基于PLC的XY軸位移控制系統(tǒng)設計說明

1、. . . . 2013 屆 畢 業(yè) 生 畢 業(yè) 設 計基于PLC的Z軸位移控制系統(tǒng)設計：班級：11電氣2班指導老師：郭紅XXX / 32摘要隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，SMT技術已經(jīng)成為電子組裝技術中不可或缺的一部分。SMT技術是指將表面貼裝的電子組件，直接焊接于印刷電路底版的表面上，與傳統(tǒng)插裝工藝不同,SMT工藝的元件與焊點均在同一表面上。并具有微型化、大規(guī)?；?、自動化的優(yōu)點。當今絕大部分現(xiàn)代工業(yè)中的電器，電子產(chǎn)品都離不開SMT技術的應用。本設計是采用S7200控制三相六拍的反應式步進電機，通過軟件設計移位脈沖頻率來控制步進電機的勻速前進。移位寄存器指令MW0的低八位按照三相六拍的步進順序

2、進行賦值來控制步進動機的轉(zhuǎn)動。關鍵詞 貼片機、位移、S7-200PLC、步進電機目 錄第1章 緒論11.1 設計背景11.2 系統(tǒng)設計的任務2第2章 Z軸位移控制系統(tǒng)工作原理42.1 PLC控制步進電機42.2 步進電機簡介52.3 PLC的發(fā)展概述6第3章Z軸位移控制系統(tǒng)總體設計93.1步進電機的控制方式93.2 驅(qū)動電路93.3 PLC驅(qū)動步進電機10第4章控制系統(tǒng)硬件設計114.1西門子S7-200控制45BF00三相步進電動機114.2 S7200的介紹124.3步進電機的選擇134.4驅(qū)動器的選擇144.5絲桿的選擇154.6硬件配置 15第5章控制系統(tǒng)的軟件設計165.1 STEP

3、7概述165.2梯形圖設計175.3程序設計說明18結 論19參考文獻20致21附 錄22第1章 緒 論1.1 設計背景隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，SMT技術已經(jīng)成為電子組裝技術中不可或缺的一部分。SMT技術是指將表面貼裝的電子組件，直接焊接于印刷電路底版的表面上，與傳統(tǒng)插裝工藝不同,SMT工藝的元件與焊點均在同一表面上。并具有微型化、大規(guī)?；?、自動化的優(yōu)點。當今絕大部分現(xiàn)代工業(yè)中的電器，電子產(chǎn)品都離不開SMT技術的應用。而貼裝工藝更是SMT工序中不可或缺的一道。貼片機的組主要作用是將表面組裝元器件準確安裝到PCB的固定位置上。位于SMT生產(chǎn)線中印刷機的后面，一般為高速機和泛用機按照生產(chǎn)需求搭

4、配使用。然而在SMT生產(chǎn)過程中往往會遇到很多問題，包括設備問題和工藝問題，設備問題可以用買入新機器的方法來解決。而工藝問題往往復雜和多樣化。在生產(chǎn)過程中，可以通過對貼裝設備、貼裝前準備、貼裝過程的操作進行優(yōu)化來達到提高質(zhì)量的要求，工藝的優(yōu)化不僅能大大的提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時降低了成本，創(chuàng)造了更大價值。是大多數(shù)企業(yè)不斷努力的方向。SMT是Surface Mounted Technology表面組裝技術（表面貼裝技術）的縮寫，是目前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術和工藝。SMT工藝技術的特點可以通過其與傳統(tǒng)通孔插裝技術(THT)的差別比較體現(xiàn)。二者的差別體現(xiàn)在基板、元器件、組件形態(tài)、焊點形態(tài)和

5、組裝工藝方法各個方面。表面組裝技術之所以在電子行業(yè)中如此流行，概括起來有以下幾點優(yōu)勢：易于實現(xiàn)微型化。信號傳輸速度高。高頻特性好。易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。材料成本低。簡化工序，降低成本。正是由于電子產(chǎn)品的日益小型化，功能的復雜化，集成度的密集化這些發(fā)展要求推動了SMT表面貼裝技術在業(yè)界的發(fā)展，SMT技術也日益完善。美國是SMT和SMD 的發(fā)明地，并一直重視在投資類電子產(chǎn)品和軍事裝備領域發(fā)揮SMT高組裝密度和高可靠性能方面的優(yōu)勢，具有很高的水平。我國SMT的應用起步于80年代初期，最初從美、日等國成套引進了SMT生產(chǎn)線用于彩電調(diào)諧器生產(chǎn)。我國的事業(yè)起步較晚但是發(fā)展非常迅猛，在2000年不完全統(tǒng)計，我

6、國約有40多家企業(yè)從事SMC/SMD的生產(chǎn)，全國約有300多家引進了SMT生產(chǎn)線，不同程度的采用了SMT。經(jīng)過十年的發(fā)展在中國的發(fā)展也具有相當?shù)囊?guī)模。2010金融危機洗禮之后的SMT產(chǎn)業(yè)開始強勢復，與歐美傳統(tǒng)強國相比，中國的SMT產(chǎn)業(yè)可謂“風景這邊獨好”，全球的SMT產(chǎn)業(yè)均把目光投向中國，作為電子制造大國的中國開始向著電子制造強國的目標堅實邁進，中國的SMT產(chǎn)業(yè)充滿了活力，我國的SMT發(fā)展形勢一片大好，在競爭激烈的發(fā)展道路上充滿了機遇與挑戰(zhàn)。所以本設計以社會需求為基礎向著為社會創(chuàng)造更大的價值而努力；以SMT中的貼片這一過程把它細分為X-Y軸位移系統(tǒng)并以此系統(tǒng)為依據(jù)經(jīng)行設計。1.2 系統(tǒng)設計的任

7、務本設計應用西門子系列S7-200PLC對45BF008三相步進電動機通過YKA2404MC驅(qū)動器進行控制。步進電機具有較好的控制性能，其啟動、停車、反轉(zhuǎn)與其它任何運行方式的改變都可在少數(shù)脈沖完成，且可獲得較高的控制精度，因而得到了廣泛的應用。步進電機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。步進電機具有轉(zhuǎn)子慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點，已成為運動控制領域的主要執(zhí)行元件之一。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個行業(yè)的控制領域都將有廣泛應用。而現(xiàn)在的可編程控制器(通常稱PLC) 是一種工業(yè)控制計算機，具有模塊化結構、配置靈活、高速的處理速度、

8、精確的數(shù)據(jù)處理能力、多種控制功能、網(wǎng)絡技術和優(yōu)越的性價比等性能，能充分適應工業(yè)環(huán)境，簡單易懂，操作方便，可靠性高，是目前廣泛應用的控制裝置之一。本設計是采用S7200控制三相六拍的反應式步進電機，通過軟件設計移位脈沖頻率來控制步進電機的勻速前進。移位寄存器指令MW0的低八位按照三相六拍的步進順序進行賦值來控制步進動機的轉(zhuǎn)動。圍繞這兩個主要方面，可提出具體的控制要求如下:1）電動機正轉(zhuǎn)啟動；2）運行過程中電機按照所編程序運行；3）停止時，應對移位寄存器清零，使每次起動均從零點開始。 Z軸位移控制系統(tǒng)在SMT中的應用如圖1圖1圖2工作原理：一號電動機固定在零點絲杠方向為X軸方向二號電動機固定在一號

9、電動機的絲杠上，當一號電動機啟動時二號電動機在一號電動機的絲杠上移動，當一號電動機到達指定位移處停止不動時，二號電動機啟動沿Y軸方向固定在二號電動機的絲杠移動。到達指定位置后停止兩秒返回。到達零點準備下一次貼片。 第2章 Z軸位移控制系統(tǒng)工作原理2.1 PLC控制步進電機2.1.1 PLC控制步進電機的方法通電換向這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三相三拍工作方式，其各相通電順序為A-B-C-D，通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A、B、C、D相的通斷。如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。 如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一

10、個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。 在本設計中直接使用PLC控制步進電機，可使用PLC產(chǎn)生控制步進電機所需要的各種時序的脈沖。三相步進電機可采用三種工作方式：三相單三拍，三相雙三拍，三相單六拍。這三種方式的主要區(qū)別是:電機繞組的通電、放電時間不同。工作方式是單三拍時通電時間最短，雙三拍時允許放電時間最短，六拍時通電時間和放電時間最長。因此，同一脈沖頻率時，六拍的工作方式出力最大。而且，電機是三拍的工作方式時，其分辨率為3度，六拍的工作方式時，分辨率是1.5度。所以，在本課題中，我們采用三相六拍的工作方式，在這種控制方式下

11、工作，步進電機的運行特性好，步進電機分辨率最高?？筛鶕?jù)步進電機的工作方式，以與所要求的頻率（步進電機的速度），并使用PLC產(chǎn)生各種時序的脈沖。例如：本設計采用西門子S7-200PLC控制三相步進電機的過程。控制步進電機最重要的就是要產(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，能夠滿足步進電動機的要求。對PLC提出兩個特性要求。一是在此應用的PLC最好是具有實時刷新技術的PLC，使輸出信號的頻率可以達到數(shù)千赫茲或更高。其目的是使脈沖能有較高的分配速度，充分利用步進電機的速度響應能力，提高整個系統(tǒng)的快速性。二是PLC本身的輸出端口應該

12、采用大功率晶體管，以滿足步進電機各相繞組數(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：驅(qū)動器步進電機PLC圖3 步進電機的PLC直接控制2.2 步進電機概述步進電動機是一種將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移或者線位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件。在經(jīng)歷了一個大的發(fā)展階段后，目前其發(fā)展趨于平緩。然而，由于電動機的工作原理和其它電動機有很大的差別，具有其它電動機所沒有的特性。因此，沿著小型、高效、低價的方向發(fā)展。步進電動機由此而得名。步進電動機的運行是在專用的脈沖電源供電下進行的，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)嚴格成正比。另外，步進電動機動態(tài)響應快，控制性能好，只要改變輸入脈沖的順序，

13、就能方便地改變其旋轉(zhuǎn)方向。這些特點使得步進電動機與其它電動機有很大的差別。因此， 步進電動機的上述特點，使得由它和驅(qū)動控制器組成的開環(huán)數(shù)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，步進電動機經(jīng)歷過一個大的發(fā)展階段3。向由繞組通電的順序決定。2.2.1 步進電機的基本參數(shù)1.電機固有步距角 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，這個步距角可以稱之為“電機固有步距角”，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關。2.步進電機的相數(shù) 步進電機的相數(shù)是指電機部的線圈組數(shù)，目前常用的有

14、二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。在沒有細分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅(qū)動器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。3.保持轉(zhuǎn)矩 保持轉(zhuǎn)矩是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速

15、度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當人們說2Nm的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2Nm的步進電機。 4.鉗制轉(zhuǎn)矩鉗制轉(zhuǎn)矩是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于反應式步進電機的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有鉗制轉(zhuǎn)矩。2.3 PLC的發(fā)展概述可編程控制器(簡稱 PLC) 是種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是在20 世紀 60 年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器，其部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破髋c其有關設備

16、，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴充其功能的原則設計的。PLC 自產(chǎn)生至今只有30多年的歷史，卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應用，成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。產(chǎn)生和發(fā)展過程現(xiàn)代社會要求生產(chǎn)廠家對市場的需求做出迅速的反應，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實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機一樣:1）中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以與警戒定時器的狀態(tài)，并能診

17、斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。2）存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用

18、戶程序存儲器。2.3.1 PLC技術在步進電機控制中的應用隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進的發(fā)展，其功能已遠遠超出了邏輯控制、順序控制的圍。繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。隨著電動機本身應用領域的拓寬以與各類整機的不斷小型化，要求與之配套的電動機也必須越來越小。對電動機進行綜合設計。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器，減速齒輪等和電動機本體綜合設計在一起，這樣使其能方便地組成一個閉環(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方向發(fā)展，目前廣泛應用的二相和四相電動機，其振動和噪聲較大，而五相和三相電動機具有優(yōu)勢性。而就這兩種電動機而言，五相電動機的驅(qū)動電路比三相電動機復雜，因此三相

19、電動機系統(tǒng)的性能價格比要比五相電動機更好一些8。目前利用可編程序控制器（即PLC技術）可以方便地實現(xiàn)對電機速度和位置的控制，方便地進行各種步進電機的操作，完成各種復雜的工作，它代表了先進的工業(yè)自動化革命，加速了機電一體化的實現(xiàn)。用PLC對步進電機也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，現(xiàn)對步進電機的控制9。步進電機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，每當對其施加一個電脈沖時，其輸出軸便轉(zhuǎn)過一個固定的角度。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與單位時間輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關。所以只要控制指令

20、脈沖的數(shù)量、頻率與電機繞組通電的相序，便可控制步進電機的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向10。PLC直接控制步進電機系統(tǒng)由PLC和步進電機組成，PLC具有實時刷新技術，輸出信號的頻率可以達到數(shù)千赫茲或更高，使得脈沖分配能有很高的分配速度，充分利用步進電機的速度響應能力，提高整個系統(tǒng)的快速性。并且，PLC有采用大功率晶體管的輸出端口，能夠滿足步進電機各相繞組數(shù)10V級脈沖電壓、1A級脈沖電流的驅(qū)動要求。PLC控制步進電動機原理圖如下： 圖4 電動機啟動原理圖第三章Z軸位移控制系統(tǒng)總體設計3.1 步進電機控制方式典型的步進電機控制系統(tǒng)如圖所示：圖5 典型的步進電機控制系統(tǒng)步進電動機是一種將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成

21、機械角位移或者線位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件。在經(jīng)歷了一個大的發(fā)展階段后，日前其發(fā)展趨向平緩。然而，其基本原理是不變的，即：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，每當對其施加一個電脈沖時，其輸出轉(zhuǎn)過一個固定的角度。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與單位時間輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的脈沖順序有關。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率與電機繞組通電的順序，便可控制步進電機的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向。步進電機的機理是基于最基本的電磁鐵作用，可簡單地定義為，根據(jù)輸人的脈沖信號，每改變一次勵磁狀態(tài)就前進一定角度或長度，若不改變勵磁狀態(tài)則保持一定

22、位置而靜止的電動機:從廣義上講，步進電動機是一種受電脈沖信號控制的無刷式直流電機，也可看作是在一定頻率圍轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率同步的同步電動機。3.2 驅(qū)動電路下圖為步進電機的驅(qū)動電路。圖中僅為一相的驅(qū)動電路，其余兩相與之一樣。在圖中三極管 T1 起開關作用。當三極管截止時，無集電極電流流通，開關相當于斷開；當三極管飽和時， 流過的集電極電流最大， 開關相當于閉合，該開關“動作”可由加于基極的電流來控制。由 T2、T3 兩個三極管組成達林頓式功放電路， 驅(qū)動步進電機的 3個繞組，使電機繞組的靜態(tài)電流達到近 2A。電路中使用光電耦合器將控制和驅(qū)動信號隔離。當控制輸入信號為低電平時，T1 截止，輸出高

23、電平，則紅外發(fā)光二極管截止，光敏三極管不導通，因此繞組中無電流流過；當輸入信號為高電平時，T1 飽和導通， 于是紅外發(fā)光二極管被點亮， 使光敏三極管導通，向功率驅(qū)動級晶體管提供基極電流， 使其導通，繞組被通以電流。圖6 步進電機驅(qū)動電路3.2.1 驅(qū)動電路接口圖7 驅(qū)動器接口3.3 PLC驅(qū)動步進電機西門子PLC本身帶有高速脈沖計數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，其發(fā)出的頻率最大為10KHz，能夠滿足步進電動機的要求。對PLC提出兩個特性要求。一是在此應用的PLC最好是具有實時刷新技術的PLC，使輸出信號的頻率可以達到數(shù)千赫茲或更高。其目的是使環(huán)形脈沖分配能有較高的分配速度，充分利用步進電機的速度響應能力

24、，提高整個系統(tǒng)的快速性。二是PLC本身的輸出端口應該采用大功率晶體管，以滿足步進電機各相繞組數(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8 PLC直接驅(qū)動電機 第四章控制系統(tǒng)硬件設計4.1 西門子S7-200PLC控制45BF008三相步進電機由以上步進電機的工作原理以與工作方式我們可以看出：控制步進電機最重要的就是要產(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數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，其發(fā)出的頻率最大為100KHz，能夠滿足步進電動機的要求。對PLC提出兩個特性要求。一是在此應用的PLC最好是具有實時刷新技術的PLC，使輸出信號的頻率可以達到數(shù)千赫茲或更高。其目的是使脈沖

25、能有較高的分配速度，充分利用步進電機的速度響應能力，提高整個系統(tǒng)的快速性。二是PLC本身的輸出端口應該采用大功率晶體管，以滿足步進電機各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅(qū)動要求。對輸入電機的相關脈沖控制，從而達到對步進電機三相繞組的48V直流電源的依次通、斷，形成旋轉(zhuǎn)磁場，使步進電機轉(zhuǎn)動。并通過驅(qū)動器對步進電動機的正反轉(zhuǎn)進行控制，已達到X-Y軸位移控制系統(tǒng)中對電機正反轉(zhuǎn)的準確控制。X-Y軸位移控制系統(tǒng)設計接線圖如下：圖9 Z軸位移控制系統(tǒng)設計接線圖設計中需要對貼裝頭進行定位控制，傳動裝置需要應用絲杠傳動，已達到對貼裝頭的準確定位，設計中需選用滾珠絲杠G1604-3。選用驅(qū)動器為YKA24

26、04MC驅(qū)動器。本設計選用PCB板的型號為50*50cm，定位點為30*30mm點。4.2 S7200的介紹PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機一樣。中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以與警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器。等所有的用戶程序

27、執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC常用的存儲器類型：1）RAM這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。2）EPROM這是一種可擦除的只讀存儲器。在斷電情況下，存儲器的所有容保持不變。3）EEPROM這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容

28、易地對其所存儲的容進行修改?？臻g的分配：雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不一樣，但是根據(jù)PLC的工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)2）系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等）3）用戶程序存儲區(qū)系統(tǒng)程序存儲區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該PLC的性能。系統(tǒng)RAM存儲區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以與各類軟設備，如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器等存儲器。1）

29、I/O映象區(qū)：由于PLC投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應的外設。因此，它需要一定數(shù)量的存儲單元(RAM)以存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關量I/O占用存儲單元中的一個位（bit），一個模擬量I/O占用存儲單元中的一個字（16個bit）。因此整個I/O映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)。2）系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) ：除了I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC部各類軟設備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失

30、電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC斷電時，由部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失。4.3 步進電機的選擇本設計選用45BF008。相數(shù)是三相、步距角1.5/3度。電壓60V、相電流0.2A、保持轉(zhuǎn)距0.118NM(1.2kg.cm)、空載啟動頻率500， D為45； D1為25；高H為2.5； d為4；E為14.5；L為58； D2為33；MS為4-M3。圖10 45BF三相反應式步進電機實物圖圖11 45BF三相反應式步進電機尺寸環(huán)形分配程序?qū)Σ竭M電機各相繞組的通電順序進行環(huán)形脈沖分配，從而控制接到步進電機三相繞組的48V直流電源的依次通、斷，形成旋轉(zhuǎn)磁場，使步進電機轉(zhuǎn)動。步進電機的轉(zhuǎn)動，由于步進電機是

31、電感性負載，直流電阻很小，故接限流電阻以免脈沖電流過大損壞，每當步進電機走一步，環(huán)形脈沖分配程序的步數(shù)減一，當步數(shù)減為零時，停止環(huán)形脈沖分配，等待下一次的脈沖輸入。4.4驅(qū)動器的選擇本設計選用 UKA2404MC驅(qū)動器14個接線孔，設有16檔等角度恒力矩細分，最高分辨率60000步/轉(zhuǎn)，使運轉(zhuǎn)平滑，分辨率提高，最高反應頻率可達200Kpps ，驅(qū)動電流從0.6A/相到5.2A/相分16檔可調(diào)，單電源輸入，電壓圍：AC60-110V，可以驅(qū)動任何5.8A相電流以下三相混合式步進電機，YKA3611MA是一款經(jīng)濟、小巧的步進驅(qū)動器，體積為68x108.5x178mm2。圖12 YKA2404MC驅(qū)

32、動器4.5絲杠的選擇本設計選用滾珠絲桿G1604-3長60cm，絲桿外徑16mm導程4mm，滾珠絲桿可以有效的減少滾動摩擦，減少貼裝頭在運行過程中由于摩擦而產(chǎn)生的誤差。 本設計所需要的脈沖數(shù)計算公式：脈沖數(shù)=(傳送距離(mm)÷絲杠導程（mm）×（360÷步距角）4.6硬件配置表1 硬件配置數(shù)量設備制造廠/訂貨號1SIMATIC S7-200 CPU214SIEMENS 6ES7 214-A AC00-0XB01PC/PPI電纜SIEMENS 6ES7 901 3BF00-0XA01編程器PC2UKA2404MC驅(qū)動器2G1604-3絲杠245BF008步進電動機

33、2開關表2 PLC部分輸入信號輸出信號I0.1啟動按鈕Q0.0、Q0.2脈沖輸入、方向控制I0.2停止按鈕Q0.3指示燈Q0.4繼電器Q0.5繼電器第5章 控制系統(tǒng)的軟件設計5.1 STEP7概述STEP7編程軟件用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WINAC，是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設置的標準工具。STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。在STEP 7中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對項目進行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WINAC的數(shù)據(jù)

34、。實現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。5.1.1 STEP 7的硬件接口PC/MPI適配器用于連接安裝了STEP 7的計算機的RS-232C接口和PLC的MPI接口。計算機一側(cè)的通信速率為19.2 KBIT/S或38.4 KBIT/S，PLC一側(cè)的通信速率為19.2 KBIT/S1.5MBIT/S。除了PC適配器，還需要一根標準的RS-232C通信電纜。使用計算機的通信卡CP 5611、CP 5511或CP 5512，可以將計算機連接到MPI或PROFIBUS網(wǎng)絡，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)計算機與PLC的通信。也可以使用計算機的工業(yè)以太網(wǎng)通信卡CP 1512或CP

35、1612，通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)計算機與PLC通信。在計算機上安裝好STEP7后，在管理器中執(zhí)行菜單命令“OPTION”“SETTING THE PG/PC INTERFACE” ，打開“INSTALL/REMOVE INTERFACES”對話框。在中間的選擇框中，選擇實際使用的硬件接口。點擊SELECT按鈕，打開“INSTALL/REMOVE INTERFACES”對話框，可以安裝選擇框中沒有列出的硬件接口的驅(qū)動程序。點擊PROPERTIES按鈕，可以設置計算機與PLC通信的參數(shù)。5.1.2 STEP 7的編程功能STEP 7的標準版只配置了3種基本的編程語言，梯形圖（LAD）、功能塊圖（FDB）和語句表（STL）、復制和粘貼功能。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（結構化控制語言）、S7-GRAPH（順序功能圖語言）、S7 HIGRAPH和CFC，這四種語言對于標準版是可選的。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用程序使用，所有工具自動識別系統(tǒng)參數(shù)的