1198-電磁鐵推拉力測(cè)試系統(tǒng)——控制部分設(shè)計(jì)劉明
1198-電磁鐵推拉力測(cè)試系統(tǒng)——控制部分設(shè)計(jì)劉明,電磁鐵,拉力,測(cè)試,系統(tǒng),控制,節(jié)制,部分,部份,設(shè)計(jì),劉明
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目：電磁鐵推拉力測(cè)試系統(tǒng)——控制部分設(shè)計(jì)專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2006183829 姓 名： 劉 明 指導(dǎo)教師： 毛美姣 完成日期： 2010-6-4 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)論文（設(shè)計(jì)）題目： 電磁鐵推拉力測(cè)試系統(tǒng)——控制部分設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 2006183829 姓名： 劉 明 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 毛美姣 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求本設(shè)計(jì)內(nèi)容是電磁鐵推拉力測(cè)試統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用 S7-200 PLC 系列，控制兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和速度控制，結(jié)合滾珠絲桿，利用力傳感器技術(shù)， 采用 PLC 控制一個(gè)步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲桿組成的機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)推或拉力小于 2000N，行程小于±30mm 的電磁鐵的推拉力測(cè)試，得到其推或拉力與銜鐵位移之間的關(guān)系曲。 用 S7-200 PLC 的高速脈沖輸出指令和高速計(jì)數(shù)指令實(shí)現(xiàn)脈沖的高速輸出和高數(shù)計(jì)數(shù)。 二、重點(diǎn)研究的問(wèn)題1.S7-200 PLC 的基本指令和功能指令以其編程方法 2.步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和 PLC 之間的接線方法 3.控制系統(tǒng)的梯形圖、語(yǔ)句表、控制部分原理圖 三、進(jìn)度安排序號(hào) 各階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間1 查資料 2010.3.102 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編寫(xiě)程序 2010.4.263 翻譯 2010.5.104 撰寫(xiě)論文 2010.5.285 答辯四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)應(yīng)收集的資料： 一、S7-200 PLC 的使用教程 二、步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的工作原理和特征參數(shù) 三、電磁鐵、力傳感器、滾珠絲桿的應(yīng)用 四、外文資料一篇 主要參考文獻(xiàn)： [1] 黃賢武，鄭筱霞. 傳感器原理與應(yīng)用［M］ ．成都:電子科技大學(xué)出版社,高等教育出版社 [2] 黃堅(jiān). 可編程控制器原理及其應(yīng)用［M］ ．北京:高等教育出版社 [3] 戴佳,戴衛(wèi)恒.執(zhí)行電動(dòng)機(jī) [M].北京：電子工業(yè)出版社 [4]何立民.機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表學(xué)號(hào) 2006183829 姓名 劉 明 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 電磁鐵推拉力測(cè)試系統(tǒng)——控制部分設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目 評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；2.難度、份量是否適當(dāng)；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無(wú)觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；3.有無(wú)理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)新之處。綜合評(píng)價(jià)評(píng)閱人： 2010 年 6 月 日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見(jiàn)學(xué)號(hào)： 2006183829 姓名： 劉 明 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 頁(yè) 圖 表 張論文（設(shè)計(jì)）題目： 電磁鐵推拉力測(cè)試系統(tǒng)——控制部分設(shè)計(jì) 內(nèi)容提要：本設(shè)計(jì)內(nèi)容是電磁鐵推拉力測(cè)試統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用 S7-200 PLC 系列，控制兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和速度控制，結(jié)合滾珠絲桿，利用力傳感器技術(shù)，采用 PLC 控制一個(gè)步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲桿組成的機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)推或拉力小于 2000N，行程小于±30mm 的電磁鐵的推拉力測(cè)試，得到其推或拉力與銜鐵位移之間的關(guān)系曲線。用S7-200 PLC 的高速脈沖輸出指令和高速計(jì)數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)脈沖的高速輸出和高速計(jì)數(shù)。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)該論文技術(shù)方案較為合理，工作量較為合適，分析論證較為嚴(yán)密，有一定的創(chuàng)新性，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)能力尚可說(shuō)明書(shū)邏輯性較為規(guī)范，邏輯性尚可。另外，該生工作態(tài)度比較積極，工作能力尚可。同意其參加答辯，建議成績(jī)?cè)u(píng)定為合格。指導(dǎo)教師： 2010 年 6 月 日答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語(yǔ)答辯小組組長(zhǎng)： 2010 年 6 月 日答辯委員會(huì)意見(jiàn)答辯委員會(huì)主任： 2010 年 6 月 日電磁鐵推拉力測(cè)試系統(tǒng)——控制部分摘要：電磁鐵在我們的日常生活中到處可見(jiàn)，應(yīng)用非常廣泛，生活中我們?cè)絹?lái)越離不開(kāi)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。電磁鐵的靜態(tài)力性能直接影響到由它所構(gòu)成的元件及裝置的整體性能，進(jìn)行電磁鐵的靜態(tài)力特性分析，對(duì)電磁鐵的設(shè)計(jì)制造和實(shí)際應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。本論文基于 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)，對(duì)電磁鐵進(jìn)行推拉力測(cè)試，得到其推或拉力與銜鐵位移之間的關(guān)系曲線。對(duì)西門(mén)子 S7-200 PLC 系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，掌握了西門(mén)子S7-200 PLC 系統(tǒng)的組成、基本指令及其功能指令。理解的步進(jìn)電機(jī)的工作原理及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了 PLC 對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。關(guān)鍵詞：電磁鐵，S7-200，步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器Solenoid Push Pull Test System - Control PartAbstact：Electromagnet in our daily life everywhere, is widely used in daily life more and we can not do without it. Is an electrical solenoid, which is widely used in machine tools, cranes and other large electrical and mechanical equipment. Electromagnet static forces directly affects the performance of its composition from the overall performance of components and equipment to carry out the static force analysis of the electromagnet, the electromagnet of the design and manufacture and application has some reference value. This paper, based on PLC control of stepping motor and ball screw institution, application of force sensor technology, push pull solenoid for test, get the push or pull the relationship between the keeper and the displacement curve. Siemens S7-200 PLC system and the stepper motor in-depth study and master the Siemens S7-200 PLC system components, basic commands and features instruction. Understand the working principle of stepper motor and drive control technology, the PLC on the stepper motor control.Key words：Electromagnet, S7-200, stepping motor, drive湘潭大學(xué)興湘學(xué)院1目錄第一章 引言 ............................................................................................................................................11.1 電磁鐵概述 .................................................................................................................................11.2 課題背景及意義 .........................................................................................................................11.3 國(guó)內(nèi)外基本研究情況 .................................................................................................................11.4 課題的主要研究?jī)?nèi)容 .................................................................................................................1第二章 理論知識(shí)介紹 .........................................................................................................................32.1 PLC 簡(jiǎn)介 ......................................................................................................................................32.1.1 PLC 的結(jié)構(gòu)及各部分的作用 ........................................................................................42.1.2 PLC 的工作原理 ............................................................................................................52.1.3 PLC 編程語(yǔ)言 ................................................................................................................52.2 步進(jìn)電機(jī)及其發(fā)展 .....................................................................................................................62.3 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 .....................................................................................................72.4 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) .........................................................................................................................8第三章 元器件選擇及 I/O 分配 .....................................................................................................103.1 系統(tǒng)基本框圖的確定 ...............................................................................................................103.1.1 元器件的選擇 .............................................................................................................113.1.2 雷賽 ND1182 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 ..........................................................................................113.1.3 雷賽 110HS20 兩相混合式步進(jìn)電機(jī) .........................................................................153.2 系統(tǒng)控制過(guò)程 ...........................................................................................................................173.3 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(guò)程設(shè)計(jì) ................................................................................................18結(jié)束語(yǔ) ..................................................................................................................................26參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................................27湘潭大學(xué)興湘學(xué)院1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(jiàn)，應(yīng)用非常廣泛，生活中我們?cè)絹?lái)越離不開(kāi)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(kāi)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(lái)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(kāi)彈簧，把抱閘提起，于是放開(kāi)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(kāi)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(guò)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(pán)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(kāi)閉電路，起到一個(gè)開(kāi)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(guó)內(nèi)外有許多機(jī)構(gòu)、學(xué)者都曾做過(guò)電磁鐵的推拉力測(cè)試，可以測(cè)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(cè)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(cè)試是非常必要的。1.3 國(guó)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(cè)試具有非常的實(shí)際意義。國(guó)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(guò)。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(cè)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?jī)?nèi)容電磁鐵推拉力測(cè)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(cè)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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院2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(wèn)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(cè)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(yǔ)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(wèn)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(cè)試。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院3第二章 理論知識(shí)介紹2.1 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(lái)，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(kāi)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(guò)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(lái) 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(xiāo)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(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的 PLC 只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車(chē)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(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)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(guò)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(kāi)關(guān)量來(lái)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(lái)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(méi)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(lái)，隨著 PLC 價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開(kāi)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)仍將保持高速增湘潭大學(xué)興湘學(xué)院4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(lái)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?？删幊炭刂破鲗?duì)用戶來(lái)說(shuō)，是一種無(wú)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(guò)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(mén)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(wèn)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(guò)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(xiě)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(kāi)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)換湘潭大學(xué)興湘學(xué)院5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(kāi)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)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(yǔ)言（一）梯形圖編程語(yǔ)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(jiǎn)化了符號(hào)演變來(lái)的，形象、直觀、實(shí)用。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院6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(guò)的不是物理電流，而是“概念電流” ，從左流向右，其兩端沒(méi)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(lái)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(guò)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(yǔ)句表編程語(yǔ)言指令語(yǔ)句表示一種與計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言相類似的助記符編程方式，但比匯編語(yǔ)言易懂易學(xué)。一條指令語(yǔ)句是由步序、指令語(yǔ)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(guò)程，目前國(guó)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(wú)異。國(guó)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(wú)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(guò)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(guò)一定角度，若沒(méi)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(kāi)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(lái)。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(guó)開(kāi)始進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的研究及制造。從 50 年代后期到湘潭大學(xué)興湘學(xué)院760 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(kāi)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(kāi)發(fā)。自 80 年代中期以來(lái)，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(guó)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(chǎng)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(lái)驅(qū)動(dòng)。若每旋轉(zhuǎn)一圈以 200 個(gè)勵(lì)磁信號(hào)來(lái)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(lái)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)磁法湘潭大學(xué)興湘學(xué)院8B、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(kāi)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。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院9(7)電機(jī)本體部件少，無(wú)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，通常可以在超低速下高轉(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)。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院10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(cè)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(cè)試原理如圖 3-2 所示1-力傳感器安裝座 2- 測(cè)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(cè)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(cè)試原理圖湘潭大學(xué)興湘學(xué)院113.1.1 元器件的選擇PLC 選用西門(mén)子 S7-200 CPU222 PLC 系列，無(wú)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(guó)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(yáng)極接法）控制器集電極開(kāi)路輸出如圖3-5所示湘潭大學(xué)興湘學(xué)院12圖3-5 輸入接口電路（共陽(yáng)極接法）控制器集電極開(kāi)路輸出西門(mén)子 PLC 系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器共陽(yáng)極的連接如圖 3-6 所示圖 3-6 西門(mén)子 PLC 系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器共陽(yáng)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：湘潭大學(xué)興湘學(xué)院13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 所示湘潭大學(xué)興湘學(xué)院14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(kāi)關(guān) SW5-SW8 一共可設(shè)定 16 個(gè)電流級(jí)別，參見(jiàn)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 SW80.7A 0.5A off off off off1.2A 0.86A off off off on1.72A 1.23A off off on off2.2A 1.57A off off on on2.75A 1.96A off on off off3.28A 2.34A off on off on3.75A 2.68A off on on off湘潭大學(xué)興湘學(xué)院154.22A 3.01A off on on on4.72A 3.37A On off off off5.2A 3.71A On off off on5.78A 4.13A On off on off6.25A 4.46A On off on on6.78A 4.84A On on off off7.31A 5.22A On on off on7.81A 5.58A On on on off8.2A 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(kāi)關(guān)設(shè)定，參見(jiàn)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 SW4200 on on on on400 off on on on800 on off on on1600 off off on on3200 on on off on6400 off on off on12800 on off off on25600 off off off on1000 on on on off2000 off on on off4000 on off on off5000 off off on off8000 on on off off10000 off on off off20000 on off off off25000 off off off off3.1.3 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)格湘潭大學(xué)興湘學(xué)院16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)接線圖湘潭大學(xué)興湘學(xué)院173.2 系統(tǒng)控制過(guò)程電磁鐵推拉力測(cè)力系統(tǒng)的控制過(guò)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?，F(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(guò)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)及地址分配湘潭大學(xué)興湘學(xué)院18第四章 系統(tǒng)控制過(guò)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(shuō) 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(mén)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(shuō)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)?SM0.1 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(shuō)過(guò)，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_(kāi)，這樣就形成了一個(gè)脈沖來(lái)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。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院19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(cè)，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(kāi)關(guān)。MOV 就是寫(xiě)數(shù)據(jù)的指令，就是將數(shù)據(jù)寫(xiě)入地址。這是對(duì)脈沖三段輸出的輪廓表格式字寫(xiě)入，因?yàn)?PTO 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(mén)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(mén)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(xiě)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(xiě)入的一個(gè)字，寫(xiě)入的是初始周期，本人這里寫(xiě)入的是 300 微秒，VW503 是加速段平均變化周期，寫(xiě)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(xiě)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(xiě)入 100；VW509 是勻速段的脈沖輸出周期，這里寫(xiě)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模赃@里固定寫(xiě)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(xiě)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(xiě)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(xiě)入 100。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院20湘潭大學(xué)興湘學(xué)院21圖 4-4 高速輸出子程序中網(wǎng)絡(luò)（接上一頁(yè)）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(xiě)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(wú)更湘潭大學(xué)興湘學(xué)院22新（SM67.2 為 0.，因?yàn)槊}沖數(shù)都在多段輪廓表里規(guī)定過(guò)了，所以不需要更新） ，脈寬無(wú)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(wú)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(xiě)入前面我們?nèi)屋喞淼氖椎刂?，首地址?VB500，所以這里寫(xiě)入數(shù)據(jù) 500，至于為什么寫(xiě)到 SMW168 里面，這是西門(mén)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(kāi)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(mén)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(xiě)入高速計(jì)數(shù)的控制字，如圖 4-8 所湘潭大學(xué)興湘學(xué)院23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(xiě)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(xiě)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(wú)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?AB 兩相，所以采用了模式 9，這樣 A 相就接 I0.0，B 相就接I0.1。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院24圖 4-9 （接上一頁(yè)）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(kāi)始計(jì)數(shù)，所以寫(xiě)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(xiě)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(shuō)過(guò)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(kāi)點(diǎn)，這是因?yàn)槿绻患舆@個(gè)常開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)點(diǎn)是斷開(kāi)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。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院25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(xiě)入 SMD38，前面說(shuō)過(guò) 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(guò)，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(guò)程結(jié)束。符號(hào)表見(jiàn)圖 3-12湘潭大學(xué)興湘學(xué)院26結(jié)束語(yǔ)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(cè)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(guò)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(wèn)題，互幫互助。對(duì)于各自的問(wèn)題也有更深的理解。也鍛煉了我們?cè)趩?wèn)題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)。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院27參考文獻(xiàn)[1] 王永華主編.現(xiàn)代電器控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社,2006.[2] 王季秩,曲家騏編著.執(zhí)行電動(dòng)機(jī)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1997.[3] 蔡行健主編.深入淺出西門(mén)子 S7-200PLC[M].北京: 北京航空航天大學(xué)出版社,2005.[4] 楊黎明編著.機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)[M].北京: 國(guó)防工業(yè)出版社,2007 [5] 史敬灼著.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服控制技術(shù)[M].北京: 科學(xué)出版社,2006.[6] 孫以材編著.壓力傳感器的設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用[M].北京: 冶金工業(yè)出版社,1999.[7] 廖常初編著.PLC 編程及應(yīng)用[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2004. [8] 湯以范編著.電氣與可編程序控制器技術(shù)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2004.[9] 宋伯生.PLC 順序控制程序工程方法[J].電氣時(shí)代.[10] 孫平編著.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京: 高等教育出版社,2002.[11] 張冠生,陸儉國(guó)主編.電磁鐵與自動(dòng)電磁元件[M]北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1982.湘潭大學(xué)興湘學(xué)院28附錄I 程序梯形圖主程序子程序 高速脈沖輸出:湘潭大學(xué)興湘學(xué)院29湘潭大學(xué)興湘學(xué)院30子程序 高速計(jì)數(shù)器湘潭大學(xué)興湘學(xué)院31子程序 中斷程序湘潭大學(xué)興湘學(xué)院32附錄Ⅱ 程序語(yǔ)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 SM0.1S Q0.1, 1Network 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 SM0.1O M0.0CALL SBR0R Q0.0, 1EUR M0.0, 1Network 3 調(diào)用高數(shù)計(jì)數(shù)LD SM0.1CALL SBR1子程序高速脈沖輸出:Network 1 這是西門(mén)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 SM0.0MOVB 3, VB500MOVW 100, VW501MOVW -2, VW503MOVD 100, VD505MOVW 100, VW509MOVW 0, VW511MOVD 1300, VD513MOVW 100, VW517MOVW 2, VW519MOVD 100, VD521Network 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 SM0.0MOVB 2#10100000, SMB67MOVW 500, SMW168湘潭大學(xué)興湘學(xué)院33ATCH INT0, 19ENIPLS 0子程序高速計(jì)數(shù):Network 1 這是西門(mén)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 SM0.1MOVB 16#F8, SMB37HDEF 0, 9MOVD 0, SMD38MOVD 99999999, SMD42HSC 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 SM0.0LPSA Q0.1S M0.0, 1LPPR Q0.1, 1Network 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 SM0.0MOVD 0, SMD38MOVB 16#C0, SMB37HSC 0湘潭大學(xué)興湘學(xué)院11附錄Ⅲ 控制系統(tǒng)外部接線圖
收藏