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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
目錄
第一章 引言 1
1.1 電磁鐵概述 1
1.2 課題背景及意義 1
1.3 國內(nèi)外基本研究情況 1
1.4 課題的主要研究內(nèi)容 1
第二章 理論知識(shí)介紹 3
2.1 PLC簡介 3
2.1.1 PLC的結(jié)構(gòu)及各部分的作用 4
2.1.2 PLC的工作原理 5
2.1.3 PLC編程語言 5
2.2 步進(jìn)電機(jī)及其發(fā)展 6
2.3 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 7
2.4 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 8
第三章 元器件選擇及I/O分配 10
3.1 系統(tǒng)基本框圖的確定 10
3.1.1 元器件的選擇 11
3.1.2 雷賽ND1182 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 11
3.1.3 雷賽110HS20兩相混合式步進(jìn)電機(jī) 15
3.2 系統(tǒng)控制過程 17
3.3 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配 17
第四章 系統(tǒng)控制過程設(shè)計(jì) 18
結(jié)束語 26
參考文獻(xiàn) 27
34
第一章 引言
1.1 電磁鐵概述
電磁鐵在我們的日常生活中到處可見，應(yīng)用非常廣泛，生活中我們?cè)絹碓诫x不開它。電磁鐵是一種電器，它被廣泛應(yīng)用于機(jī)床、起重機(jī)等大型機(jī)電設(shè)備中。電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。銜鐵的動(dòng)作可使其他機(jī)械裝置發(fā)生聯(lián)動(dòng)。當(dāng)電源斷開時(shí)，電磁鐵的磁性隨之消失，銜鐵或其他零件即被釋放。
電磁鐵在生產(chǎn)中的應(yīng)用極為普遍，工業(yè)上常用來制動(dòng)機(jī)床和起重機(jī)的電動(dòng)機(jī)。當(dāng)接通電源時(shí)，電磁鐵動(dòng)作而拉開彈簧，把抱閘提起，于是放開裝在電動(dòng)機(jī)軸上的制動(dòng)輪，這時(shí)電動(dòng)機(jī)便可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電源斷開時(shí)，電磁鐵的銜鐵落下，彈簧便把抱閘壓在制動(dòng)輪上，電動(dòng)機(jī)就被制動(dòng)。在起重機(jī)中采用這種方法，可以避免由于工作過程中的斷電而使重物滑下造成的事故。
隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，在機(jī)床中也常用電磁鐵操縱氣動(dòng)或液壓傳和控制變速機(jī)構(gòu)。電磁吸盤和電磁離合器也都是電磁鐵的具體應(yīng)用
此外，現(xiàn)代物流業(yè)的集裝流程中，也使用電磁鐵進(jìn)行起重提放鋼材等。不論是機(jī)床、起重機(jī)，還是物流裝卸的電磁繼電器和接觸器，電磁鐵的任務(wù)是開閉電路，起到一個(gè)開關(guān)的作用。
1.2 課題背景及意義
電磁鐵是一種基于電磁系統(tǒng)產(chǎn)生電磁力，使銜鐵做機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)外做功的電-機(jī)轉(zhuǎn)換器，因此，電磁鐵力特性成為表征其主要性能的基本特性。作為一個(gè)轉(zhuǎn)換元件，電磁鐵的靜態(tài)力特性直接影響到由它所構(gòu)成的元件及裝置的整體性能，國內(nèi)外有許多機(jī)構(gòu)、學(xué)者都曾做過電磁鐵的推拉力測試，可以測試量電磁鐵的靜動(dòng)態(tài)力和位移特性。有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度不高，且難以測量出雙向電磁鐵的靜動(dòng)態(tài)力特性。因此，對(duì)電磁鐵進(jìn)行推拉力的測試是非常必要的。
1.3 國內(nèi)外基本研究情況
電磁鐵被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活之中，其作用不容忽視。電磁鐵的特性中力的特性是很重要的一部分，因此對(duì)電磁鐵進(jìn)行推拉力測試具有非常的實(shí)際意義。國內(nèi)外已經(jīng)有很多學(xué)者和機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行研究和探討過。此次，本人在前人的基礎(chǔ)上，基于PLC控制步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲桿組成的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用力傳感器技術(shù)，再一次嘗試對(duì)電磁鐵的推拉力測試進(jìn)行學(xué)習(xí)研究，以更好的學(xué)習(xí)掌握所學(xué)的相關(guān)內(nèi)容。
1.4 課題的主要研究內(nèi)容
電磁鐵推拉力測試系統(tǒng)——控制部分設(shè)計(jì)，其主要工作內(nèi)容是：
1）確定電磁鐵測力系統(tǒng)的方案及系統(tǒng)的各組成部件
首先擬定一個(gè)大致方案，初步確定各組成部件的型號(hào)。再分析了解各組成部分的功能用途，掌握各部件的使用方法和工作原理。最后討論系統(tǒng)的可行性、連續(xù)性、完整性，不斷修正系統(tǒng)，確保系統(tǒng)能正常、穩(wěn)定的工作。握PLC基本指定和程序設(shè)計(jì)的方法。要弄清步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器的工作原理和其參數(shù)特性以及他們之間的接線問題。最終學(xué)會(huì)如何用PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的速度控制、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等。
2）對(duì)電磁鐵測力系統(tǒng)的控制部分進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究
為實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精確控制，一定要掌握PLC應(yīng)用技術(shù)的核心內(nèi)容，如各種控制線路圖、功能圖、梯形圖、時(shí)序圖、語句表等，掌握PLC的基本指定和程序設(shè)計(jì)的方法；要弄清楚步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器的工作原理和參數(shù)特性以及他們之間的接線問題，最終學(xué)會(huì)如何用PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確地速度控制、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等。
3）其他工作
要知道力傳感器、位移傳感器、滾珠絲杠和顯示終端的工作原理和特征參數(shù)，最終得到不同距離時(shí)電磁鐵推拉力的大小
對(duì)本課題的研究，預(yù)期要達(dá)到能用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精確速度控制、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等，熟悉步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、滾珠絲杠、推拉力傳感器、位移傳感器、電磁鐵的工作原理和特征參數(shù)，最終得到電磁鐵在每隔0.2mm時(shí)所對(duì)應(yīng)的推拉力大小的目標(biāo)。其中關(guān)鍵的理論和技術(shù)是PLC應(yīng)用技術(shù)在工程實(shí)現(xiàn).中程序設(shè)計(jì)的方法，技術(shù)指標(biāo)要達(dá)到精確的控制。其使用的方案是用電磁鐵 、位移傳感器、力傳感器、滾珠絲杠、顯示終端、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、電源所組成的系統(tǒng)進(jìn)行電磁鐵的推拉力測試。
第二章 理論知識(shí)介紹
2.1 PLC簡介
自二十世紀(jì)六十年代美國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市場容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。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在我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(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在我國仍將保持高速增長勢頭。
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。
可編程控制器對(duì)用戶來說，是一種無觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計(jì)階段選用可編程控制器，在實(shí)施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。
2.1.1 PLC的結(jié)構(gòu)及各部分的作用
可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)。通常由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）、電源和編程器等幾個(gè)部分組成。
（一）中央處理單元（CPU）
CPU作為整個(gè)PLC的核心，起著總指揮的作用。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個(gè)集成電路的芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路連接。CPU的功能有以下一些：從存儲(chǔ)器中讀取指令，執(zhí)行指令，取下一條指令，處理中斷。
（二）存儲(chǔ)器
存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器;存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器；存放工作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。常用的存儲(chǔ)器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一種可進(jìn)行讀寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器存放用戶程序，生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放在RAM中的用戶程序可方便地修改。RAM存儲(chǔ)器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池做備用電源。掉電時(shí)，可有效地保持存儲(chǔ)的信息。EPROM、EEPROM都是只讀存儲(chǔ)器。用這些類型存儲(chǔ)器固化系統(tǒng)管理程序和應(yīng)用程序。
（三）輸入輸出單元（I/O單元）
I/O單元實(shí)際上是PLC與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件。I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。接到PLC輸入接口的輸入器件是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。PLC的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型。
（四）電源
PLC電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。PLC內(nèi)有一個(gè)穩(wěn)壓電源用于對(duì)PLC的CPU單元和I/O單元供電。
（五）編程器
編程器是PLC的最重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶程序送入PLC的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。除此以外，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖?，即可用個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)PLC編程。利用微機(jī)作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。
2.1.2 PLC的工作原理
PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。當(dāng)PLC處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。
（一）輸入處理
輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通端狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。
（二）程序執(zhí)行
根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對(duì)應(yīng)映象寄存器，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，存入有關(guān)器件寄存器中。對(duì)每個(gè)器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化。
（三）輸出處理
程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。
2.1.3 PLC編程語言
（一）梯形圖編程語言
梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，它是在電器控制系統(tǒng)中常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡化了符號(hào)演變來的，形象、直觀、實(shí)用。
梯形圖的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：
(1)梯形圖按從左到右、從上到下的順序排列。每一邏輯行起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的串、并聯(lián)接，最后是線圈與右母線相聯(lián)。
(2)梯形圖中每個(gè)梯級(jí)流過的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒有電源。這個(gè)“概念電流”只是形象地描述用戶程序執(zhí)行中應(yīng)滿足線圈接通的條件。
(3)輸入繼電器用于接收外部輸入信號(hào)，而不能由PLC內(nèi)部其它繼電器的觸點(diǎn)來驅(qū)動(dòng)。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)，而不出現(xiàn)其線圈。輸出繼電器輸出程序執(zhí)行結(jié)果給外部輸出設(shè)備，當(dāng)梯形圖中的輸出繼電器線圈得電時(shí)，就有信號(hào)輸出，但不是直接驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實(shí)現(xiàn)。輸出繼電器的觸點(diǎn)可供內(nèi)部編程使用。
（二）語句表編程語言
指令語句表示一種與計(jì)算機(jī)匯編語言相類似的助記符編程方式，但比匯編語言易懂易學(xué)。一條指令語句是由步序、指令語和作用器件編號(hào)三部分組成。
（三）控制系統(tǒng)流程圖編程圖
控制系統(tǒng)流程圖是一種較新的編程方法。它是用像控制系統(tǒng)流程圖一樣的功能圖表達(dá)一個(gè)控制過程，目前國際電工協(xié)會(huì)(IEC)正在實(shí)施發(fā)展這種新式的編程標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 步進(jìn)電機(jī)及其發(fā)展
步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電機(jī)或階躍電機(jī)，是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛑本€位移的電磁元件，從能量的轉(zhuǎn)換角度看，它和普通電機(jī)無異。國外一般稱為Stepmotor或Stepping motor，Pulse motor，Stepper servo，Stepper等等。
步進(jìn)電機(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)速與控制頻率同步的同步電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的工作過程為，每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，則改變一次勵(lì)磁狀態(tài)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定角度，若沒有脈沖信號(hào)輸入，則轉(zhuǎn)子保持在某一位置靜止不動(dòng)。
步進(jìn)電機(jī)原始模型起源于1830年至1860年間，工作的機(jī)理是基于最基本的電磁鐵作用，步進(jìn)電機(jī)的控制是從1870年前后開始的，應(yīng)用于氫弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中，這被認(rèn)為是最初的步進(jìn)電機(jī)。此后，在電話自動(dòng)交換機(jī)中廣泛使用了步進(jìn)電機(jī)。不久又在缺乏交流電源的船舶和飛機(jī)等獨(dú)立系統(tǒng)中廣泛使用。
隨著永磁材料的發(fā)展，在20世紀(jì)60年代后期，各種實(shí)用性步進(jìn)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展又推動(dòng)了步進(jìn)電機(jī)在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。在近30年間，步進(jìn)電機(jī)迅速發(fā)展并成熟起來。步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)能與直流電機(jī)、異步電機(jī)，以及同步電機(jī)并列，從而成為電動(dòng)機(jī)的一種基本類型。
上世紀(jì)50年代后期，我國開始進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的研究及制造。從50年代后期到60年代后期，主要是科研機(jī)構(gòu)為研究一些裝置而使用或開發(fā)少量產(chǎn)品。這些產(chǎn)品以多段結(jié)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為主。70年代初期，步進(jìn)電機(jī)的生產(chǎn)和研究有所突破。主要在驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方面和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)本體設(shè)計(jì)研究方面。70年代中期至80年代中期為產(chǎn)品發(fā)展階段，主要是新品種高性能電機(jī)不斷被開發(fā)。自80年代中期以來，由于對(duì)步進(jìn)電機(jī)精確模型做了大量研究工作，各種混合式步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器作為產(chǎn)品廣泛利用。
步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5 度 或15 度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8 度而五相步進(jìn)角一般為 0.72 度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。
2.3 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理
步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵部件之一，被廣泛應(yīng)用于需要精確定位、同步、行程控制等場合。
一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三線式、五線式、六線式三種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來驅(qū)動(dòng)。若每旋轉(zhuǎn)一圈以200個(gè)勵(lì)磁信號(hào)來計(jì)算，則每個(gè)勵(lì)磁信號(hào)前進(jìn)1.8 度，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來控制。
二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式可分為全部勵(lì)磁及半步勵(lì)磁,其中全步勵(lì)磁又有1相勵(lì)磁及2相勵(lì)磁之分，而半步勵(lì)磁又稱1-2相勵(lì)磁。圖為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制等效電路，適應(yīng)控制A、B、/A、/B 的勵(lì)磁信號(hào)，即可控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。每輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號(hào)，即可步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
分述如下：
A、1 相勵(lì)磁法：在每一瞬間只有一個(gè)線圈導(dǎo)通。消耗電力小，精確度良好，但轉(zhuǎn)矩小，振動(dòng)較大，每送一個(gè)勵(lì)磁信號(hào)可走1.8 度。若欲以1 相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如圖2-1所示。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。
圖2-1 1相勵(lì)磁法
B、2 相勵(lì)磁法：在每一瞬間會(huì)有二個(gè)線圈同時(shí)導(dǎo)通。因其轉(zhuǎn)矩大，振動(dòng)小，故為目前用最多的勵(lì)磁方式，每送一勵(lì)磁信號(hào)可走1.8 度。若以2 相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如圖所示。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)
圖2-2 2相勵(lì)磁法
C、1-2 相勵(lì)磁法：為1 相與2 相輪流交替導(dǎo)通。因分辨率提高，且運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，每送一勵(lì)磁信號(hào)可走0.9 度，故亦廣泛被采用。若以1 相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如圖2-3所示。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。
圖2-3 1-2 相勵(lì)磁法
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度愈快負(fù)載轉(zhuǎn)矩愈小，當(dāng)速度快至其極限時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即不再運(yùn)轉(zhuǎn)。所以在每走一步后，程序必須延時(shí)一段時(shí)間。
2.4 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)
步進(jìn)電機(jī)由于它的運(yùn)行原理、驅(qū)動(dòng)原理及控制方式的特殊性，使其具有如下特點(diǎn)：
(1)步進(jìn)電機(jī)只能在一定脈沖電源供電下才能運(yùn)行。
(2)采用脈沖供電方式，即勵(lì)磁繞組上施加的不是一個(gè)恒定的直流或交流電壓，而是采用電子開關(guān)斷續(xù)加以直流電壓。
(3)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率保持嚴(yán)格的同步關(guān)系。
(4)定位能力高，具有自鎖能力。
(5)具有較大的加速轉(zhuǎn)矩，其性能的提高與控制方式、驅(qū)動(dòng)電路的參數(shù)等有密切關(guān)系。
(6)正反轉(zhuǎn)及變速響應(yīng)性好，易于啟動(dòng)、停止。
(7)電機(jī)本體部件少，無刷，可靠性高；
(8)步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180范圍內(nèi)選擇，在小步距角情況下，通?？梢栽诔退傧赂咿D(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行，通?？梢圆唤?jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
(9)同時(shí)用一臺(tái)控制器控制幾臺(tái)步進(jìn)電機(jī)可使它們完全同步運(yùn)行。速度可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。
(10)步進(jìn)電機(jī)帶慣性負(fù)載的能力較差。
(11)由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電機(jī)的加速、減速方法根據(jù)利用狀態(tài)不同而復(fù)雜化。
(12)不能直接使用普通的交流電源驅(qū)動(dòng)。
第三章 元器件選擇及I/O分配
3.1 系統(tǒng)基本框圖的確定
電磁鐵推拉力測試系統(tǒng)的基本框圖如圖3-1所示
圖3-1 系統(tǒng)基本框圖
系統(tǒng)測試原理如圖3-2所示
1-力傳感器安裝座 2-測試臺(tái) 3-步進(jìn)電機(jī) 4-滾珠絲桿副 5-移動(dòng)工作臺(tái) 6-力傳感器 7-被測電磁鐵 8-工件安裝座 9-工件安裝工作臺(tái)
圖3-2 系統(tǒng)測試原理圖
3.1.1 元器件的選擇
PLC選用西門子S7-200 CPU222 PLC系列，無需擴(kuò)展。
步進(jìn)電機(jī)選用雷賽公司110HS20兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。
驅(qū)動(dòng)器選用與步進(jìn)電機(jī)相配套的雷賽ND1182 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。
滾珠絲桿型號(hào)為2504-4，導(dǎo)程角4mm。
力傳感器為上海天沐NS-WL1型拉壓力傳感器。
離合器型號(hào)為天津市首達(dá)永恒離合器廠DLY0-20A。
顯示終端選用國光CJ6812系列液晶顯示終端
3.1.2 雷賽ND1182 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器
驅(qū)動(dòng)器接口和接線介紹
P1 端口控制信號(hào)接口描述如圖3-3所示
圖3-3 P1端口控制信號(hào)接口
P2 端口強(qiáng)電接口描述如圖3-4所示
圖3-4 P2端口強(qiáng)電接口
輸入接口電路
輸入接口電路（共陽極接法）控制器集電極開路輸出如圖3-5所示
圖3-5 輸入接口電路（共陽極接法）控制器集電極開路輸出
西門子PLC 系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器共陽極的連接如圖3-6所示
圖3-6 西門子PLC 系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器共陽極連接
控制信號(hào)時(shí)序圖
為了避免一些誤動(dòng)作和偏差，PUL、DIR 和ENA 應(yīng)滿足一定要求，如圖3-7所示：
圖3-7 控制信號(hào)時(shí)序圖
注釋：
（1）t1：ENA（使能信號(hào)）應(yīng)提前DIR 至少5μs，確定為高。一般情況下建議ENA+和ENA-懸空即可。
（2）t2：DIR 至少提前PUL 下降沿5μs 確定其狀態(tài)高或低。
（3）t3：脈沖寬度至少不小于1.2μs。
（4）t4：低電平寬度不小于1.2μs。
ND1182兩相步進(jìn)電機(jī)的典型接線如圖3-8所示
圖3-8 ND1182兩相步進(jìn)電機(jī)的典型接線
工作（動(dòng)態(tài)）電流設(shè)定
四位撥碼開關(guān)SW5-SW8 一共可設(shè)定16 個(gè)電流級(jí)別，參見下表3-1。
表3-1 ND1182驅(qū)動(dòng)器工作（動(dòng)態(tài)）電流設(shè)定
輸出峰值電流
輸出均值電流
SW5
SW6
SW7
SW8
0.7A
0.5A
off
off
off
off
1.2A
0.86A
off
off
off
on
1.72A
1.23A
off
off
on
off
2.2A
1.57A
off
off
on
on
2.75A
1.96A
off
on
off
off
3.28A
2.34A
off
on
off
on
3.75A
2.68A
off
on
on
off
4.22A
3.01A
off
on
on
on
4.72A
3.37A
On
off
off
off
5.2A
3.71A
On
off
off
on
5.78A
4.13A
On
off
on
off
6.25A
4.46A
On
off
on
on
6.78A
4.84A
On
on
off
off
7.31A
5.22A
On
on
off
on
7.81A
5.58A
On
on
on
off
8.2A
5.86A
On
on
on
on
細(xì)分設(shè)定
細(xì)分精度由SW1-SW4 四位撥碼開關(guān)設(shè)定，參見表3-2所示。
表3-2 ND1182驅(qū)動(dòng)器細(xì)分設(shè)定
步數(shù)/轉(zhuǎn)
SW1
SW2
SW3
SW4
200
on
on
on
on
400
off
on
on
on
800
on
off
on
on
1600
off
off
on
on
3200
on
on
off
on
6400
off
on
off
on
12800
on
off
off
on
25600
off
off
off
on
1000
on
on
on
off
2000
off
on
on
off
4000
on
off
on
off
5000
off
off
on
off
8000
on
on
off
off
10000
off
on
off
off
20000
on
off
off
off
25000
off
off
off
off
3.1.3 雷賽110HS20兩相混合式步進(jìn)電機(jī)
技術(shù)規(guī)格如圖3-9所示
圖3-9雷賽110HS20兩相混合式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)規(guī)格
外形尺寸如圖3-10所示
圖3-10雷賽110HS20兩相混合式步進(jìn)電機(jī)外形尺寸
接線圖如圖3-11所示
圖3-11 雷賽110HS20兩相混合式步進(jìn)電機(jī)接線圖
3.2 系統(tǒng)控制過程
電磁鐵推拉力測力系統(tǒng)的控制過程：
步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角是1.8度，步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈需要200個(gè)脈沖，滾珠絲杠每轉(zhuǎn)一圈前進(jìn)4mm。正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)行程是30mm，所以一個(gè)單行程需要1500個(gè)脈沖。
現(xiàn)擬定讓步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，用100個(gè)高速脈沖讓步進(jìn)電機(jī)的速度從0到一個(gè)穩(wěn)速，然后穩(wěn)速運(yùn)行1300個(gè)脈沖，再用100個(gè)脈沖讓步進(jìn)電機(jī)從穩(wěn)速到0。再讓步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，整個(gè)反轉(zhuǎn)過程同正轉(zhuǎn)一樣，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)各一次，用高速計(jì)數(shù)器實(shí)時(shí)記錄脈沖個(gè)數(shù)值。
3.3 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配
控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配如圖3-12
圖3-12 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配
第四章 系統(tǒng)控制過程設(shè)計(jì)
主程序網(wǎng)絡(luò)1如圖4-1。
圖4-1 主程序網(wǎng)絡(luò)1
主程序網(wǎng)絡(luò)1中SM0.1是首次掃描接通，用于初始化，也就是說PLC啟動(dòng)后第一次掃描置位Q0.1，即給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器方向端子高電平，步進(jìn)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)。S就是置位指令，就是將此置為1。下面的R就是復(fù)位指令，將位置為0
主程序網(wǎng)絡(luò)2如圖4-2。
圖4-2 主程序網(wǎng)絡(luò)2
主程序網(wǎng)絡(luò)2中，SM0.1還是初次掃描接通，即PLC接通瞬間第一次掃描周期調(diào)用高速輸出子程序，至于為什么用SM0.1調(diào)用，這是因?yàn)槲鏖T子PLC中高速輸出的程序調(diào)用必須用脈沖調(diào)用，也就是說子程序不能處于一直調(diào)用狀態(tài)。而復(fù)位Q0.0這是高速輸出子程序的格式，防止Q0.0處于高電平而不能進(jìn)行高速輸出。因?yàn)槌苏D(zhuǎn)調(diào)用高速輸出外，在正轉(zhuǎn)結(jié)束后電機(jī)還要反轉(zhuǎn)，也就是需要二次調(diào)用高速輸出子程序，因?yàn)镾M0.1只有PLC初次掃描時(shí)接通，以后都處于關(guān)閉狀態(tài)，所以二次調(diào)用需要用到另外一個(gè)中間位，這里本人用了M0.0（也可以是其他中間位），前面說過，高速輸出子程序的調(diào)用必須是脈沖調(diào)用，所以M0.0不能一直接通，而是接通瞬間又要關(guān)閉，故后面加一個(gè)上升沿|P|復(fù)位掉M0.0，這樣M0.0接通時(shí)調(diào)用高速輸出，然后又?jǐn)嚅_，這樣就形成了一個(gè)脈沖來調(diào)用高速輸出子程序，M0.0的置位是在后面做的，后面再講。
如圖4-3所示的主程序網(wǎng)絡(luò)3中，由于還要對(duì)當(dāng)前輸出的脈沖進(jìn)行實(shí)施觀測，所以還需要對(duì)脈沖進(jìn)行高速計(jì)數(shù)，這里就是調(diào)用高速計(jì)數(shù)的子程序，至于為什么用SM0.1，解釋同高速輸出，這個(gè)子程序的調(diào)用也必須是脈沖調(diào)用。
圖4-3 主程序網(wǎng)絡(luò)3
高速輸出子程序中網(wǎng)絡(luò)1中（如圖4-4所示），SM0.0是PLC中一個(gè)特殊寄存器，就是一直接通的一個(gè)開關(guān)。MOV就是寫數(shù)據(jù)的指令，就是將數(shù)據(jù)寫入地址。這是對(duì)脈沖三段輸出的輪廓表格式字寫入，因?yàn)镻TO脈沖輸出是有一個(gè)加速段，一個(gè)勻速段，一個(gè)減速段，一共三段，所以要對(duì)這三段的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。西門子PLC脈沖輸出PTO三段輸出的參數(shù)設(shè)置格式就是這個(gè)樣子的。這是西門子PLC規(guī)定的。
VB500（首地址，這個(gè)首地址也可以是其他地址），這里寫入的是一個(gè)字節(jié)，固定為3，意思就是三段輸出；VW501，下一個(gè)地址，這里是寫入的一個(gè)字，寫入的是初始周期，本人這里寫入的是300微秒，VW503是加速段平均變化周期，寫入-2意思是每個(gè)脈沖周期大小減2，周期減小，脈沖輸出頻率就會(huì)增加，步進(jìn)速度 加快；VD505，這里寫入的是一個(gè)雙字，是加速段的脈沖數(shù)，按照設(shè)計(jì)要求是100個(gè)脈沖，寫入100；VW509是勻速段的脈沖輸出周期，這里寫入100微秒，VW511是勻速段平均變化周期，但是因?yàn)閯蛩俣沃芷谑遣蛔兊?，所以這里固定寫入0；VD513是勻速段的脈沖個(gè)數(shù)，按設(shè)計(jì)要求是1300個(gè)脈沖，寫入1300；VW517是減速段的初始周期，也就是勻速段的周期，100微秒；VW519是減速段平均變化周期，寫入2，即每個(gè)脈沖周期加2，這樣脈沖頻率就會(huì)慢慢降低，電機(jī)速度就會(huì) 下降；VD521是減速段的脈沖數(shù)，按設(shè)計(jì)要求是100個(gè)，寫入100。
圖4-4 高速輸出子程序中網(wǎng)絡(luò)（接上一頁）
圖4-5 高速輸出子程序網(wǎng)絡(luò)2
高速輸出子程序網(wǎng)絡(luò)2中（如圖4-5），SMB67是高速PTO脈沖輸出的控制字，控制字各個(gè)位的意思如圖4-6所示：
圖4-6 高速脈沖輸出控制字
由于用的是Q0.0作為脈沖輸出，所以要用到SMB67，而不是SMB77，SMB67是一個(gè)字節(jié)，有8個(gè)位組成，分別是SM67.0~SM67.7，每個(gè)位的意思如上圖所示。這里寫入的是2#10100000，這是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，也就是只有SM67.7和SM67.5為1，其他幾個(gè)位都是0，這個(gè)意思就是啟用PTO/PWM高速脈沖輸出（SM67.7為1），選擇PTO模式（SM67.6為0），多段操作（SM67.5為1），異步更新（SM67.4為0，這個(gè)參數(shù)一般不常用，影響不大），周期單位選擇為微秒（SM67.3為0），脈沖計(jì)數(shù)無更新（SM67.2為0.，因?yàn)槊}沖數(shù)都在多段輪廓表里規(guī)定過了，所以不需要更新），脈寬無更新（SM67.1為0，PTO輸出的脈寬是不變的，占空比一直都是50%，所以這個(gè)參數(shù)只針對(duì)PWM模式才有效），周期無更新（SM67.0為0，周期值輪廓表已規(guī)定，這里不需要更新）。
SMW168這里要寫入前面我們?nèi)屋喞淼氖椎刂?，首地址是VB500，所以這里寫入數(shù)據(jù)500，至于為什么寫到SMW168里面，這是西門子PLC規(guī)定的。
ATCH這是連接中斷，INT0是進(jìn)入中斷子程序INT0，19是中斷號(hào)，19號(hào)中斷就是PTO0輸出完成。這個(gè)指令的意思就是Q0.0的PTO脈沖輸出完成后程序就進(jìn)入中斷子程序INT0進(jìn)行一周期的掃描。
PLS是脈沖輸出的指令，在前面對(duì)各種參數(shù)設(shè)置完成后就要調(diào)用這個(gè)指令開始脈沖輸出了。
圖4-7 高速計(jì)數(shù)子程序
高速計(jì)數(shù)子程序如圖4-7所示，用SM0.1調(diào)用，這是西門子PLC高速計(jì)數(shù)的格式，規(guī)定是SM0.1調(diào)用，SMB37，這個(gè)地址里是寫入高速計(jì)數(shù)的控制字，如圖4-8所示。一般采用的是計(jì)數(shù)器HSC0，所以控制字是SMB37，同上面講到的高速輸出控制字，這個(gè)控制字也是一個(gè)字節(jié)，由8位組成，為SM37.0--SM37.7。這里寫入的數(shù)據(jù)是16#F8，這是一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)，換成二進(jìn)制就是2#11111000，意思就是啟用HSC，更新當(dāng)前計(jì)數(shù)值（因?yàn)橄旅嬉氘?dāng)前計(jì)數(shù)值里寫入數(shù)據(jù)0，所以要更新），更新預(yù)設(shè)值（理由同計(jì)數(shù)值），更新方向（因?yàn)槲覀冞@里只是計(jì)數(shù)當(dāng)前輸出脈沖，并不管脈沖的方向，所以這里無所謂），向上計(jì)數(shù)（就是增計(jì)數(shù)，每給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)值就加1），其他三個(gè)位用不到。
圖4-8 高速計(jì)數(shù)的控制字
HDEF是定義高速計(jì)數(shù)器的模式，參數(shù)HSC為0的意思就是使用高速計(jì)數(shù)器HSC0，參數(shù)MODE是9的意思就是采用模式9，模式的意思如圖4-9。模式9是A/B相正交計(jì)數(shù)器，因?yàn)橛蠥B兩相，所以采用了模式9，這樣A相就接I0.0，B相就接I0.1。
圖4-9 （接上一頁）
SMD38這個(gè)地址里放的是當(dāng)前計(jì)數(shù)值，因?yàn)橛?jì)數(shù)從0開始計(jì)數(shù)，所以寫入0。SMD42這個(gè)地址放的是預(yù)設(shè)值，這個(gè)一般用于高速計(jì)數(shù)中斷，因?yàn)橛貌坏礁咚儆?jì)數(shù)中斷，所以這里的預(yù)設(shè)值只需要大于前面輸出脈沖個(gè)數(shù)的最大值就可以了。HSC就是調(diào)用高速計(jì)數(shù)了，在各種參數(shù)都寫入規(guī)定好后就要調(diào)用了。
圖4-10 中斷子程序INTO網(wǎng)絡(luò)1
中斷子程序INT0網(wǎng)絡(luò)1如上圖4-10所示，前面說過這個(gè)中斷子程序是PTO高速輸出完成后所要掃描的程序，網(wǎng)絡(luò)1的意思就是在PTO高速輸出完成后，也就是正轉(zhuǎn)完成后，復(fù)位掉方向輸出Q0.1，即這時(shí)驅(qū)動(dòng)器的方向控制端子為低電平，電機(jī)進(jìn)入反轉(zhuǎn)狀態(tài)，因?yàn)榉崔D(zhuǎn)也需要脈沖驅(qū)動(dòng)，并且也是加速、勻速、減速三個(gè)階段，并且加減速的各種參數(shù)以及脈沖數(shù)都和正轉(zhuǎn)是相同，所以需要二次調(diào)用高速脈沖輸出，所以這里置位M0.0、M0.0置位后，在主程序網(wǎng)絡(luò)2中高速輸出子程序的前面又接通了，所以就實(shí)現(xiàn)了二次調(diào)用。至于為什么在置位M0.0前面加上一個(gè)Q0.1的常開點(diǎn)，這是因?yàn)槿绻患舆@個(gè)常開點(diǎn)在反轉(zhuǎn)脈沖輸出結(jié)束后程序再次進(jìn)入中斷子程序，再次置位M0.0，這樣就會(huì)出現(xiàn)三次調(diào)用高速輸出，電機(jī)就會(huì)在反轉(zhuǎn)結(jié)束后再次轉(zhuǎn)動(dòng)，與要求不符，所以加個(gè)Q0.1的常開點(diǎn)，這樣在第一次正轉(zhuǎn)結(jié)束后進(jìn)入中斷時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)是正轉(zhuǎn)狀態(tài)方向Q0.1是1（在主程序網(wǎng)絡(luò)1中初始化置位），所以這個(gè)時(shí)候Q0.1的常開點(diǎn)是接通的，就能成功置位M0.0實(shí)現(xiàn)高速輸出子程序的二次調(diào)用，而在反轉(zhuǎn)脈沖輸出完成后進(jìn)入中斷時(shí)，這是是反轉(zhuǎn)狀態(tài)，Q0.1是0，Q0.1的常開點(diǎn)是斷開的，所以這時(shí)就不能置位M0.0，就不會(huì)出現(xiàn)三次調(diào)用。
圖4-11 中斷子程序INT0網(wǎng)絡(luò)2
中斷子程序INTO網(wǎng)絡(luò)2如上圖4-11所示，在正轉(zhuǎn)脈沖輸出完成后進(jìn)入中斷，然后就將0寫入SMD38，前面說過SMD38這個(gè)地址的數(shù)據(jù)是高速計(jì)數(shù)的當(dāng)前值，所以正轉(zhuǎn)結(jié)束進(jìn)入中斷后就清零當(dāng)前值，為下次反轉(zhuǎn)做準(zhǔn)備；同樣反轉(zhuǎn)結(jié)束后也是清零，為下次使用電機(jī)正傳的計(jì)數(shù)做準(zhǔn)備。
SMB37是16#C0，這是高速計(jì)數(shù)的控制字，各個(gè)位的意思前面已經(jīng)介紹過，16#C0換算成二進(jìn)制數(shù)就是2#11000000，即啟用高速計(jì)數(shù)，更新當(dāng)前值。因?yàn)橐匦虑辶惝?dāng)前值，所以要對(duì)當(dāng)前值更新的這個(gè)位置1。下面就是調(diào)用HSC0，前面對(duì)當(dāng)前值的更改只有在調(diào)用這個(gè)HSC指令后才能生效。
至此整個(gè)設(shè)計(jì)過程結(jié)束。
符號(hào)表見圖3-12
結(jié)束語
本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)是基于PLC控制步進(jìn)電機(jī)，借助于力傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁鐵推拉力測試，是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和嚴(yán)格監(jiān)督下完成的。通過這次設(shè)計(jì)，本人對(duì)所學(xué)的知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中有了更感性的認(rèn)識(shí)和全新的體會(huì)。本次論文設(shè)計(jì)讓我學(xué)會(huì)了怎樣實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。對(duì)PLC、步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵等有了更深刻了解。學(xué)會(huì)了用PLC編程、PLC的基本指令及其功能指令。理解了步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、電磁鐵等的工作原理和使用方法。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了我的專業(yè)方面的能力，在與小組成員的合作中，也學(xué)會(huì)了溝通和合作，學(xué)會(huì)共同解決問題，互幫互助。對(duì)于各自的問題也有更深的理解。也鍛煉了我們?cè)趩栴}和困難面前的耐心與毅力，不輕易放棄，一遍不行就試第二遍，相信自己最終都能解決。當(dāng)然要感謝毛老師在整個(gè)設(shè)計(jì)中對(duì)我們耐心詳細(xì)的講解和輔導(dǎo)，及理論和技術(shù)等各方面的支持。使我們能更好的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
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附錄I 程序梯形圖
主程序
子程序 高速脈沖輸出:
子程序 高速計(jì)數(shù)器
子程序 中斷程序
附錄Ⅱ 程序語句表
主程序:
Network 1 Q0.1接步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器方向脈沖，初始化置位Q0.1，步進(jìn)正傳
LD SM0.1
S Q0.1, 1
Network 2 調(diào)用高速脈沖輸出，同時(shí)M0.0作為第一次正傳脈沖輸出結(jié)束后使能反轉(zhuǎn)脈沖輸出
LD SM0.1
O M0.0
CALL SBR0
R Q0.0, 1
EU
R M0.0, 1
Network 3 調(diào)用高數(shù)計(jì)數(shù)
LD SM0.1
CALL SBR1
子程序高速脈沖輸出:
Network 1 這是西門子PLC中高速PTO脈沖輸出3段輸出的格式字，3是指三段（加速段，勻速段，減速段），Q0.0是脈沖輸出點(diǎn)，接驅(qū)動(dòng)器脈沖信號(hào)端
LD SM0.0
MOVB 3, VB500
MOVW 100, VW501
MOVW -2, VW503
MOVD 100, VD505
MOVW 100, VW509
MOVW 0, VW511
MOVD 1300, VD513
MOVW 100, VW517
MOVW 2, VW519
MOVD 100, VD521
Network 2 這是執(zhí)行PTO高速輸出指令，同時(shí)在輸出結(jié)束進(jìn)入中斷
LD SM0.0
MOVB 2#10100000, SMB67
MOVW 500, SMW168
ATCH INT0, 19
ENI
PLS 0
子程序高速計(jì)數(shù):
Network 1 這是西門子高速計(jì)數(shù)器格式，采用HSC0計(jì)數(shù)器9號(hào)模式（AB相正交，A接I0.0，B接I0.1）
LD SM0.1
MOVB 16#F8, SMB37
HDEF 0, 9
MOVD 0, SMD38
MOVD 99999999, SMD42
HSC 0
中斷程序:
Network 1 在正傳脈沖輸出結(jié)束后復(fù)位Q0.1，反轉(zhuǎn)，同時(shí)置位M0.0，在主程序中再次調(diào)用脈沖輸出，實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)運(yùn)行
LD SM0.0
LPS
A Q0.1
S M0.0, 1
LPP
R Q0.1, 1
Network 2
// 正傳脈沖輸出結(jié)束后，高速計(jì)數(shù)器清零，為反轉(zhuǎn)脈沖計(jì)值做初始化
LD SM0.0
MOVD 0, SMD38
MOVB 16#C0, SMB37
HSC 0
附錄Ⅲ 控制系統(tǒng)外部接線圖