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1、 南　京　工　業(yè)　大　學(xué) 畢　業(yè)　設(shè)　計(jì) 題　　目：激光體積檢測系統(tǒng)傳送 裝置控制設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：李滿 學(xué)　　號： P1501080718 ?！　I(yè)：自動化 班　　級：浦自0807 指導(dǎo)教師：孫冬梅 2012年6月 III 體積檢測

2、系統(tǒng)傳送裝置控制設(shè)計(jì) 摘　要 激光體積檢測系統(tǒng)的傳送裝置的控制中，實(shí)現(xiàn)對PLC控制電機(jī)，對傳送帶的速度調(diào)節(jié)和開關(guān)控制。同時(shí)完成與硬件系統(tǒng)的通訊，實(shí)現(xiàn)速度信息、開關(guān)信息等信號的上傳的目標(biāo)。本課題以可編程邏輯控制器（PLC）、步進(jìn)電機(jī)為基礎(chǔ)，采用PLC控制技術(shù)，開展該控制技術(shù)的測試，實(shí)現(xiàn)了PLC對步進(jìn)電機(jī)開關(guān)、正反轉(zhuǎn)、加減速等控制。 本文以成熟可靠的可編程邏輯控制技術(shù)和具備諸多優(yōu)點(diǎn)的步進(jìn)電機(jī)為課題背景，論述了基于西門子PLC驅(qū)動控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)開發(fā)過程，主要完成課題中系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計(jì)。首先介紹了PLC應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢與其的應(yīng)用前景。其次，介紹了步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器的應(yīng)用和性能特點(diǎn)。另外，

3、本文還介紹了STEP7編程軟件的使用方法。本文最后提出了設(shè)計(jì)中的一些不足之處和對今后的一些要求。論文結(jié)尾附有傳送裝置控制系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。 關(guān)鍵詞：PLC　步進(jìn)電機(jī)　驅(qū)動器 Design of Volume Detection System Transfer Device Control Abstract To achieve the PLC to control the motor, the conveyor speed adjustment and switching control. At the same time to complete a communicatio

4、ns system with hardware to achieve the goal of upload speed information, the switch information signal. The topic is base to the programmable logic controller (PLC) and stepper motor. Use the PLC control technology to carry out the testing of the control technology to achieve a PLC control of the st

5、epper motor switch, rotating, and acceleration and deceleration. This thesis is use the Proven programmable logic control and the stepper motor that has many advantages as a subject background, it discusses about the process that based on Siemens PLC how to control the stepper motor , mainly to

6、 complete the system of hardware and software design. First introduced the status quo and development trend of the PLC application and its application prospects. Secondly, introduce the application and performance characteristics of a stepper motor and its driver. In addition, this article describes

7、 the use of the STEP 7 programming software. This article concludes with some inadequacies in the design and some of the requirements for the future. Paper at the end with Transmission device control system mechanical structure diagram. Key words: PLC； stepper motor ；Stepper motor driver 目

8、　　錄 摘　要 I Abstract II 第一章 緒 論 1 1.1概述 1 1.2可編程邏輯控制器的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 現(xiàn)代物流系統(tǒng)中PLC技術(shù)應(yīng)用的狀況 3 1.4 本文的主要工作 3 第二章 傳送裝置控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5 2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 5 2.2 步進(jìn)電機(jī)簡介 5 2.2.1 步進(jìn)電機(jī)的分類及其基本參數(shù) 6 2.2.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 8 2.2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 9 2.2.4 步進(jìn)電機(jī)主要特點(diǎn) 12 2.3 S7—200介紹及具體CPU選型 13 2.3.1 S7—200介紹 13 2.3.2 CPU選型及其設(shè)計(jì) 14 2.4

9、PLC驅(qū)動步進(jìn)電機(jī) 17 第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 19 3.1 STEP7概述 19 3.1.1 STEP 7的硬件接口 19 3.1.2 STEP 7的編程功能 19 3.2系統(tǒng)流程圖 21 3.3主/子程序及其實(shí)現(xiàn)功能的詳細(xì)解釋 22 3.3.1本程序所用變量 22 3.3.2主程序 23 3.3.3初始化子程序 25 3.3.4自由口通訊協(xié)議子程序 26 第四章 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果 27 結(jié)語 29 參考文獻(xiàn) 30 致謝 31 附錄1：傳送裝置控制系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 32 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 緒 論 1.1概述 現(xiàn)代物流

10、是將信息、運(yùn)輸、倉儲、庫存、裝卸搬運(yùn)以及包裝等物流活動綜合起來的一種新型的集成式管理。系統(tǒng)對基于激光測量技術(shù)的體積測量裝置設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)體積、重量分析計(jì)算。系統(tǒng)運(yùn)用成熟可靠的激光測量技術(shù)[1]，能精確測量各種類型的物品。當(dāng)物品通過輸送機(jī)上的體積測量框時(shí)，其輪廓就會被掃描，在速度非?？斓那闆r下也能精確檢測出所有任何形態(tài)的物品。該技術(shù)以激光為基礎(chǔ)[2]，排除了其他光和照明的需求，使該裝置能獨(dú)立運(yùn)作，不受顏色，物品質(zhì)地和輸送皮帶的影響。本項(xiàng)目搭建體積測量系統(tǒng)的傳送控制系統(tǒng)，采用PLC控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對傳送帶的速度調(diào)節(jié)和開關(guān)控制。同時(shí)完成與硬件系統(tǒng)的通訊，實(shí)現(xiàn)速度信息、開關(guān)信息等信號的上傳。 激光技術(shù)用于

11、檢測工作主要是利用激光的優(yōu)異特性，將它作為光源，配以相應(yīng)的光電元件來實(shí)現(xiàn)的。它具有精度高、測量范圍大、檢測時(shí)間短、非接觸式等優(yōu)點(diǎn)，常用于測量長度、位移、速度、振動等參數(shù)[3]。在激光技術(shù)發(fā)展過程中因其高的分辨率，可以直接用于物體外部[4]尺寸、輪廓以及位移和有關(guān)物理量的測量。激光檢測技術(shù)屬于非接觸式測量技術(shù)，與接觸式測量方法相比，具有限制更少、效率更高、不損傷測量表面、不易受被測對象表面狀態(tài)影響等優(yōu)點(diǎn)，因此高精度的激光檢測技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用到精密、超精密加工中[5]。超精密加工技術(shù)，其精度從微米級到亞微米級、納米級，在高技術(shù)領(lǐng)域和軍用工業(yè)以及民用醫(yī)療工業(yè)中都有大量需求。 另外我們知道步進(jìn)電

12、動機(jī)已成為除直流電動機(jī)和交流電動機(jī)以外的第三類電動機(jī)[6]，傳統(tǒng)電動機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用?？墒窃谌祟惿鐣M(jìn)入自動化時(shí)代的今天，傳統(tǒng)電動機(jī)的功能已不能滿足工廠自動化和辦公自動化等各種運(yùn)動控制系統(tǒng)的要求。為適應(yīng)這些要求，發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動機(jī)系統(tǒng)，其中較有自己特點(diǎn)，且應(yīng)用十分廣泛的一類便是步進(jìn)電[7]。 1.2可編程邏輯控制器的發(fā)展現(xiàn)狀 可編程邏輯控制器[8]（Programmable Logic Controller，簡稱PLC 或PC）是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的

13、存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)。PLC 的主要特點(diǎn)[9]如下： A. 用內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替機(jī)械觸點(diǎn)繼電器[9]，通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接導(dǎo)線，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間可理想化地認(rèn)為等于零，因此只需考慮它的0-1 狀態(tài)而無需考慮傳統(tǒng)繼電器所固有的返回系數(shù)； B. 可靠性高

14、，抗干擾能力強(qiáng)，適用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境； C. 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能； D. 易學(xué)易用，照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC 的程序編制采用簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)。 PLC作為工控機(jī)的一員，在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價(jià)格適宜等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今世界PLC生產(chǎn)廠家約150家，生產(chǎn)300多個(gè)品種。2000年銷售額約為86億美元，占工控機(jī)市場份額的50%，PLC將在工控機(jī)市場中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢頭。 　　PLC在60年代

15、末引入我國時(shí)，只用作離散量的控制，其功能只是將操作接到離散量輸出的接觸器等，最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的PLC具有PID調(diào)節(jié)功能，它的應(yīng)用已從開關(guān)量控制擴(kuò)大到模擬量控制領(lǐng)域，廣泛地應(yīng)用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。但PLC也面臨著其它行業(yè)工控產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，各廠家正采取措施不斷改進(jìn)產(chǎn)品，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面[10] 1.微型、小型PLC功能明顯增強(qiáng) 2.集成化發(fā)展趨勢增強(qiáng) 　　由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和高難度化，使PLC向集成化方向發(fā)展，PLC與PLC集成、PLC與DCS集成、PLC與PID集成等，并強(qiáng)化了通訊能力和網(wǎng)絡(luò)化，尤其是以PC為基的控制產(chǎn)品增長率最快。 　　3.向

16、開放性轉(zhuǎn)變 PLC曾存在嚴(yán)重的缺點(diǎn)，主要是PLC硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的，使各種PLC互不兼容。國際電工協(xié)會(IEC)在1992年頒布了IEC1131-3《可編程序控制器的編程軟件標(biāo)準(zhǔn)》，為各PLC廠家編程的標(biāo)準(zhǔn)化鋪平了道路。 我國的PLC生產(chǎn)目前也有一定的發(fā)展，小型PLC已批量生產(chǎn)；中型PLC已有產(chǎn)品；大型PLC已開始研制。國內(nèi)PLC形成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約30多家，國內(nèi)產(chǎn)品市場占有率不超過10%。經(jīng)過30 多年的發(fā)展，PLC 已十分成熟與完善，尤其在順序控制、開關(guān)量邏輯運(yùn)算和處理這兩方面具有顯著優(yōu)勢，而模擬量閉環(huán)控制也已非常成熟。PLC技術(shù)自從引入我國的電力行業(yè)后就得到了廣

17、泛應(yīng)用，并發(fā)展壯大。 1.3 現(xiàn)代物流系統(tǒng)中PLC技術(shù)應(yīng)用的狀況 現(xiàn)代物流是將信息、運(yùn)輸、倉儲、庫存、裝卸搬運(yùn)以及包裝等物流活動綜合起來的一種新型的集成式管理。它使用先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備與管理為銷售提供服務(wù)，生產(chǎn)、流通、銷售規(guī)模越 標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代物流企業(yè)和第三方物流大、范圍越廣，物流技術(shù)、設(shè)備及管理越現(xiàn)代化?！，F(xiàn)代物流[5]的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出全球化、多功能化、信息化、自動化和智能化的特征，其中信息化是現(xiàn)代物流的核心。 在物流系統(tǒng)中PLC[11]技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)代物流的包裝加工、倉儲、分揀和傳送等均是采用PLC技術(shù)進(jìn)行控制。該技術(shù)可以擴(kuò)大物流作業(yè)能力、提高勞動生產(chǎn)率、減少物流作業(yè)的差錯(cuò)等。

18、用自動化技術(shù)和信息技術(shù)對傳統(tǒng)物流業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化整合，達(dá)到降低成本、提高水平的目的。 1.4 本文的主要工作 本傳送控制系統(tǒng)具體完成硬件上功能有： 1）對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行開關(guān)、正反加減速運(yùn)行等控制，從而實(shí)現(xiàn)傳送帶的控制。 2）實(shí)現(xiàn)PLC與體積測量儀的接口的通訊。 軟件上實(shí)現(xiàn)功能有： 1）通過改變PLC的刷新輸出頻率參數(shù)實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。 2）實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的控制。 本設(shè)計(jì)基于體積測量儀的軟件硬系統(tǒng)，完成傳送帶系統(tǒng)的控制功能和與體積測量儀通訊。通過該畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以提我們的工程實(shí)踐能力和軟件開發(fā)能力。 本文完成PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，電源模塊設(shè)計(jì)，開關(guān)、按鈕等接口的選型，控制電機(jī)正

19、反轉(zhuǎn)讓運(yùn)行以及與體積測量儀的接口。 31 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 傳送裝置控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)框圖如圖2-1所示： 開關(guān)、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)按鈕。 體積激光掃描儀 傳送帶電機(jī) PLC 電源 PC/PPI 圖2-1系統(tǒng)框圖 本控制系統(tǒng)可分為五部分：體積激光掃描儀、PLC、傳送帶電機(jī)開關(guān)、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)按鈕和電源。其中PLC是本系統(tǒng)的主控制單元，當(dāng)開關(guān)按鈕給它發(fā)出開關(guān)信號時(shí)，它將很據(jù)預(yù)定的程序執(zhí)行，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。體積激光掃描儀與PLC之間的通訊是雙向的，掃描儀將傳送帶上物品的位置告訴PLC，

20、而PLC將所計(jì)算得的物品長度發(fā)送給掃描儀。電源模塊為每個(gè)單元供電。 2.2 步進(jìn)電機(jī)簡介 步進(jìn)電動機(jī)是一種將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移或者線位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件[12]。在經(jīng)歷了一個(gè)大的發(fā)展階段后，目前其發(fā)展趨于平緩。然而，由于電動機(jī)的工作原理和其它電動機(jī)有很大的差別，具有其它電動機(jī)所沒有的特性。因此，沿著小型、高效、低價(jià)的方向發(fā)展。步進(jìn)電動機(jī)由此而得名。步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行是在專用的脈沖電源供電下進(jìn)行的，其轉(zhuǎn)子走過的步數(shù)，或者說轉(zhuǎn)子的角位移量，與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一， 廣泛應(yīng)用在各種家電產(chǎn)品中，例如打印機(jī)、磁盤驅(qū)動器、玩具、雨刷、機(jī)械手臂

21、和錄像機(jī)等。另外步進(jìn)電機(jī)也廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動化系統(tǒng)中。由于通過控制脈沖個(gè)數(shù)可以很方便的控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角位移，且步進(jìn)電機(jī)的誤差不積累，可以達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。還可以通過控制頻率很方便的改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度，達(dá)到任意調(diào)速的目的，因此步進(jìn)電機(jī)可以廣泛的應(yīng)用于各種開環(huán)控制系統(tǒng)中。 2.2.1 步進(jìn)電機(jī)的分類及其基本參數(shù) 步進(jìn)電機(jī)的分類： 1）永磁式步進(jìn)電機(jī)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。 2）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)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，但噪聲和振動都很大。 3）混合式[12]步進(jìn)電機(jī)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

22、相。兩相步進(jìn)角一般分為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。 三相混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖圖2-2所示。左邊給出混合式步進(jìn)電動機(jī)的軸向剖面圖。定子鐵心的齒槽與磁阻式電動機(jī)相同，和永磁式電動機(jī)一樣配置有雙繞組或單繞組，分別適用于單極性驅(qū)動或雙極性驅(qū)動。轉(zhuǎn)子中含有一個(gè)軸向磁化的永磁體，這個(gè)永磁體產(chǎn)生一個(gè)單向磁場，磁路通過轉(zhuǎn)子、氣隙和定子閉合。由軟磁材料制作的兩段轉(zhuǎn)子分別被永磁體磁化為N極和S極，A-A和B-B截面分別表示了S段和N段轉(zhuǎn)子。圖中可以看到兩段轉(zhuǎn)子具有相同的齒數(shù)，但是錯(cuò)開半個(gè)齒距。 圖2-2 三相混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 下面利用圖2-3進(jìn)一步說明混

23、合式步進(jìn)電動機(jī)的工作原理。圖中的電動機(jī)定子有4個(gè)沿圓周均勻分布的齒，線圈繞制在齒上且成對連接。具有不同極性的兩段轉(zhuǎn)子各有3個(gè)齒。圖中以實(shí)線表示S段，以虛線表示N段，兩段轉(zhuǎn)子交錯(cuò)半個(gè)齒距。 　 當(dāng)繞組中不通電流時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子中的永磁體總是試圖減少磁路中的磁阻，轉(zhuǎn)子將趨向有限的若干位置，直至N極和S極轉(zhuǎn)子上各有一齒與定子磁極對齊。對于圖中的電機(jī)來說，這樣的位置有12個(gè)。將轉(zhuǎn)子保持在這些位置上的轉(zhuǎn)矩通常不大，稱之為維持轉(zhuǎn)矩。 圖2-3混合式步進(jìn)電機(jī)工作原理 如果如圖11. 28(a)那樣有電流通過一相繞組，在定子上產(chǎn)生的N極和S極將吸引異性轉(zhuǎn)子段上的齒，在這種情況下，只有和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)一樣的3

24、個(gè)穩(wěn)定位置，將轉(zhuǎn)子從定位位置上拉開的轉(zhuǎn)矩要大得多，稱為鎖定轉(zhuǎn)矩。 　將通電方式由圖(a)切換至圖(b)，定子磁場轉(zhuǎn)過90。，并將吸引另一對齒，結(jié)果轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了30。，相當(dāng)于一個(gè)整步。在從圖(b)到圖(c)中，勵(lì)磁又回到前一繞組，但是電流方向相反，可使轉(zhuǎn)子再前進(jìn)一整步。在圖(d)中再使第二相繞組電流反向又可前進(jìn)一步。這樣轉(zhuǎn)子就走過了一個(gè)齒距。步驟從圖(d)后再回到圖(a)，如此反復(fù)，形成電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，每轉(zhuǎn)需要12步。顯然，以相反的順序激勵(lì)定子繞組，電動機(jī)將反轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)： 1.電機(jī)固有步距角 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖[13]信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。電機(jī)出廠時(shí)給

25、出了一個(gè)步距角的值，這個(gè)步距角可以稱之為“電機(jī)固有步距角”，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。 2.步進(jìn)電機(jī)的相數(shù) 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9/1.8、三相的為0.75/1.5、五相的為0.36/0.72 。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。 3.保持轉(zhuǎn)矩 保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子

26、的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2Nm的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2Nm的步進(jìn)電機(jī)。 4.鉗制轉(zhuǎn)矩 鉗制轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有鉗制轉(zhuǎn)矩。 2.2.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 1）型號：130BYG350A（三相混合式）如圖 圖2-4三相混合式步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖 2）步距角精度5% 溫 升80℃ Ma

27、x 環(huán)境溫度-20℃~+50℃ 絕緣電阻00MΩMin.500VC DC 絕緣強(qiáng)度000V 50Hz 1mA 1Minu絕緣等級 B 3)技術(shù)數(shù)據(jù)如下 表2-1 步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 電機(jī)型號 步距角 相電壓 相電流 相電阻 相電感 保持轉(zhuǎn)矩 重量 長度 單軸 degree V A Ω mH N.m kg mm 130BYG350A 1.2/0.6 80-325 5 0.8 4.1 23 13 170 4)外型尺寸如下圖： 圖2-5 130BYG350A三相混合式步進(jìn)電機(jī)尺寸 5）接線圖如圖： 圖2-6

28、130BYG350A三相混合式步進(jìn)電機(jī)接線 2.2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 2.2.3.1驅(qū)動器選型 本設(shè)計(jì)采用混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器型號：MD-3008A 如圖： 圖2-7 MD-3008A步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的實(shí)物圖 一．該型號驅(qū)動器的特點(diǎn)[14]: 1．采用交流伺服控制原理，在控制方式上增加了全數(shù)字式電流環(huán)控制，三相正弦電流驅(qū)動輸出，使三相混合式電機(jī)低速無爬行，無共振區(qū)，噪音小。 2．驅(qū)動器功放級的電壓最高可達(dá)DC325伏，步進(jìn)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)仍然有高轉(zhuǎn)矩輸出。 3．具備短路、過壓、欠壓、過熱等完善保護(hù)功能，可靠性高。 4．具有細(xì)分、半流和掉電相位記憶功能。 5．具有多

29、種細(xì)分選擇，可控制電機(jī)在任意細(xì)分狀態(tài)下精確定位，最小步距角可設(shè)為0.036（10000步/轉(zhuǎn)）。適用面廣，通過設(shè)置不同相電流可配置各種電機(jī)。 二．驅(qū)動器對步距角的細(xì)分和輸出相電流 將“電機(jī)固有步距角”細(xì)分成若干小步的驅(qū)動方法，稱為細(xì)分驅(qū)動，細(xì)分是通過驅(qū)動器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流實(shí)現(xiàn)的，與電機(jī)本身無關(guān)。 1：設(shè)置電機(jī)每轉(zhuǎn)步數(shù), 使用撥碼(DIP)開關(guān)來設(shè)置步數(shù)。按下表: 表2-2 撥碼(DIP)開關(guān)來設(shè)置步數(shù)表 SW1 0 O 1 1 O O 1 1 SW2 1 O O 1 1 O O 1 SW3 1 1 1 1 O O O O

30、電機(jī)步數(shù) 200 400 500 1000 2000 4000 5000 10000 2：輸出相電流： 表2-3 撥碼(DIP)開關(guān)來設(shè)置輸出相電流表 SW5 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 SW6 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 SW7 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 SW8 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 電流 1.7 2.0 2.4 2.7 3.1 3.4 3.7 4.

31、1 4.4 4.8 5.1 5.4 注意：第4位撥碼(DIP)開關(guān)無效 三. 電氣參數(shù)： 表2-4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的電氣參數(shù) 輸入電源 1.7A～6.8A 驅(qū)動方式 PWM（脈寬調(diào)制）恒流斬波，三相正弦波電流輸出。 適配電機(jī) 90、110、130系列三相混合式步進(jìn)電機(jī) 工作環(huán)境 0℃～50℃15～85%RH、不結(jié)露。無腐蝕性、易燃、易爆、導(dǎo)電性氣體、液體和粉塵。 存放環(huán)境 0℃～50℃ 15～85%RH、不結(jié)露。 外形尺寸 255*143*85mm(見外觀尺寸)(長*寬*高) 重 量 1.5Kg 2.2.3.2驅(qū)動器電路 下圖為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電

32、路[16]。圖中僅為一相的驅(qū)動電路，其余兩相與之相同。在圖中三極管 T1 起開關(guān)作用。當(dāng)三極管截止時(shí)，無集電極電流流通，開關(guān)相當(dāng)于斷開；當(dāng)三極管飽和時(shí)， 流過的集電極電流最大， 開關(guān)相當(dāng)于閉合，該開關(guān)“動作”可由加于基極的電流來控制。由 T2、T3 兩個(gè)三極管組成達(dá)林頓式功放電路， 驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的 3個(gè)繞組，使電機(jī)繞組的靜態(tài)電流達(dá)到近 2A。電路中使用光電耦合器將控制和驅(qū)動信號隔離。當(dāng)控制輸入信號為低電平時(shí)，T1 截止，輸出高電平，則紅外發(fā)光二極管截止，光敏三極管不導(dǎo)通，因此繞組中無電流流過；當(dāng)輸入信號為高電平時(shí)，T1 飽和導(dǎo)通， 于是紅外發(fā)光二極管被點(diǎn)亮， 使光敏三極管導(dǎo)通，向功率驅(qū)動級晶體

33、管提供基極電流， 使其導(dǎo)通，繞組被通以電流。 圖2-8 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 2.2.3.3驅(qū)動電路接口 驅(qū)動 C V A B C 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動電源 圖2-9 驅(qū)動器接口 2.2.4 步進(jìn)電機(jī)主要特點(diǎn) 1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度[15]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取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)溫度過高時(shí)會使電機(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)取決于不同電機(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，有的甚至高達(dá)攝氏200

34、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)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。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。 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，并伴有嘯叫聲。 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到

35、所希望的高頻。 2.3 S7—200介紹及具體CPU選型 2.3.1 S7—200介紹 S7-200[16] 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動系統(tǒng)。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此

36、S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。 S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 　1） 極高的可靠性。 　2） 極豐富的指令集。 　3）易于掌握。 　4） 便捷的操作。 　5）豐富的內(nèi)置集成功能。 　6） 實(shí)時(shí)特性。 　7） 強(qiáng)勁的通訊能力。 　8）豐富的擴(kuò)展模塊。 2.3.2 CPU選型及其設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)所選PLC的型號為CPU224[17]。其外觀圖如圖。 （1） （2） 圖2-10 CPU224外觀和尺寸圖 該型號中央處理單元（CPU）的數(shù)據(jù)概述： 1) CPU 常規(guī)規(guī)范 表2-5 CPU 常規(guī)

37、規(guī)范參數(shù) 模塊稱及描述 尺寸 W x H x D （mm） 重量 功耗 電流供應(yīng) +5DC +2DC CPU 224 DC/DC/DC 14輸入/10輸出 120.5 x 80 x 62 360g 7W 660mA 280mA 2) CPU224技術(shù)規(guī)范 表2-6 CPU 常規(guī)規(guī)范參數(shù) CPU 特性 本機(jī)數(shù)字輸入 14 路數(shù)字量輸入 本機(jī)數(shù)字輸出 10 路數(shù)字量輸出 高速計(jì)數(shù)器 (32-位值) 6 個(gè)高速計(jì)數(shù)器 總數(shù) 6 個(gè)都是20 kHz 時(shí)鐘速率 單相計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù) 4 個(gè)都是20 kHz 時(shí)鐘速率

38、 兩相計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù) 2 個(gè)，20 kHz 脈沖速率 脈沖輸出 1 個(gè)，8 位分辨率 模擬電位器 2 個(gè)，1 ms 分辨率 時(shí)間中斷 4 個(gè)上升沿和/或 4 下降沿 邊沿中斷 7 個(gè)，范圍 0.2 ms ~ 12.8 ms 可選擇的輸入濾波器時(shí)間 14 個(gè)脈沖捕捉輸入 時(shí)鐘 (時(shí)鐘精度) 0C ~ 55C 時(shí)，7分種/月 擴(kuò)展模塊的數(shù)量 7 個(gè)模塊 最大的數(shù)字量 I/O 256 定時(shí)器總數(shù) 256 定時(shí)器 1 ms 4 定時(shí)器（T0,T32,T64,T96） 10 ms 16 定時(shí)器(T1~T4,T33~T36,T65~T68,T97~100)

39、 100 ms 236 定時(shí)器(T5~T31,T37~T63,T96~T95,T101~T255) 計(jì)數(shù)器總數(shù) 256 計(jì)數(shù)器(C1~C255) 布爾量執(zhí)行速度 0.37μs 每條指令 傳送字的執(zhí)行速度 34μs 每條指令 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器執(zhí)行速度 50μs ~ 64μs 每條指令 電源 電源電壓允許范圍 20.4 ~ 28.8 VDC(一般取24V) 輸入電流 僅 CPU / 最大負(fù)載 120/900 mA，24 VDC +5 V 擴(kuò)展I/O模塊電源 (最大) 660 mA 24 VDC 傳感器電源輸出電壓范圍 15.4 ~ 28.8 VDC

40、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[18]，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機(jī)也必須越來越小。對電動機(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。向五相和三相電動機(jī)方向發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動機(jī)，其振動和噪聲較大，而五相和三相電動機(jī)具有優(yōu)勢性。而就這兩種電動機(jī)而言，五相電動機(jī)的驅(qū)動電路比三相電動機(jī)復(fù)雜，因此三相電動機(jī)系統(tǒng)的性能價(jià)格比要比五相電動機(jī)更好一些。

41、 目前利用可編程序控制器（即PLC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，它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動化革命，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。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[19]，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

42、序，便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向。PLC直接控制步進(jìn)電機(jī)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)動要求。 有以上步進(jìn)電機(jī)的工作原理以及工作方式我們可以看出： 控制步進(jìn)電機(jī)最重要的就是要產(chǎn)生出符合要求的控制脈沖。西門子PLC本身帶有高速脈沖計(jì)數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，其發(fā)出的頻率最大為10KHz，能夠滿足步進(jìn)電動機(jī)的要求。對PLC提出兩個(gè)特性要求。

43、一是在此應(yīng)用的PLC最好是具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù)的PLC，使輸出信號的頻率可以達(dá)到數(shù)千赫芝或更高。其目的是使脈沖能有較高的分配速度，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。二是PLC本身的輸出端口應(yīng)該采用大功率晶體管，以滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅(qū)動要求。如下圖所示： 圖2-11步進(jìn)電機(jī)的PLC直接控制 2.4 PLC驅(qū)動步進(jìn)電機(jī) 西門子PLC[20]本身帶有高速脈沖計(jì)數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，其發(fā)出的頻率最大為10KHz，能夠滿足步進(jìn)電動機(jī)的要求。對PLC提出兩個(gè)特性要求。一是在此應(yīng)用的PLC最好是具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù)的PLC，使輸出信號的頻率可以達(dá)到

44、數(shù)千赫芝或更高。其目的是使環(huán)形脈沖分配能有較高的分配速度，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。二是PLC本身的輸出端口應(yīng)該采用大功率晶體管，以滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅(qū)動要求。如下圖所示： 圖2-12 PLC直接驅(qū)動電機(jī) 環(huán)形分配程序?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)各相繞組的通電順序進(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。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，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，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通電順序按 ：…A—AB—B—BC—C—CA—A…導(dǎo)通斷開時(shí)，步進(jìn)電

45、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。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 3.1 STEP7概述 STEP7編程軟件[22]用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WINAC，是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。在STEP 7中，用項(xiàng)目來管理一個(gè)自動化系統(tǒng)的硬件和軟

46、件。STEP 7用SIMATIC管理器對項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WINAC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。 3.1.1 STEP7的硬件接口 STEP7與windows操作系統(tǒng)的通訊方式[23]有3種： 通過PC/PPI多主站電纜直接連接； 通過帶有MPI電纜的通信處理器卡連接； 通過一塊MPI和配套的電纜相連接。要將計(jì)算機(jī)連接至S7-200，由于S7-200 CPU使用的是RS485，而PC機(jī)的COM口采用的是RS232，兩者的電氣規(guī)范并不相容，需要用中間電路進(jìn)行匹配。PC/PPI其實(shí)就是一根

47、RS485/RS232的匹配電纜。 采用PC/PPI電纜建立個(gè)人計(jì)算機(jī)與PLC之間的通信是最常見和最經(jīng)濟(jì)的方式，它不需要其他的硬件設(shè)備，方法是把PC/PPI電纜的PC端連接到計(jì)算機(jī)的RS-232通訊口（一般是COM1），而把PC/PPI的PPI端連接到PLC的RS-485通訊口即可。 3.1.2 STEP7的編程功能 STEP 7的標(biāo)準(zhǔn)版只配置了3種基本的編程語言[20]，梯形圖（LAD）、功能塊圖（FDB）和語句表（STL）、復(fù)制和粘貼功能。語句表是一種文本編程語言，使用戶能節(jié)省輸入時(shí)間和存儲區(qū)域，并且“更接近硬件”。STEP 7專業(yè)版的編程語言包括S7-SCL（結(jié)構(gòu)化控制語言）、S7

48、-GRAPH（順序功能圖語言）、S7 HIGRAPH和CFC，這四種語言對于標(biāo)準(zhǔn)版是可選的。STEP 7用符號表編輯器工具管理所有的全局變量，用于定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型和全局變量的注釋。使用這一工具生成的符號表可供所有應(yīng)用程序使用，所有工具自動識別系統(tǒng)參數(shù)的變化。測試功能和服務(wù)功能包括設(shè)置斷點(diǎn)、強(qiáng)制輸入和輸出、重新布線、顯示交叉參考表、狀態(tài)功能、直接下載和調(diào)試塊、同時(shí)監(jiān)測幾個(gè)塊的狀態(tài)等。程序中的特殊點(diǎn)可以通過輸入符號名或地址快速查找。 STEP 7的幫助功能：選定想要得到的在線幫助的菜單目錄，或打開對話框，按F1鍵便可得到與它們有關(guān)的在線幫助。執(zhí)行菜單命令“HELP”→“CONTENTS”進(jìn)

49、入幫助窗口，借助目錄瀏覽器尋找需要的幫助主題，窗口中的檢索部分提供了按字母順序排列的主題關(guān)鍵詞，可以查找與某一關(guān)鍵詞有關(guān)的幫助。 3.2系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)停止運(yùn)行 狀態(tài)指示 是否啟動動？ 傳送帶運(yùn)行 PLC計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù) 是否有停止信號？ 掃描儀是否收到信號1# 掃描儀是否收到信號2# 并發(fā)送脈沖數(shù) 是 是 否 否 是 是 否 否 開始 PLC計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù) 延時(shí)30ms 圖3-1 程

50、序流程圖 3.3主/子程序及其實(shí)現(xiàn)功能的詳細(xì)解釋 3.3.1本程序所用變量 本程序中的I/O量、中間變量、存儲變量和部分特殊標(biāo)志位的功能描述如表所示： 表3-1 I/O量、中間變量、存儲變量和部分特殊標(biāo)志位的功能描表 操作元件 功能描述 輸 入 量 I0.0 停止信號輸入端 I0.1 電機(jī)正轉(zhuǎn)控制信號輸入端 I0.2 電機(jī)反轉(zhuǎn)控制信號輸入端 I1.5 啟動高速計(jì)數(shù)器輸入端 輸 出 量 Q0.0 正轉(zhuǎn)信號輸出端 Q0.1 反轉(zhuǎn)信號輸出端 中 間 變 量 M0.0 當(dāng)停止端I0.0輸入有效時(shí)，M0.0將得電，從而切斷Q0.

51、0或Q0.1 M0.2 當(dāng)計(jì)數(shù)器被啟動是同時(shí)M0.2將得電，M0.2作為啟動傳送指令MOV-B CH2，VD200的信號。從而將計(jì)數(shù)器的內(nèi)容傳送到存儲單元VD200 S0.1 輔助繼電器 S0.2 輔助繼電器 存 儲 變 量 VD200 存儲高數(shù)計(jì)數(shù)器HSC2的計(jì)數(shù)脈沖 VD300 存儲VD200的數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)。 特 殊 標(biāo) 志 位 SM0.0 PLC在Run狀態(tài)時(shí)，SM0.0總為1 SM0.1 PLC在由STOP轉(zhuǎn)為Run時(shí)，SM0.1 ON一個(gè)掃描周期 SM0.7 CPU 處于TEMP狀態(tài) SM0.7=0，CPU 處

52、于RUN狀態(tài) SM0.7=1，用來在RUN狀態(tài)下啟動自由口通訊。 SMB30 CPU處于RUN狀態(tài)下，SMB30（對PORT0）置01（設(shè)置控制字），完成自由口模式的使能，即對自由通訊口選擇波特率、奇偶校驗(yàn)和數(shù)據(jù)位數(shù)。 SMB30.0 SMB30.1:01=自由口協(xié)議 SMB30.2 SMB30.3 SMB30.4:010=波特率為9600bps SMB30.5:0=每字符八位 SMB30.6 SMB30.7:00=無校驗(yàn) SMB57 實(shí)現(xiàn)高速計(jì)數(shù)器2（HSC2）控制字的編程。具體描述如下： SMB57.0: 復(fù)位信號有效電平,0=高電平有效；1=低電平有效 S

53、MB57.1: 啟動信號有效電平,0=高電平有效；1=低電平有效 SMB57.2: 倍率選擇,0=4*（4倍率）；1=1*（1倍率） SMB57.3: 計(jì)數(shù)方向控制位,0=計(jì)數(shù)減；1=計(jì)數(shù)加 SMB57.4: 向HSC寫入計(jì)數(shù)方向,0=不更新；1=更新 SMB57.5: 向HSC寫入新的預(yù)設(shè)值,0=不更新；1=更新 SMB57.6: 向HSC寫入新的當(dāng)前值,0=不更新；1=更新 SMB57.7: 使能HSC,0=高電平有效；1=低電平有效 SMD58 HSC2當(dāng)前計(jì)數(shù)值的設(shè)置。（裝入0可實(shí)現(xiàn)清除） 3.3.2主程序 LD SM0.1 CALL SBR0 以上

54、代碼功能是：PLC在由STOP轉(zhuǎn)為Run時(shí)，SM0.1 ON一個(gè)周期，此時(shí)開始調(diào)用子程序SBR0. LD I1.5 EU HSC 2 = M0.2 LD M0.2 MOVD HC2, VD200 LD I1.5 ED S S0.1, 1 以上代碼功能是：當(dāng)掃描儀檢測到信號1#（即激光光目被遮擋住的一瞬間）將產(chǎn)生一個(gè)上升沿(EU)信號給PLC，信號的輸入端口為I1.5。此時(shí)啟動啟動高速計(jì)數(shù)器(HSC2)，當(dāng)計(jì)數(shù)器被啟動是同時(shí)M0.2將得電，M0.2作為啟動傳送指令MOV-B CH2，VD200的信號。將計(jì)數(shù)器（HSC2）的

55、內(nèi)容傳送到存儲單元VD200。隨著傳送帶的傳動，物品慢慢移動，當(dāng)掃描儀檢測到信號2#（即激光光目恰好離開物品的一瞬間）將產(chǎn)生一個(gè)下降沿(ED)信號。此時(shí)輔助繼電器S0.1效。 LSCR S0.1 LD SM0.0 MOVD VD200, VD300 MOVB 16#F8, SMB57 MOVD 0, SMD58 TON T33, 3 以上代碼功能是：將存儲在VD200中的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)通過MOVB指令傳送到VD300，并且再次給計(jì)數(shù)器HSC2重新賦控制字和將計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值清零。 LD T33 SCRT S0.2 SCRE 以上代碼功能

56、是：再經(jīng)過定時(shí)器T33定時(shí)30ms后使順控狀態(tài)轉(zhuǎn)移指令SCRT有效。 LSCR S0.2 LD SM0.0 XMT VB300, 0 SCRE 以上代碼功能是：30ms后轉(zhuǎn)移另外一個(gè)狀態(tài)，即執(zhí)行發(fā)送指令：將保存在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)VD300中的 LD I0.0 = M0.0 以上代碼功能是：當(dāng)停止信號輸入端I0.0輸入有效時(shí)，M0.0將得電，從而切斷Q0.0或Q0.1使步進(jìn)電機(jī)停止。 LD I0.1 O Q0.0 AN Q0.1 AN I0.2 AN M0.0 = Q0.0 以上代碼說

57、明：當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)控制信號輸入端 I0.1輸入有效，且此時(shí)沒有輸入有效的停止（M0.0）信號和電機(jī)反轉(zhuǎn)(Q0.1)信號，那么電機(jī)將處于正轉(zhuǎn)(Q0.0)狀態(tài)。 LD I0.2 O Q0.1 AN Q0.0 AN I0.1 AN M0.0 = Q0.1 以上代碼功能是：當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)控制信號輸入端 I0.2輸入有效，且此時(shí)沒有輸入有效的停止（M0.0）信號和電機(jī)正轉(zhuǎn)(Q0.0)信號，那么電機(jī)將處于反轉(zhuǎn)(Q0.1)狀態(tài)。 3.3.3初始化子程序 LD SM0.0 R M0.0, 255

58、 R S0.0, 255 FILL +0, VW200, 50 以上代碼功能是：清零標(biāo)志位M0.0-M31.6, 清零順序繼電器S0.0-S31.6， 清零存儲器V200-VB298 LD SM0.0 MOVB 16#F8, SMB57 以上代碼功能是：對高數(shù)計(jì)數(shù)器HSC2進(jìn)行初始化，具體功能為：激活HSC2，可更新CV（計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值），可更新PV（預(yù)設(shè)值），計(jì)數(shù)可改變方向，正向計(jì)數(shù)。4*正交計(jì)數(shù)。HSC指令用這些控制位來組態(tài)HSC的。 HDEF 2

59、, 2 MOVD 0, SMD58 以上代碼功能是：可知每一種高速計(jì)數(shù)器有多種功能不相同的操作模式，使能輸入有效時(shí)，為指定的高速計(jì)數(shù)器分配一種工作模式，即用來建立高速計(jì)數(shù)器與工作模式之間的聯(lián)系。每一個(gè)高速計(jì)數(shù)器使用之前必須使用HDEF指令，而且只能使用一次。 HSC2定為模式2 ，該模式具有內(nèi)部方向控制的單相增/減計(jì)數(shù)器，有啟動和復(fù)位端。SMD58 專門用來存儲HSC2當(dāng)前計(jì)數(shù)值。裝入0可實(shí)現(xiàn)清除當(dāng)前計(jì)數(shù)值。 3.3.4自由口通訊協(xié)議子程序 LD SM0.7 MOVB 9, SMB30 以上代碼功能是

60、：CPU 處于TEMP狀態(tài) SM0.7=0，CPU 處于RUN狀態(tài) SM0.7=1，用來在RUN狀態(tài)下啟動自由口通訊。CPU處于RUN狀態(tài)下，SMB30（對PORT0）置01（設(shè)置控制字），完成自由口模式的使能，即對自由通訊口選擇波特率、奇偶校驗(yàn)和數(shù)據(jù)位數(shù)。SMB30.0 SMB30.1:01=自由口協(xié)議；SMB30.2 SMB30.3 SMB30.4:010=波特率為9600bps；SMB30.5:0=每字符八位，SMB30.6 SMB30.7:00=無校驗(yàn)。 9H=00001001B，將9H傳送給SMB30即可實(shí)現(xiàn)以上協(xié)議。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第四章 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)

61、果 本項(xiàng)目搭建體積測量系統(tǒng)的傳送控制系統(tǒng)，采用PLC控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對傳送帶的速度調(diào)節(jié)和開關(guān)控制。同時(shí)完成與硬件系統(tǒng)的通訊，實(shí)現(xiàn)速度信息、開關(guān)信息等信號的上傳。然而由于條件有限目前只對對步進(jìn)電機(jī)的開關(guān)，正反轉(zhuǎn)等功能進(jìn)行仿真、調(diào)試。采用S7_200_sim2.0仿真軟件進(jìn)行仿真。仿真的結(jié)果如下： 圖4-1電機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)仿真圖 由圖4-2得，當(dāng)PLC處于RUN狀態(tài)時(shí)，I0.1輸入信號有效，繼電器Q0.0輸出驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。 圖4-2電機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)仿真圖 圖4-2的與圖4-1功能相似，只是此時(shí)電機(jī)的運(yùn)行方向處于反向。 圖4-3電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)仿真圖 當(dāng)發(fā)

62、生突發(fā)事件或者由于控制的要求需要電機(jī)停轉(zhuǎn)，只需按下停止按鈕（I0.0），此時(shí)Q0.1或Q0.2都失電，電機(jī)無論處于哪種狀態(tài)都會停止下來。 結(jié)語 結(jié)語 在激光體積檢測系統(tǒng)傳送裝置控制中，基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和研制過程，包括硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)組態(tài)等方面。硬件電路用西門子PLC、放大電路和相關(guān)集成電路設(shè)計(jì)而成。軟件程序用PLC梯形圖語言寫成。在本次設(shè)計(jì)中，利用軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)的自動控制和精確控制。利用PLC輸出的時(shí)序脈沖和方向信號，改變對步進(jìn)電機(jī)繞組的通電方式和通電順序，來準(zhǔn)確控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等工作狀態(tài)。通過設(shè)定不同延時(shí)計(jì)時(shí)器的數(shù)值，來改

63、變步進(jìn)電機(jī)的工作頻率。目前利用可編程序控制器（即PLC 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，它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動化技術(shù)水平，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] 范滇元．激光技術(shù)[M]．北京：高等教育出版社，2002． [2] 楊貴銑．激光與光電子學(xué)進(jìn)展[M]．蘇州：蘇州大學(xué)出版社，2008． [3] 史國生. 電氣控制與可編程序控制器技術(shù)[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2008. [4] 周萬珍. 高鴻斌PLC 分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008 [5] 丁守成. 斷料機(jī)控制系統(tǒng)的

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