(zhuǎn)/ 分或 1000 轉(zhuǎn)/分，當(dāng)然這樣說很不規(guī)范，可以參考〈矩頻特性〉。，再參考〈矩頻特性〉，就可以選擇出適合自己的步進(jìn)電機(jī)。如果您認(rèn)為自己選出的電機(jī)太大，可以考慮加配減速裝置，這樣可以節(jié)約成本，也可以使您的設(shè)計(jì)更靈活。要選擇好合適的減速比，要綜合考慮力矩和速度的關(guān)系，選擇出最佳方案。