[優(yōu)秀畢業(yè)論文]實(shí)現(xiàn)PLC控制步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)

畢業(yè)論文實(shí)現(xiàn)PLC控制步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)系 （部） 電氣工程系 專 業(yè) 機(jī)電一體化 班 級(jí) 機(jī)電3082班 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和各電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家用提高設(shè)備的抗干擾能力，另一方面要求工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)迅速地發(fā)展并成熟起來。從發(fā)展趨向來講、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)能與直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)，以及同步電動(dòng)機(jī)并列，從而成為電動(dòng)機(jī)的一種基本類型。用PLC控制步進(jìn)電機(jī)越來越流行了，這將是大勢(shì)所趨的事情。關(guān)鍵字：PLC、控制系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)、應(yīng)用、電動(dòng)機(jī)【Abstract】: With the development of science and technology, PLC control in the industry wider and wider application. PLC control system reliability directly affects the safety of industrial enterprises and economic operation, the system of anti-interference ability is related to the reliable operation of the system key. Automated systems used in all types of PLC, some are installed in the control room concentrate, some installed in production sites and electrical equipment, they are mostly in strong and strong electrical equipment circuit is formed by heavy electromagnetic environment. PLC control system to improve reliability, while requests to use PLC manufacturers improve equipment in the anti-jamming capability, on the other hand to require design, installation and construction and use of maintenance of attach great importance to multi-Peihecaineng, effectively enhance the system anti-interference performance. Stepper motor is able to convert digital input pulse incremental rotary or linear motion electromagnetic actuator. Each input of a pulse motor shaft of a step angle stepping increment. Motor back to the corner and enter the total number of pulses proportional to the corresponding speed depends on the input pulse frequency. Stepper motor is a key component in mechatronic product, one is often used as a positioning control and constant speed control. Stepper motor quickly develop and mature. From the development trend of speaking, the stepper motor has been with DC motor, induction motor, and the parallel synchronous motor, making it one of the basic types of motors. PLC controlled stepper motor with more and more popular, it will be the general trend of things. 【Key words】: PLC，control System，stepping Motor，application，electric motor目錄摘要第1章 PLC控制系統(tǒng)硬件原理及選取11.1 PLC簡(jiǎn)介11.2 PLC內(nèi)部原理21.3 PLC的工作原理41.4 PLC機(jī)型的選擇方法7第2章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理及選取92.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理92.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取方法132.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取14第3章步進(jìn)電機(jī)概述203.1步進(jìn)電機(jī)的分類203.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理202.2.1結(jié)構(gòu)及基本原理202.2.2兩相電機(jī)的步進(jìn)順序213.3 步進(jìn)電機(jī)的工作特點(diǎn)24第4章 接近開關(guān)254.1 工作原理254.2接近開關(guān)的工作流程26第5章PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理275.1 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)275.2 PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理295.3 功率放大電路315.4軟件設(shè)計(jì)31結(jié) 束 語36參 考 文 獻(xiàn)38第1章 PLC控制系統(tǒng)硬件原理及選取1.1 PLC簡(jiǎn)介自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長(zhǎng)率保持為20%30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。但是，在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家PLC的增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。1.2 PLC內(nèi)部原理PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一至。如圖1-1a PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖所示：編程器中央處理單元（CPU）輸入電路輸出電路系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)用戶程序存儲(chǔ)區(qū)電源1-1a PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖（1）中央處理單元（CPU）：中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)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)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行為止。（2）存儲(chǔ)器：與微型計(jì)算機(jī)一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構(gòu)成一臺(tái)完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分: 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。PLC存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型 PLC的CPU的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理， 其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備（例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）存儲(chǔ)區(qū)。I/O映象區(qū)：由于PLC投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要有一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元（RAM）以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲(chǔ)單元稱作I/O映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit）, 一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16個(gè)bit)。因此，整個(gè)I/O映象區(qū)可看作由開關(guān)量的I/O映象區(qū)和模擬量的I/O映象區(qū)兩部分組成。系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū)：除了I/O映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在PLC斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電子供電。使這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng)PLC停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。用戶程序存儲(chǔ)區(qū) ：用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC其存儲(chǔ)容量各不相同，一般來說，隨著PLC機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。不過對(duì)于新型的PLC，其存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶的需要而改變。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。（3）PLC電源：PLC電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無論是小型的PLC，還是中、大型的PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對(duì)PLC內(nèi)部的所有器件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動(dòng)在正負(fù)10%（15%）之間，因此可以直接將PLC接入到交流電網(wǎng)上去?？删幊绦蚩刂破饕话闶褂?20V交流電源。可編程序控制器內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測(cè)裝置（如接近開關(guān)）提供24V直流電源。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供?？删幊绦蚩刂破魇菑睦^電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。1.3 PLC的工作原理可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。圖1-1b除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時(shí)完成的。在內(nèi)部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢≧UN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外3個(gè)階段的操作。在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的0/1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU 將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為ON，映像寄存器為“0”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為OFF。掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次圖2.5.1a所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖1-1c所示。第(N-1)個(gè)掃描周期輸出刷新第(N+1)個(gè)掃描周期輸入采樣第N個(gè)掃描周期輸入采樣輸出刷新用戶程序執(zhí)行圖1-1c PLC的掃描運(yùn)行方式（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它們存入I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。所以輸入如果是脈沖信號(hào)，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)?；蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。（3）輸出刷新階段在輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是PLC真正的輸出。（4）輸入/輸出滯后時(shí)間輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。輸入模塊的CPU濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，其典型值為10ms左右。輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十ms，對(duì)于一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的。要求輸入輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。1.4 PLC機(jī)型的選擇方法（1）PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。（2）輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(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(zhǎng)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(chǎng)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?？筛鶕?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。考慮是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。（3）電源的選擇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(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)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(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。（4）存儲(chǔ)器的選擇由于計(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)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。5.冗余功能的選擇a控制單元的冗余a.a重要的過程單元：CPU（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng)1B1冗余。a.b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b.a控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置。b.b重要檢測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置。b.c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。（6）經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇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。第2章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理及選取2.1 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。 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。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2-1a所示。這種分配方法的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，接口簡(jiǎn)單。（a） 引腳功能圖 （b）三相六拍線路圖圖2-1a 環(huán)形分配器CH250引腳圖2）功率驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)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2-1b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）。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Ub3<0（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)uU>0（約為0.7V），V3管飽和導(dǎo)通，該相繞組通電。圖2-1b 單電源驅(qū)動(dòng)電路 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2-1c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2-1c 高低壓驅(qū)動(dòng)電路 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(cè)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(cè)，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2-1d所示。這種電路功率大，功耗小，效率高，目前應(yīng)用最廣。2-1d 斬波限流驅(qū)動(dòng)電路波形圖圖2-1e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(cè)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)，V1V5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。圖2-1e 斬波限流驅(qū)動(dòng)電路2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取方法1.首先確定步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載所需要的扭矩。最簡(jiǎn)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(zhǎng)度既是負(fù)載力矩。或者根據(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。 2.確定步進(jìn)電機(jī)的最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速。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。3.根據(jù)負(fù)載最大力矩和最高轉(zhuǎn)速這兩個(gè)重要指標(biāo)，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。 4.最后還要考慮留有一定的（如30%）力矩余量和轉(zhuǎn)速余量。5.可以先選擇混合式步進(jìn)電機(jī)，如果由于價(jià)格因素，可以選取反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 6.盡量選取細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，且使驅(qū)動(dòng)器工作在細(xì)分狀態(tài)。 7.選取時(shí)且勿走入只看電機(jī)力矩這一個(gè)指標(biāo)的誤區(qū)，也就是說并非電機(jī)的扭矩越大越好，要和速度指標(biāo)一起考慮。 8.超小型驅(qū)動(dòng)器和微型驅(qū)動(dòng)器是靠外殼作為散熱器的，應(yīng)固定在較大、較厚的金屬板上或外加風(fēng)機(jī)散熱，如果沒有散熱條件，而驅(qū)動(dòng)器又工作在轉(zhuǎn)速較低的場(chǎng)合（這時(shí)驅(qū)動(dòng)器發(fā)熱較大）。2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取綜上所述本系統(tǒng)采用的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 SH-20803N技術(shù)特點(diǎn)：全新的雙極恒相流加細(xì)分控制模式 創(chuàng)新的動(dòng)態(tài)尋優(yōu)電路使性能最優(yōu)化 最大64細(xì)分的多種細(xì)分模式可選 提供在線細(xì)分切換功能 24V70V直流供電 最大輸出驅(qū)動(dòng)電流3A/相 輸入信號(hào)TTL兼容且光電隔離 輸出電流可方便設(shè)定 過流、過壓、錯(cuò)相保護(hù) 脫機(jī)保持功能 精巧的外形尺寸便于安裝概述本驅(qū)動(dòng)器在繼承以往驅(qū)動(dòng)器細(xì)分技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入了全新的動(dòng)態(tài)智能電流控制技術(shù)，從而大大改善了電機(jī)電流的控制精度，進(jìn)一步降低了力矩的脈動(dòng)，提高了細(xì)分的精度，并且可以將電機(jī)的損耗降低30%，達(dá)到減小電機(jī)溫升的效果。更寬的電壓電流范圍可以滿足更多的應(yīng)用場(chǎng)合，通過動(dòng)態(tài)智能控制模式可以根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行工況尋得最優(yōu)的控制方式，方便的電流設(shè)定功能方便適配多種型號(hào)電機(jī)。電氣特性（環(huán)境溫度Tj=25時(shí)）使用環(huán)境及參數(shù)電源電壓本驅(qū)動(dòng)器采用直流電源供電，由機(jī)殼正面的紅色指示燈指示。電源電壓在DC24VDC70V之間都可以正常工作，用戶可以直接采用變壓器整流加電容濾波電路提供。但注意應(yīng)使整流后電壓紋波峰值不超過70V?？紤]到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，變壓器副邊空載輸出電壓建議小于50VAC。采用較低的電源電壓會(huì)使電機(jī)高速運(yùn)行力矩下降，但有助于驅(qū)動(dòng)器降低溫升和增加低速時(shí)的運(yùn)行平穩(wěn)性（請(qǐng)參考適配電機(jī)矩頻特性曲線）。所加電源的輸出能力應(yīng)不少于電機(jī)的額定相電流，電源電壓越低則對(duì)電源電流輸出能力的要求越大。接線時(shí)務(wù)必注意電源正負(fù)，切勿反接！電源質(zhì)量的好壞直接影響到驅(qū)動(dòng)器的性能和功能，電源的紋波大小影響細(xì)分的精度，電源共模干擾的抑制能力影響系統(tǒng)的抗干擾性，因此對(duì)于要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，一定要注意提高電源的質(zhì)量。輸出電流選擇本驅(qū)動(dòng)器采用雙極恒流方式，最大輸出電流值為3A/相（峰值），根據(jù)驅(qū)動(dòng)器側(cè)板開關(guān)（4，5，6）的不同組合可以方便的選擇8種電流值，從1.5A到3.1A（詳見電流選擇表），細(xì)分選擇本驅(qū)動(dòng)器有A、B兩種類型，每種類型各提供8種細(xì)分運(yùn)行模式。對(duì)于A型，可提供整步、半步（優(yōu)化半步）、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分、64細(xì)分模式；對(duì)于B型，可提供整步、半步、4細(xì)分、5細(xì)分、8細(xì)分、10細(xì)分、20及40細(xì)分模式。驅(qū)動(dòng)器出廠時(shí)，面板上會(huì)有類型標(biāo)注。8種細(xì)分模式用戶既可通過側(cè)板開關(guān)（1,2,3）方便設(shè)定（詳見細(xì)分模式選擇表）也可以使用端子上提供的MS1，MS2，MS3三個(gè)接口由系統(tǒng)選擇（詳見在線細(xì)分切換）。細(xì)分步數(shù)均相對(duì)整步而言，如驅(qū)動(dòng)整步為1.8度電機(jī)，設(shè)定整步運(yùn)行時(shí)，一個(gè)脈沖使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1.8度，半步時(shí)，一個(gè)脈沖使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)0.9度，4細(xì)分時(shí)一個(gè)脈沖則使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)0.45度在線細(xì)分切換可以通過驅(qū)動(dòng)器面板上的撥碼開關(guān)選擇細(xì)分模式，共有8種模式備選，同樣也可以通過在輸入信號(hào)選擇端子上加對(duì)應(yīng)的電信號(hào)完成同樣的功能，信號(hào)端子和細(xì)分選擇開關(guān)一一對(duì)應(yīng)（例如：MS1對(duì)應(yīng)細(xì)分選擇開關(guān)1），細(xì)分選擇開關(guān)閉合（ON-撥碼開關(guān)置于“0”側(cè)）等效于對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)端子輸入低電位（內(nèi)部光耦導(dǎo)通），當(dāng)開關(guān)設(shè)定和端子的信號(hào)不一致時(shí)，以端子低電平和開關(guān)閉合為優(yōu)先。因此要完全使用輸入信號(hào)端子控制細(xì)分，請(qǐng)將細(xì)分選擇開關(guān)的1，2，3位設(shè)置為全OFF狀態(tài)。為了降低細(xì)分驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制系統(tǒng)輸出高頻率范圍的要求，同時(shí)降低控制的復(fù)雜性，在保證精度的前提下，本驅(qū)動(dòng)器提供了各個(gè)運(yùn)行模式之間的在線自由切換，用戶可以通過控制信號(hào)自由決定所使用的細(xì)分?jǐn)?shù)，并在運(yùn)行中隨時(shí)切換。值得注意的是：若在不停止脈沖輸入的情況下進(jìn)行細(xì)分模式的動(dòng)態(tài)切換，由于細(xì)分的差異，同樣的輸入脈沖頻率會(huì)對(duì)應(yīng)不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此當(dāng)由高細(xì)分切換到低細(xì)分或整步時(shí)，若不相應(yīng)調(diào)整脈沖頻率，就會(huì)使電機(jī)轉(zhuǎn)速突然以倍數(shù)上升，這種狀況可能導(dǎo)致電機(jī)丟步或堵轉(zhuǎn)，所以動(dòng)態(tài)切換細(xì)分時(shí)要注意相應(yīng)的調(diào)整脈沖頻率，以保持切換前后，電機(jī)轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)過渡。對(duì)于靜態(tài)（電機(jī)靜止或轉(zhuǎn)速極低）下的切換就比較簡(jiǎn)單了。脫機(jī)功能脫機(jī)控制端外加低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將切斷電機(jī)各相繞組電流使電機(jī)軸處于自由狀態(tài)，此時(shí)步進(jìn)脈沖將不能被響應(yīng)。此狀態(tài)可有效降低驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的功耗和溫升。當(dāng)不需用此功能時(shí)，脫機(jī)端可懸空。動(dòng)態(tài)尋優(yōu)本驅(qū)動(dòng)器中包含獨(dú)創(chuàng)的動(dòng)態(tài)尋優(yōu)電路，它可以根據(jù)當(dāng)前電機(jī)的工作狀況作出相應(yīng)的調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行效果。要注意的是該電路需要5秒左右的初始化過程，因此在剛上電的幾秒內(nèi)，效果可能不理想，幾秒后就會(huì)恢復(fù)。用戶可以避開這段時(shí)間。錯(cuò)相保護(hù)兩相電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器連接時(shí)，極易接錯(cuò)相，從而嚴(yán)重?fù)p壞驅(qū)動(dòng)器。本驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)了錯(cuò)相保護(hù)電路，用戶接錯(cuò)相時(shí)，驅(qū)動(dòng)器不會(huì)損壞，但電機(jī)運(yùn)行不正常，主要表現(xiàn)在出力極小。遇此情況，應(yīng)檢查電機(jī)接線是否錯(cuò)誤。電機(jī)接線本驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)為配合兩相混合式步進(jìn)電機(jī)使用，所采用的是雙極恒流的控制方式，可以最大限度的利用電機(jī)的鐵磁材料。可以配合4線，6線及8線的電機(jī)使用。對(duì)于8線的電機(jī)在電流允許的前提下，可以接成串聯(lián)或并聯(lián)方式使用。要特別提出注意的是，本驅(qū)動(dòng)器不能配合5線兩相電機(jī)使用！輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入采用可拔插的端子，可以將其取下，接好線后再插上。公共端：本驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)采用共陽極接線方式，應(yīng)將控制信號(hào)的正電源連接到該端子上，信號(hào)輸出線連接到相應(yīng)的信號(hào)端子上，當(dāng)信號(hào)輸入端出現(xiàn)低電平時(shí)相對(duì)應(yīng)的內(nèi)部光耦開通，將信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)器中。脈沖信號(hào)輸入：信號(hào)從高到低的下跳變被驅(qū)動(dòng)器解釋為一個(gè)脈沖，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器將按照相應(yīng)的時(shí)序驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行一步。脈沖低電平的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于300ns。本驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)最高響應(yīng)頻率為2MHz，過高的輸入頻率將可能得不到正確響應(yīng)。 方向信號(hào)輸入：該端的高電平和低電平被解釋為電機(jī)運(yùn)行的兩個(gè)方向，信號(hào)的改變將使電機(jī)運(yùn)行的方向發(fā)生變化。該端的懸空被等效認(rèn)為輸入高電平。要注意一點(diǎn)是，應(yīng)確保方向信號(hào)領(lǐng)先脈沖信號(hào)輸入至少10s建立，從而避免驅(qū)動(dòng)器對(duì)脈沖的錯(cuò)誤響應(yīng)。當(dāng)不需換向時(shí)，方向信號(hào)端可懸空。脫機(jī)信號(hào)輸入：輸入低電平時(shí)電機(jī)相電流被切斷，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)。不用此功能時(shí)脫機(jī)信號(hào)端可懸空。細(xì)分選擇信號(hào)：這三個(gè)端子實(shí)現(xiàn)通過上位控制機(jī)輸出信號(hào)設(shè)定細(xì)分模式和細(xì)分模式的在線自動(dòng)切換功能，端子外加低電平時(shí)內(nèi)部的光耦導(dǎo)通，等同于對(duì)應(yīng)的細(xì)分選擇撥碼開關(guān)置于ON側(cè)。正確使用此功能的詳細(xì)介紹請(qǐng)參見上頁在線細(xì)分選擇中的說明。要注意一點(diǎn)是，應(yīng)確保細(xì)分選擇信號(hào)領(lǐng)先于脈沖信號(hào)輸入至少10s建立，從而避免驅(qū)動(dòng)器對(duì)脈沖的錯(cuò)誤響應(yīng)。當(dāng)不需用此功能時(shí)，細(xì)分選擇信號(hào)端可懸空。典型接線圖輸入接口電路第3章步進(jìn)電機(jī)概述3.1步進(jìn)電機(jī)的分類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)的類型分為機(jī)械式、電磁式和組合式三大類型。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電磁式步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大類；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。目前使用最為廣泛的為反應(yīng)式和混合式步進(jìn)電機(jī)7。(1)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(Variable Reluctance，簡(jiǎn)稱VR)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，步距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有單段式和多段式兩種類型；(2)永磁式步進(jìn)電機(jī)(Permanent Magnet，簡(jiǎn)稱PM)永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。它輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能好，消耗功率小(相比反應(yīng)式)，但啟動(dòng)運(yùn)行頻率較低，還需要正負(fù)脈沖供電；(3)混合式步進(jìn)電機(jī)(Hybrid，簡(jiǎn)稱HB)混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永 磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)。混合式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動(dòng)小。這種電動(dòng)機(jī)最初是作為一種低速驅(qū)動(dòng)用的交流同步機(jī)設(shè)計(jì)的，后來發(fā)現(xiàn)如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動(dòng)機(jī)也能做步進(jìn)增量運(yùn)動(dòng)。由于能夠開環(huán)運(yùn)行以及控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，因此這種電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。由于本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目的更注重整個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，所以只采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)7。3.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理 2.2.1結(jié)構(gòu)及基本原理步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子組成，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行高精度控制。當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)，該矢量場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁極磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一著該磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。因此，控制電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)實(shí)際上就是以一定的規(guī)律控制定子繞組的電流來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。每來一個(gè)脈沖電壓，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，稱為一步。根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進(jìn)電機(jī)各相繞組的電流輪流切換，在供給連續(xù)脈沖時(shí)，就能一步一步地連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，步進(jìn)電機(jī)將電脈沖轉(zhuǎn)換成特定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)脈沖所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是精確的，并可重復(fù)，這就是步進(jìn)電機(jī)為什么在定位應(yīng)用中如此有效的原因。通過電磁感應(yīng)定律我們很容易知道激勵(lì)一個(gè)線圈繞組將產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，分為北極和南極，見圖2.1所示。定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到與定子磁場(chǎng)對(duì)直。通過改變定子線圈的通電順序可使電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖2.1 激勵(lì)線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)2.2.2兩相電機(jī)的步進(jìn)順序1、兩相電機(jī)的單相通電步進(jìn)順序在圖2.2中我們很清晰的展示了在單相通電時(shí)一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)的典型的步進(jìn)順序。在第1步中，兩相定子的A相通電，因異性相吸，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示位置。當(dāng)A相關(guān)閉、B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90。在第3步中，B相關(guān)閉、A相通電，但極性與第1步相反，這促使轉(zhuǎn)子再次旋轉(zhuǎn)90。在第4步中，A相關(guān)閉、B相通電，極性與第2步相反。重復(fù)該順序促使轉(zhuǎn)子按90的步距角順時(shí)針旋轉(zhuǎn)8 9。圖2.2兩相電機(jī)的單相通電步進(jìn)順序2、兩相電機(jī)的雙相通電步進(jìn)順序圖2.2中顯示的步進(jìn)順序稱為“單相激勵(lì)”步進(jìn)。更常用的步進(jìn)方法是“雙相激勵(lì)”，其中電機(jī)的兩相一直通電。但是，一次只能轉(zhuǎn)換一相的極性，見圖2.3所示。在第1步中，兩相定子的A相和B相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示step1位置。在第2步中，兩相定子的A相關(guān)閉，而B和a相（此時(shí)的a相通電極性與第1步A相反）同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示step2位置。在第3步中，兩相定子的a相和b相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示step3位置。在第4步中，兩相定子的b相和A相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示step4位置。按照這樣的通電方式電機(jī)就轉(zhuǎn)過了一周8 9。兩相步進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子兩相之間的軸線處對(duì)直。由于兩相一直通電，本方法比“單相通電”步進(jìn)多提供了41.1%的力矩，但輸入功率卻為2倍。圖2.3兩相電機(jī)的雙相通電步進(jìn)順序3、步進(jìn)電機(jī)的半步工作方式電機(jī)也可在轉(zhuǎn)換相位之間插入一個(gè)關(guān)閉狀態(tài)而走“半步”。這將步進(jìn)電機(jī)的整個(gè)步距角一分為二。例如，一個(gè)90的步進(jìn)電機(jī)將每半步移動(dòng)45，見圖2.4。但是，與“兩相通電”相比，半步進(jìn)通常導(dǎo)致15%30%的力矩?fù)p失（取決于步進(jìn)速率）。在每交換半步的過程中，由于其中一個(gè)繞組沒有通電，所以作用在轉(zhuǎn)子上的電磁力要小，造成了力矩的凈損失。從原理圖我們很容易看到半步工作方式其實(shí)就是將兩相電機(jī)的單相通電工作方式和兩相電機(jī)的雙相通電工作方式相互結(jié)合起來。兩相步進(jìn)電機(jī)的工作模式有兩相四拍和兩相八拍等兩種，其中我們?cè)趫D2.2和圖2.3中展示的都叫做兩相四拍工作模式，而下面的2.4圖展示的就是兩相八拍工作模式8 9。圖2.4兩相電機(jī)的半步步進(jìn)順序3.3 步進(jìn)電機(jī)的工作特點(diǎn)本設(shè)計(jì)選用了型號(hào)為42BYG型的感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)，它與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。就目前步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用情況來說，步進(jìn)電機(jī)的自身特點(diǎn)具體歸納起來有：(1) 電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒有脈沖的時(shí)候步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。(2) 步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。(3) 改變驅(qū)動(dòng)器輸入脈沖的順序，可以方便的改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。(4) 位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以要求更高精度時(shí)組成 閉環(huán)控制系。(5) 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候具有自鎖功能。(6) 步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180度大范圍內(nèi)選擇。在小步距情況下，通?？梢栽谠降退傧乱愿咿D(zhuǎn)矩運(yùn)行，因而可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。(7) 步進(jìn)電機(jī)不能使用普通的交流電源驅(qū)動(dòng)。(8) 一般步進(jìn)電機(jī)的精度是步進(jìn)角的3%5%，且步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。(9) 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降：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)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。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。(10) 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定頻率就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲.步進(jìn)電機(jī)有一個(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)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。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)速從低速升到高速）。第4章 接近開關(guān)4.1 工作原理電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是金屬導(dǎo)電體。附錄1：部分常用材料的值材料衰減系數(shù)鋼1不銹鋼0.85黃銅0.3銅0.44.2接近開關(guān)的工作流程接近開關(guān)技術(shù)要求： 螺紋式接近開關(guān)檢測(cè)距離10mm10%工作電壓DC型：10-30VDC三線型響應(yīng)頻率400Hz第5章 PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理5.1 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和各電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家用提高設(shè)備的抗干擾能力，另一方面要求工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。1、電磁干擾源及對(duì)系統(tǒng)的干擾干擾類型通常按