DZ168西門子PLC的步進(jìn)電機(jī)直接控制
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中文資料淺析步進(jìn)電機(jī)的 PLC 控制技術(shù)與發(fā)展趨勢1、概述：隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有一了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍，它與計(jì)算機(jī)有一效結(jié)合，可進(jìn)行模擬最控制，具有一遠(yuǎn)程通信功能等。有-人將其稱為現(xiàn)代丁業(yè)控制的三大支柱(即 PLC，機(jī)器人，CAD/CAM)之一,目前可編程控制器廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕丁等領(lǐng)域，為工業(yè)自動(dòng)化提供了有一力的工具。PLC 控制的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用于組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線上的數(shù)控滑臺(tái)控制，可省去該單元的數(shù)控系統(tǒng),使該單元的控制系統(tǒng)成本降低。2、步進(jìn)電機(jī)的基本特點(diǎn):（1） 、一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 3-5%且不累積。（2） 、步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于小同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn);一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有一的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 80-90 度完全正常（3） 、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;頻率越高，反向電動(dòng)勢越大在它的作用大，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。（4） 、步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動(dòng)，并伴有一嘯叫聲步進(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)。在有一負(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)該有一加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途伴隨著小同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。3、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度稱為“步距角” ，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移最，從而達(dá)到確定位的目的;同時(shí),可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的步進(jìn)電機(jī).可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有累積誤差精度為百分百的特點(diǎn)，泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。4、步進(jìn)電機(jī)的 PLC 制技術(shù):應(yīng)使輸入步進(jìn)電機(jī)的輸入脈沖總數(shù)和脈沖頻率受到相應(yīng)的控制。因此在控制軟件上設(shè)置一個(gè)脈沖總數(shù)和脈沖頻率可控的脈沖信號發(fā)生器;對于頻率較低的控制脈沖，可以利用 PL 的定時(shí)器構(gòu)成，脈沖頻率可以通過定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)控制脈沖周期，脈沖總數(shù)控制則可以設(shè)置一脈沖計(jì)數(shù)器 C10 當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，計(jì)數(shù)器 C1。動(dòng)作切斷脈沖發(fā)生器回路，使其停止,伺服機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)無脈沖輸入時(shí)便停止運(yùn)轉(zhuǎn)，伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位當(dāng)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移速度要求較高時(shí)，可以用 PLC 的高速脈沖發(fā)生器. 不同的 PLC 其高速脈沖的頻率可達(dá) 4000 6000Hz. PLC 用來產(chǎn)生控制脈沖,通過 PLC 編程輸出一定數(shù)最的方波脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角,可編程控制器輸出的控制脈沖按步進(jìn)電機(jī)的通電順序分配到相應(yīng)的繞組。PLC 控制的步進(jìn)電機(jī)可以以采用軟件環(huán)行分配器，硬件環(huán)行分配器采用軟環(huán)占用的 PLC 資源較多，特別是步進(jìn)電機(jī)繞組相數(shù)大于四時(shí)，對于大型生產(chǎn)線應(yīng)該充分考慮采用硬件環(huán)行分配器，雖然硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜些，但可以節(jié)省占用 PLC 的輸出輸入點(diǎn)數(shù)，目前市場有一多種專用芯片可以選用.步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器 PLC 輸出的控制脈沖放大到幾十至上百倍, 伏特、幾安到幾十幾安的驅(qū)動(dòng)能力,一般 PLC 的輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，而通常的晶體管內(nèi)流輸出接口的負(fù)載能力僅為十幾到幾十伏特、幾十到幾百毫安,但對于功率步進(jìn)電機(jī)則要求幾十到上百伏特,幾安到幾十安的驅(qū)動(dòng)能力，因此應(yīng)該采用驅(qū)動(dòng)器對輸出脈沖進(jìn)行放大。5、國內(nèi)外電機(jī)的發(fā)展趨勢:（1） 、繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展隨著電動(dòng)機(jī)本身應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬以及各類整機(jī)的不斷小型化，要求與之配套的電動(dòng)機(jī)也必須越來越小，在 57, 42 機(jī)座號的電動(dòng)機(jī)應(yīng)用了多年后，現(xiàn)在其機(jī)座號向 3 9, 3 5,30, 25 方向向下延伸。（2） 、對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)即把轉(zhuǎn)速位置傳感器，減速齒輪等和電動(dòng)機(jī)本體綜合設(shè)計(jì)在一起，這樣使其能方便地組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，因而具有一更加優(yōu)越的控制性能。（3） 、向五相和三相電動(dòng)機(jī)方向發(fā)展.目前,泛應(yīng)用的二相和四相電動(dòng)機(jī)，其振動(dòng)和噪聲較大，而五相和三相電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)勢性而就這兩種電動(dòng)機(jī)而言，五相電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路比三相電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，因此三相電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的性能價(jià)格比要比五相電動(dòng)機(jī)更好一些我國的情況有一所小同，直到 20 紀(jì)紀(jì)八十年代，一直是磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)占統(tǒng)治地位，混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是 80 年代后期才開始發(fā)展，至今仍然是兩種結(jié)構(gòu)類型同時(shí)并存。盡管新的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)完全.可能替代磁阻式電動(dòng)機(jī)，但磁阻式電動(dòng)機(jī)的整機(jī)獲得了長期應(yīng)用，對于它的技術(shù)也較為熟悉，特別是典型的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角與典型的磁阻式電動(dòng)機(jī)的步距角不一樣，用戶改變這種結(jié)構(gòu)小是很客易的，這就使得兩種機(jī)型并存的局面難以在較短時(shí)問內(nèi)改變。這種現(xiàn)狀對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展是不利的。英文資料The shallow treads into the PLC control technique and development trend of electrical engineering1. Say all:Along with the micro-electronics technique and the calculator technical hair Exhibition, the programmable preface controller has an advance by leaps and bounds of hair Exhibition, its function has already outrun a logic control far and far, in proper order The scope of control, it has an effect to combine with calculator, can enter Go to imitate to control most, have along range correspondence function etc.. Have-The person is called it the modern D industry controls of three pay pillar greatly(namely PLC, robot, CAD/CAM)it a, currently programmable controller BE applied in metallurgy extensively, Mineral industry, machine, light Class D realm, automate for the industry Provided to there is the tool of one dint The PLC controls of tread to open the wreath servo organization into the electrical engineering should Used for combining tool machine to produce an on-line number to control a slippery pedestal to control automatically Make, can the province go to the number of that unit to control system, making that unit The cost of controling the system lowers.2、Tread into the basic characteristics of electrical engineering:（1）、tread generally into the accuracy of the electrical engineering for tread into Cape of 3-5% and don't accumulate.（2）、tallest temperatures which enter electrical engineering outward appearance and allow tread and lead into the electrical engineering temperature high can make the magnetism material of electrical engineering back first, cause the dint descend thus is as for lose a step, so the electrical engineering outward appearance allow of the tallest temperature should be decided by small back with electrical engineering magnetism material and order; Speak generally, the magnetism material backs to order all above have in 130 C an of even be up to 200C above, so tread completely normal into the electrical engineering outward appearance temperature in 80-90C.（3）、dints which enter electrical engineering would with turn to go up but descend soon，While treading to turn to move into the electrical engineering, electrical engineering each electricity feeling which round a set mutually will become one anti- to electromotive force; The frequency is more high, anti- to electromotive force more big ，big in its function, the electrical engineering enlarges with the frequency(or speed) but mutually the electric current let up, causing the dint descend thus.（4）、 can revolve normally when 4 enter electrical engineering low speed, but if high in certain the speed can't start, and the companion have a roar the interjection tread to have a technique parameter into the electrical engineering: empty carry start frequency, then tread into electrical engineering at empty carry under circumstance can start normally of pulse frequency, if the pulse frequency is high in should be worth., The electrical engineering can't start normally, the possible occurrence throws a step or blocks up to turn. Under the situation that there is one load, the start frequency should be much lower if want to make the electrical engineering attain high speed to turn to move, the pulse frequency should have an acceleration process, then start the frequency is lower, then press certain acceleration to rise the high hoped. Tread to show the characteristics of with it into the electric motor, turn ages of manufacturing to develop important use to accompany with in the numeral small together of numeral turn technical of development and tread into the electrical engineering technical exaltation，tread will get an application in more realms into the electrical engineering.3、enter an electrical engineering control system to constitute：Tread is a kind of performance organization that will give or get an electric shock a pulse conversion to move for the Cape into the electrical engineering. When tread to receive to a pulse signal into the actuator, it drives a step to press the direction of enactment to turn to move an angle for fixing to be called "tread to be apart from Cape" into the electrical engineering, it revolves one-step circulate with the fixed angle one step. Can pass control pulse piece to control a Cape to move to attain the purpose of assurance most and thus; Can pass control pulse frequency to control electrical engineering to become dynamic speed and acceleration in the meantime, the purpose attained to adjust thus soon treads into the electrical engineering. Can be the special kind electrical engineering that a kind of control uses, make use of it didn't accumulate error margin accuracy to 100 to divide 100 of characteristics, be suffused with to apply in various open a wreath control PLC which enter electrical engineering technique.4、make the importation tread to be subjected to a homologous control into total amount and pulse frequency of the importation pulse of electrical engineering. Establish the pulse signal occurrence that a pulse total amount and pulse frequency can control a machine therefore and in control，software; Can make use of PL in fixed time a machine composing for the frequency lower control pulse, the pulse frequency can pass in fixed time machine in fixed time constant control pulse period, the pulse amounts control then can establish a the pulse counter C10 be when the pulse number attain initial value, count machine C1.The action cuts off pulse back track, making it stop, the servo organization tread into the electrical engineering have no the pulse input then stop operation，servo performance organization fixed position be servo performance organization of when move speed to have higher request, can use PLC high-speed pulse，Different PLC it the frequency of high-speed pulse can reach to 4000-6000Hzses. The PLC is used to produce control pulse, passing PLC plait distance exportation several pulses certainly the control treads to turn Cape into the electrical engineering, programmable controller output's control the pulse enters electrical engineering to switch on electricity sequence to assign by the step homologous of round a set. The PLC controls of tread can go an allotment machine by adoption software wreath into the electrical engineering, the hardware wreath goes allotment machine to adopt the PLC resources that the soft wreath takes up more, Tread especially to round a set to count mutually into the electrical engineering big should consider adoption hardware wreath to go allotment machine well for large production line at 4, although the hardware structure is a little bit a little more complicated, can save an exportation importation of taking up the PLC point, the market has a various appropriation chips to choose touse currently. Tread to enlarge to several ten highest hundred folds into the output's control of the actuator PLC of the electrical engineering power pulse, volt, several Anne arrive several ten several Anne s drive an ability, the exportation of general PLC connects to have to certainly drive an ability, but inside usual transistor flow exportation to connect an oscular load ability only for ten several arrive several ten volts, several ten arrive several 100 million Anne but tread to then have several request into the electrical engineering to the power ten arrive up 100 volts, several Anne arrive several ten Anne s drive an abilityso should adopt an actuator to output the pulse carry on enlarging.5、The development trend of 5 domestic and international electrical engineering: （1）、continue along small scaled direction development turned along with electric motor application the realm open widely and each kind of whole machine is continuously small scaled to turn, the electric motor which requests with its kit have to also more and more small, at 57, the electric motor of 42 machine seat numbers applies many after years, now its machine seat number to 39,35,30,25 directions get down extension.（2 ）、right nesses of electric motors carry on comprehensive design namely turn soon position to spread a feeling machine, decelerate the wheel gear etc. and electric motor essence to synthesize design together, so make it be able to constitute 1 to shut wreath system expediently, as a result have one more superior control function.（3）、to five mutually with three mutually the electric motor direction develop，Be suffused with currently applied of two mutually with four mutually the electric motor, its vibration and voice are bigger, but five mutually with three mutually the electric motor have advantage but in regard to these two kinds of electric motors, five mutually the electric motor drive electric circuit compare three mutually electric motor complications, so three mutually the function price of electric motor system than want than five mutually the electric motor is a little bit better our country of the circumstance have small one together, until 20 Ji,Ji,80's, has been is the type of to tread to share governance position into the electric motor, the mixture type tread into the electric motor is after 80's to expect just start developing, still is two kinds of structure types up to now in the meantime keep both. Though new of the hybrid type tread into the electric motor completely. May act for the type electric motor, but the whole machine of the type electric motor acquire to apply over a long period of time, to its technique also compare in order to acquaint with, especially typical of hybrid type's treading to tread type electric motor of being apart from the Cape and typical model to tread into the electric motor be different apart from the Cape the customer changes this kind of structure small is the guest is easy very much, this make two kinds of models keep both of the situation is hard to change in shorter the hour ask. This kind of present condition is disadvantageous to the development which treads into the electric motor.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名 _唐玉鋮 指導(dǎo)教師_黃云龍、廖東進(jìn)、朱秋琴 職稱副教授、助教、助教 系別_信息與電子工程系_專業(yè) 工自 年級 04 級___班級 1 課題名稱 西門子 PLC 步進(jìn)電機(jī)的直接控制 任務(wù)與要求：一、 設(shè)計(jì)（論文）要求：本課題的主要任務(wù)是通過 PLC 控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)的控制。具體設(shè)計(jì)方案如下：本設(shè)計(jì)西門子 S7-200 系列可編程邏輯控制器對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，通過數(shù)字 I/O 輸出口具有時(shí)序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號，信號經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求：1、 根據(jù)所選的課題，參考一些優(yōu)秀的學(xué)習(xí)網(wǎng)站，完成該課題的建設(shè)。2、 參與該課題的各位同學(xué)必須分工合作。在設(shè)計(jì)中既要有自己一定的工作量，同時(shí)具備良好的團(tuán)隊(duì)合作精神。3、 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文體現(xiàn)了畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，所以各位同學(xué)必須在論文中體現(xiàn)自己在畢業(yè)設(shè)計(jì)中所采用的方法、思想以及設(shè)計(jì)策略。論文的格式包括：（1）中英文摘要（2）目錄（3）正文（4）致謝（5）參考文獻(xiàn)（6）附錄。論文書寫要求語言精練、簡潔，表達(dá)力求準(zhǔn)確，字?jǐn)?shù) 12000 以上，最后要求用 A4 開紙打印，并裝訂成冊，形成書目結(jié)構(gòu)。4、 在整個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中要嚴(yán)格按照學(xué)校和系部的各種規(guī)章制度和要求，按時(shí)完成所要求完成的任務(wù)。二、 設(shè)計(jì)（論文）條件：提供設(shè)計(jì)所需的書籍、計(jì)算機(jī)、PLC 設(shè)計(jì)所需的設(shè)備等。三、 設(shè)計(jì)（論文）資料：提供步進(jìn)電機(jī)、PLC 設(shè)計(jì)等相關(guān)所需資料。四、 設(shè)計(jì)（論文）教學(xué)要求：（可以同一專業(yè)相同）要求同學(xué)們有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)和自學(xué)能力，能根據(jù)需要查找資料，獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)。要求同學(xué)熟悉步進(jìn)電機(jī)的工作原理并具有一定的單片機(jī)設(shè)計(jì)能力。五、 設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排：（可以同一專業(yè)相同）第 01 周至第 02 周：查閱中文及英文資料（并翻譯一篇外文資料） ，了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理以及 PLC 設(shè)計(jì)內(nèi)容，收集相關(guān)資料；第 03 周至第 03 周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告，并開始進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)；第 04 周至第 08 周：完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；第 09 周至第 12 周：完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；第 13 周至第 13 周：軟件和硬件的調(diào)試；第 14 周至第 15 周：整理相關(guān)資料，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）手稿及最終電腦打印的畢業(yè)論文；第 16 周至第 16 周：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）小組答辯；第 17 周至第 17 周：答辯。六、 學(xué)生分組名單丁小偉；唐玉鋮 信系與電子工程 系畢業(yè)設(shè)計(jì) (開題報(bào)告 ) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )開 題 報(bào) 告信息與電子工程系 系 電氣自動(dòng)化工業(yè) 專業(yè) 04 級 1 班課題名稱：西門子 PLC 步進(jìn)電機(jī)的直接控制畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間：2007 年 3 月 2 日～ 6 月 10 日(共 16 周)學(xué)生姓名：唐玉鋮 學(xué)號：5指導(dǎo)教師： 黃云龍、朱秋琴、廖東 報(bào)告日期： 2007.6.7 信系與電子工程 系畢業(yè)設(shè)計(jì) (開題報(bào)告 ) 1、本課題所涉及的問題在國內(nèi)(外)的研究現(xiàn)狀綜述：可編程控制器(PLC)發(fā)展現(xiàn)狀：可編程控制器(簡稱 PLC) 是種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng) ,是在 20 世紀(jì) 60 年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學(xué)家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲(chǔ)器 ,其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令 ,并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出 ,控各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(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(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)的。PLC 自產(chǎn)生至今只有 30 多年的歷史 ,卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用 ,成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一?！‘a(chǎn)生和發(fā)展過程現(xiàn)代社會(huì)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。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求 ,迫使人們?nèi)ふ乙环N新的控制裝置取而代之。PLC 的特點(diǎn)：（1） 、通用性強(qiáng) ,使用方便。由于 PLC 產(chǎn)品的系列化和模塊化 ,PLC 配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。當(dāng)控制對象的硬件配置確定以后 ,就可通過修改用戶程序 ,方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。（2)、功能性強(qiáng) ,適應(yīng)面廣?，F(xiàn)代 PLC 不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能 ,而且還具有 A/ D 和 D/ A 轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能。因此 ,它既可對開關(guān)量進(jìn)行控制 ,也可對模擬量進(jìn)行控制 ,既可控制 1 臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、1 條生產(chǎn)線 ,也可控制 1 個(gè)生產(chǎn)過程。PLC 還具有通訊聯(lián)絡(luò)功能 ,可與上位計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)遙控功能。（3)、可靠性高 ,抗干擾能力強(qiáng)。絕大多數(shù)用戶都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件。針對 PLC 是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的 ,故采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施。硬件方面 ,隔離是抗干擾的主要措施之一。PLC 的輸入、輸出電路一般用光電耦合器來傳遞信號 ,使外部電路與 CPU 之間無電路聯(lián)系 ,有效地抑制了外部干擾源對 PLC 的影響 ,同時(shí) ,還可以防止外部高電壓竄入 CPU 模塊。濾波是抗干擾的另一主要措施 ,在 PLC 的電源電路和 I/O 模塊中 ,設(shè)置了多種濾波電路 ,對高頻干擾信號有良好的抑制作用。軟件方面 ,設(shè)置故障檢測與診斷程序。采用以上抗干擾措施后 ,一般 PLC 平均無故障時(shí)間高達(dá) 4 萬～5 萬小時(shí)。（4)、編程方法簡單 ,容易掌握。PLC 配備有易于接受和掌握的梯形圖語言。該語言編程元件的符號和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。（5)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修方便。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(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等部件 ,控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。PLC 的用戶程序大都可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試 ,調(diào)試好后再將 PLC 控制系統(tǒng)安裝到生產(chǎn)現(xiàn)場 ,進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)。在維修方面 ,PLC 的故障率很低 ,且有完善的診斷和實(shí)現(xiàn)功能 ,一旦 PLC 外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障 ,就可根據(jù) PLC 上發(fā)光二極管或編程器上提供的信息 ,迅速查明原因。若是 PLC 本身問題 ,則可更換模塊 ,迅速排除故障 ,維修極為方便。（6） 、體積小、質(zhì)量小、功耗低，由于 PLC 是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制設(shè)備的新型產(chǎn)品 ,因而結(jié)構(gòu)緊湊 ,堅(jiān)固 ,體積小 ,質(zhì)量小 ,功耗低 ,而且具有很好的抗震性和適應(yīng)環(huán)境溫度、濕度變化的能力。因此 ,PLC 很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部 ,是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化較理想的控制設(shè)備。 信系與電子工程 系畢業(yè)設(shè)計(jì) (開題報(bào)告 ) 控系統(tǒng), 既具有較高的控制精度,良好的控制性能, 又能穩(wěn)定可靠地工作。因此, 在數(shù)字控制系統(tǒng)出現(xiàn)之初, 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)歷過一個(gè)大的發(fā)展階段。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)及現(xiàn)狀：雖然步進(jìn)電機(jī)是一種數(shù)控元件。易于同數(shù)字電路接口。但是，一般數(shù)字電路的信號能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)!必須有一個(gè)與之匹配的驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) ，步進(jìn)電機(jī)本體和進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路兩者密不可分地組成步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，多年來，隨著電力電子技術(shù)自動(dòng)化控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)國內(nèi)外圍繞步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路做了大量的研究與開發(fā)。（1） 、驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展及國內(nèi)研制概況：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源同步進(jìn)電機(jī)本身是一個(gè)整體。其性能好壞直接影響步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。驅(qū)動(dòng)電源性能的好壞及可靠性，在很大程度上與末級功放所用的功率元件直接相關(guān)。最初使用的末級功放元件是可控硅，近年來隨著大功率晶體管的發(fā)展一般不再采用。晶體管具有控制方便調(diào)試容易，開關(guān)速度快以及元件損耗小等優(yōu)點(diǎn)，并且由于采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)，晶體管的開關(guān)特性和耐壓過流能力有了相當(dāng)大的改進(jìn)。因而近幾年國內(nèi)外絕大多數(shù)的驅(qū)動(dòng)電源使用晶體三極管作為末級功放元件近年來，由于形槽金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管綜合了大功率雙極晶體管和場效應(yīng)晶體管的優(yōu)點(diǎn)，具有大功率高耐壓高增益的特點(diǎn)，且沒有少數(shù)載流子存儲(chǔ)時(shí)間和溫度失控并有顯著的抑制二次擊穿特性，因而使用它可大大提高驅(qū)動(dòng)電源的可靠性，隨著成本的降低及使用經(jīng)驗(yàn)的積累，越來越多的驅(qū)動(dòng)電源將會(huì)使用，作為末級功放元件，驅(qū)動(dòng)電源電路結(jié)構(gòu)的發(fā)展不同形式的功率放大電路對電機(jī)性能的影響各不相同，這種不同形式的功率放大電路的差別主要是功率放大電路中不同的輸出級結(jié)構(gòu)。（2） 、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ：由控制電路產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)所需要的電脈沖信號, 脈沖分配器把電脈沖信號按規(guī)定的方式分配給步進(jìn)電機(jī)各相勵(lì)磁繞組, 使各相勵(lì)磁繞組輪流接受脈沖信號的控制?？刂齐娐方?jīng)脈沖分配后輸出的信號很低, 不能提供步進(jìn)電機(jī)所需的輸出功率, 必須經(jīng)過功率驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行放大。脈沖分配部分可以由硬件電路組成, 也可以由軟件實(shí)現(xiàn)。當(dāng)脈沖分配由硬件實(shí)現(xiàn)時(shí), 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括脈沖分配和功率驅(qū)動(dòng)兩個(gè)部分; 當(dāng)脈沖分配由軟件實(shí)現(xiàn)時(shí), 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際上只包含功率驅(qū)動(dòng)部分, 控制電路多由微機(jī)及接口電路組成，如本課題“西門子 PLC 步進(jìn)電機(jī)的直接控制”就是由軟件實(shí)現(xiàn)的。PLC 控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀 ：隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍。繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。隨著電動(dòng)機(jī)本身應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬以及各類整機(jī)的不斷小型化，要求與之配套的電動(dòng)機(jī)也必須越來越小。對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器, 減速齒輪等和電動(dòng)機(jī)本體綜合設(shè)計(jì)在一起, 這樣使其能方便地組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng), 因而具有更加優(yōu)越的控制性。向五相和三相電動(dòng)機(jī)方向發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動(dòng)機(jī)，其振動(dòng)和噪聲較大，而五相和三相電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)勢性。而就這兩種電動(dòng)機(jī)而言，五相電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路比三相電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，因此三相電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的性能價(jià)格比要比五相電動(dòng)機(jī)更好一些。目前利用可編程序控制器（即 P L C 技術(shù)）可以方便地實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度和位置的控制，方便地進(jìn)行各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作，它代表 信系與電子工程 系畢業(yè)設(shè)計(jì) (開題報(bào)告 ) 了先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化革命，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。 信系與電子工程 系畢業(yè)設(shè)計(jì) (開題報(bào)告 ) 2、設(shè)計(jì)(論文)要解決的問題和擬采用的研究方法：（1） 、系統(tǒng)整體方案的確立（2） 、系統(tǒng)軟件與硬件的設(shè)計(jì)（3） 、元件的選取系統(tǒng)的方案包括步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制方案，PLC 脈沖控制方案。本課題選用PLC 對步進(jìn)電機(jī)也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運(yùn)動(dòng)控制功能，現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件,每當(dāng)對其施加一個(gè)電脈沖時(shí),其輸出軸便轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度。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)的各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的相序,便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能,其啟動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運(yùn)行方式的改變,都在少數(shù)脈沖內(nèi)完成,且可獲得較高的控制精度,因而得到了廣泛應(yīng)用。步進(jìn)機(jī)分為反應(yīng)式、永磁式和混合式等。步進(jìn)電機(jī)的 PLC 直接控制方式：這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是大大減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作量,不存在各部分接口信號的匹配問題,提高系統(tǒng)的可靠性。整個(gè)控制系統(tǒng)由 PLC 和步進(jìn)電機(jī)組成。PLC 具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù),輸出信號的頻率可以達(dá)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(jìn)電機(jī)的速度響應(yīng)能力,提高整個(gè)系統(tǒng)的快速性。并且,PLC有采用大功率晶體管的輸出端口,能夠滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù) 10V 級脈沖電壓、1A 級脈沖電流的驅(qū)動(dòng)要求。PLC 直接控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),在 PLC 和步進(jìn)電機(jī)選型前,必須計(jì)算出脈沖當(dāng)量、脈沖頻率上限和最大脈沖數(shù)量 3 個(gè)參數(shù):脈沖當(dāng)量=步進(jìn)電機(jī)步距角×螺距 360×傳動(dòng)速比脈沖頻率上限=移動(dòng)速度×步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)脈沖當(dāng)量最大脈沖數(shù)量=移動(dòng)距離×步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)脈沖當(dāng)量根據(jù)脈沖頻率確定 PLC 高速脈沖輸出頻率,根據(jù)脈沖數(shù)量確定 PLC 的位寬?？紤]到系統(tǒng)響應(yīng)的及時(shí)性、可靠性和使用壽命,PLC 應(yīng)選擇晶體管輸出型。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)一般可選擇 2、5、10、25 細(xì)分,以避開電機(jī)的共振頻率。編制 PLC 控制程序時(shí)將傳動(dòng)系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量、反向間隙、步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)定義為參數(shù)變量,以便現(xiàn)場調(diào)整。 信系與電子工程 系畢業(yè)設(shè)計(jì) (開題報(bào)告 ) 3、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路重點(diǎn)研究與關(guān)鍵問題：PLC 控制脈沖與電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系：解決思路：控制具體原理如下:如下圖所示，環(huán)形分配程序通過輸出端口 A、B、C 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,使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于步進(jìn)電機(jī)是電感性負(fù)載,直流電阻很小,故接限流電阻以免脈沖電流過大損壞，PLC 端口,即 A、B、C 所對應(yīng)的大功率晶體管。當(dāng) A、B、C 所對應(yīng)的大功率晶體管按: A—AB—B—BC—C—CA—A……次導(dǎo)通、斷開時(shí),步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。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。每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)走一步,環(huán)形脈沖分配程序的步數(shù)減一,當(dāng)步數(shù)減為零時(shí),停止環(huán)形脈沖分配,等待下一次的脈沖輸入。圖 步進(jìn)電機(jī)基本圖樣 信系與電子工程 系畢業(yè)設(shè)計(jì) (開題報(bào)告 ) 4、完成本課題所必須的工作條件(如工具書、實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)環(huán)境條件、某類市場調(diào)研、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)條件等等)及解決的辦法：本課題運(yùn)用到的了以下書籍：[1]孫涵芳，徐愛卿.MSC - 51/96 系列單片機(jī)原理與應(yīng)用.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1988[2]何立民.MSC-51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京:北京航空航天大學(xué)出版社 ,1991[3]吳之美.Microsoft Windows 3.1 程序員參考大會(huì) .北京:清華大學(xué)出版社,1993[4]應(yīng)鋼,關(guān)海,伍能鵬.PLD/ GAL 可編程邏輯器件原理和應(yīng)用[5]胡志平.PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用.礦冶,2004[6]安永林.九道拐水電站溢洪道弧形閘門啟閉機(jī)設(shè)計(jì).貴州水利發(fā)電,2005[7]楊寧.集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2003[8]殷瑞祥.電氣控制.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2004.[9]單長考.基于可編程控制器的西河閘監(jiān)控系統(tǒng).自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2005[10]王曉明.電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制.北京:北京航空航天出版社，2002[11]劉廣瑞.用可編程序控制器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的方.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2005[12]宣財(cái)鑫.PLC 脈沖控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù).機(jī)車車輛工藝，2002[13].SIMATICS7-200PLC 系統(tǒng)編程手冊.西門子公司，2000[14]趙丹.人機(jī)界面位控模塊在對中性測量儀中的應(yīng)用.機(jī)械與電子,2005[15]王宜結(jié).步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)加減速運(yùn)行的研究.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2004[16]LG 產(chǎn)電.LG 可編程邏輯控制器 MASTER-K120S 系列用戶手冊[17]楊公源主編.可編程控制器原理與應(yīng)用.北京:電子工業(yè)出版社,2004[18]于慶廣編著.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,2004[19]朱力.PLC 控制步進(jìn)電機(jī)方法的研究.山西機(jī)械 2003(增刊)[20]宣財(cái)鑫.PLC 脈沖控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù).計(jì)算機(jī)應(yīng)用 信系與電子工程 系畢業(yè)設(shè)計(jì) (開題報(bào)告 ) 5．設(shè)計(jì)(論文)完成進(jìn)度計(jì)劃第 01 周至第 02 周：查閱中文及英文資料（并翻譯一篇外文資料） ，了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理以及 PLC 設(shè)計(jì)內(nèi)容，收集相關(guān)資料；第 03 周至第 03 周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告，并開始進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)；第 04 周至第 08 周：完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；第 09 周至第 12 周：完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；第 13 周至第 13 周：軟件和硬件的調(diào)試；第 14 周至第 15 周：整理相關(guān)資料，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）手稿及最終電腦打印的畢業(yè)論文；第 16 周至第 16 周：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）小組答辯；第 17 周至第 17 周：答辯。
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