PLC在精密定位伺服系統(tǒng)中的應用

1、編號： 畢業(yè)設計(論文)說明書題 目： PLC在精密定位 伺服系統(tǒng)中的應用 學 院： 機電工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學生姓名： 學 號： 指導教師單位： 機電工程學院 姓 名： 職 稱： 副 教 授 題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 þ工程設計 ¨工程技術研究 ¨軟件開發(fā) 摘 要可編程控制器廣泛地應用于工業(yè)控制系統(tǒng)，它用于精密定位伺服系統(tǒng)中可以使系統(tǒng)更加簡單、可靠和穩(wěn)定。利用三菱FX2N PLC來同時控制兩臺步進電機，實現(xiàn)工作臺在X軸，Y軸平面上的直線運動。采用觸摸屏對系統(tǒng)設定參數(shù)和顯示運動狀態(tài)，系統(tǒng)的使用更加方便和實用。通過PL

2、C輸出的脈沖信號和方向信號控制驅(qū)動器，再由驅(qū)動器控制步進電機，運用了細分技術使步進電機的步距更加小，控制精度到達了。工作臺的位移用直線光柵尺測量后再傳遞給PLC，實現(xiàn)了閉環(huán)控制。PLC編程中使用特定的脈沖輸出指令PLSY指令，它是驅(qū)動步進電機的特殊指令?？刂七^程中，控制輸出脈沖頻率就能控制步進電機的加速和減速。直線光柵尺的反響信號是以脈沖形式輸出，將其接入PLC的高數(shù)計數(shù)器，對脈沖進行計數(shù)，就知道工作臺的位移。PLC和觸摸屏仿真軟件的聯(lián)機調(diào)試中，使用觸摸屏輸入數(shù)據(jù)后，PLC就能發(fā)出脈沖。剛開始脈沖頻率由低到高的增加，此過程為步進電機的起步，然后進入工作時的頻率，到達位移前，頻率遞減使步進電機停

3、機，正好到達指定位移。調(diào)試的結果可以證明，本系統(tǒng)的設計是可行的，并且到達了課題的設計要求。關鍵詞：PLC；觸摸屏；步進電機；精密定位AbstractPLC widely used in industrial control systems, precision positioning servo system is used can make the system more simple, reliable and stable. Mitsubishi FX2N PLC used to simultaneously control two stepper motors to achieve t

4、able in the X axis, Y axis linear motion of the plane. Using a touch screen display on the system configuration parameters and state of motion, it more convenient and practical. Through the PLC output signal control pulse signal and the direction of the drive, and then controlled by the stepper moto

5、r drive, using the subdivision of the stepper motor is more small step, the control accuracy of . Table displacement measurement with a linear grating and then passed to the PLC, to achieve a closed-loop control.PLC programming with a specific instruction-PLSY pulse output instruction; it is stepper

6、 motor driven special instructions. Control process, control the output pulse frequency can control the stepper motor acceleration and deceleration. Linear encoder feedback signals are output as pulse, its access to the high number of PLC counters, pulse count, to know the displacement table.PLC and

7、 touch screen emulation software, online debugging, use the touch screen input data, PLC will be able to send pulses. The beginning of the pulse frequency increased from low to high. This process started for the stepper motor, and then enters the frequency of work to reach the displacement of the fo

8、rmer, the frequency decreasing to stop the stepper motor, just arrived at the designated offset.Commissioning of the results proved that the system design is feasible, and to achieve the project's design requirements.Key words: PLC; touch screen; stepper motor; precision positioning目 錄1 緒論 ·

9、;··················································

10、;·································· 11.1 課題的來源和意義 ·············&#

11、183;·················································&#

12、183;·····11.2 設計的要求與使用工具 ·········································

13、3;···················· 12 方案選擇 ····························&

14、#183;·················································

15、22.1 方案一 基于單片機控制步進電機 ··············································

16、83;· 22.2 方案二 基于PLC控制直流伺服電機 ············································

17、83; 32.3 方案三 基于PLC控制步進電機 ··············································

18、;····· 42.4 總結 ···········································&#

19、183;·········································· 43 可編程控制器 ·····

20、83;·················································

21、83;··············· 63.1 PLC的硬件組成 ································

22、········································ 63.2 PLC的軟件組成 ·······

23、83;·················································

24、83;·············· 73.3 PLC的工作原理 ·································

25、······································· 83.4 PLC的編程語言 ········

26、83;·················································

27、83;············· 84 硬件設計 ···································

28、··········································· 94.1 觸摸屏 ·····&#

29、183;·················································&#

30、183;··························· 94.2 PLC ····················

31、3;·················································

32、3;··············· 104.3 步進電機 ································

33、3;·············································· 11步進電機的工作原理 ·

34、83;·················································

35、83;·········· 11步距角和步距誤差 ·····································

36、83;··························· 12加、減速特性 ·····················

37、;··················································

38、;· 13選用步進電機的技術數(shù)據(jù) ··············································&#

39、183;········· 144.4 驅(qū)動器 ······································

40、83;··········································· 14環(huán)形分配器 ·····

41、··················································

42、··················· 15功率放大器 ·····························

43、83;············································ 15驅(qū)動控制器的細分原理 ···&

44、#183;·················································&

45、#183;····· 15選用驅(qū)動器的技術數(shù)據(jù) ··········································

46、;················· 164.5 直線光柵尺 ······························

47、3;············································· 18直線光柵尺的工作原理 ··&#

48、183;·················································&#

49、183;······ 18 選用直線光柵尺的技術數(shù)據(jù) ········································

50、83;··········· 204.6 直流穩(wěn)壓電源 ····································&

51、#183;···································· 214.7 輸出接口電路 ···········

52、;··················································

53、;············ 22 ·····································&

54、#183;································· 234.9 本章小結 ··············&

55、#183;·················································&

56、#183;············· 245 軟件設計 ··································

57、83;··········································· 255.1 觸摸屏程序設計 ····

58、··················································

59、··············· 255.2 PLC的程序設計 ································&#

60、183;····································· 25 ···········

61、3;·················································

62、3;················· 276 系統(tǒng)仿真和調(diào)試 ······························

63、83;··································· 286.1 系統(tǒng)仿真 ············

64、83;·················································

65、83;··············· 286.2 系統(tǒng)調(diào)試 ································

66、83;············································· 286.3 仿真過程和結果 ··

67、··················································

68、················· 297 結論 ·······························

69、3;·················································

70、3;· 30謝辭 ···············································

71、3;········································ 31參考文獻 ········&#

72、183;·················································&#

73、183;······················ 32附錄 ··························&#

74、183;·················································&#

75、183;··········· 331 緒論1.1 課題的來源和意義可編程控制器Programmable Logic Controller,PLC是以微處理器為核心，綜合計算機技術、自動控制技術和通信技術開展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。隨著大規(guī)模集成電路技術和數(shù)字通信技術的進步和開展，PLC技術不斷提高，在工業(yè)生產(chǎn)中獲得極其廣泛的應用。伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確的位置、速度及動力輸出的自動控制系統(tǒng)。例如，加工中心的機械制造過程也是伺服控制過程，位

76、移傳感器不斷地將刀具進給的位移傳送給計算機，通過與加工位置目標比擬，計算機輸出繼續(xù)加工或停止加工的控制信號。絕大局部機電一體化系統(tǒng)都具有伺服功能，機電一體化系統(tǒng)中的伺服控制是為執(zhí)行機構按設計要求實現(xiàn)運動而提供控制和動力的重要環(huán)節(jié)。本課題就是把PLC和伺服系統(tǒng)結合起來，做到精密控制。該課題充分利用了PLC的編程功能完善，適用性強，系統(tǒng)的設計，建造工作量小，維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等特點。他在精密定位伺服系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。 設計的要求與使用工具本課題是通過PLC對步進電機的控制，使電動機運轉(zhuǎn)具有加、減速功能，實現(xiàn)緊密定位運行。還可以用觸摸屏實現(xiàn)參數(shù)設定和運行狀態(tài)顯示。在系統(tǒng)

77、正常運行時，可以對步進電動機的運行進行控制。系統(tǒng)具有正、反雙向運動功能。在正常運行時，觸摸屏中還可以實時顯示當前的運行狀態(tài)和運行的位移，可以到達精確的運動位移，還可以使用觸摸屏操作使電動機以不同的狀態(tài)運行，這樣不但操作方便，還顯示簡單明確。這充分利用PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高、編程和維護方便、體積小的特點，將其應用于伺服控制系統(tǒng)中，可使伺服控制系統(tǒng)更加簡單、可靠和穩(wěn)定。本設計是以三菱FX系列的PLC為核心制作的一款可編程控制系統(tǒng)。通過編程實現(xiàn)對步進電機的緊密運行控制。設計該系統(tǒng)給定的要求有，絲杠螺距是4mm，定位精度是0.001mm。采用觸摸屏進行控制。運用編程仿真軟件GX Developer

78、和其觸摸屏編輯、仿真軟件GT Designer2、 GT Simulator2設計程序和仿真。試驗儀器有有三菱FX2N型PLC一臺，微機一臺。2 方案選擇步進電機的控制方案有幾種，一種是用單片機來控制，另一種是用PLC來控制。兩種控制方案都能對步進電機進行精密運動的控制，但哪種跟好，跟能符合本課題的技術要求，就要進一步的分析。2.1 方案一 基于單片機控制步進電機在以前的課程設計中經(jīng)常使用單片機來控制各種系統(tǒng)，首先想到使用單片機來控步進電機的精密運動。由于本系統(tǒng)的運動控制精度較高，必須加上高細分電機驅(qū)動器，單片機對其的控制是控制輸出脈沖和方向信號。MSB隸棠澗螈6隸棠澗螈5隸棠澗螈4隸棠澗螈3

79、隸棠澗螈2隸棠澗螈1隸棠澗螈LSB隸棠澗螈GATE隸棠澗螈C/T隸棠澗螈M1隸棠澗螈M0隸棠澗螈GATE隸棠澗螈C/T隸棠澗螈M1隸棠澗螈M0隸棠澗螈單片機輸出脈沖是使用其內(nèi)部的定時器。定時器工作時，輸入的時鐘脈沖是有晶體振蕩器的輸出經(jīng)12分頻后得到的，所以定時器是對單片機機器周期的計數(shù)器，因此他的技術頻率為晶振頻率的1/12.如果晶振頻率是6MHz，那么定時器每接受一個計數(shù)脈沖的時間間隔是2uS。定時器/計數(shù)器有4種工作模式，由TMOD設置并由TCON控制。表2-1：TMOD的各位定義表2-2：工作模式表M1M0隸棠澗螈模式隸棠澗螈說明隸棠澗螈00隸棠澗螈0隸棠澗螈13為定時計數(shù)器，TH高8

80、位和TL的低5位隸棠澗螈01隸棠澗螈1隸棠澗螈16位定時/計數(shù)器隸棠澗螈10隸棠澗螈2隸棠澗螈自動重裝入初值的8為定時/計數(shù)器隸棠澗螈11隸棠澗螈3隸棠澗螈T0分成兩個獨立的8位計數(shù)器，T0沒有模式3隸棠澗螈單片機的定時器/計數(shù)器T0和T1可以有軟件對特殊功能存放器TMOD中控制位C/T進行設置，已選擇定時功能或計數(shù)功能。對M1和M0位的設置對應于4鐘公子模式，即模式0、模式1、模式2、模式3。例如：利用定時器0產(chǎn)生1kHz的方波，由P1.0輸出。設晶振頻率是12MHz。1kHz方波，周期為1/10000=1××s，每隔0.5ms改變一下P1.0的電平，即可以得到1KHz的

81、方波信號。那么需要設定初值。設初值為X,那么有t=-X×1××，求得X=0E0CH。程序如下：ORG0100HMOVTMOD,#01HMOV TH0,#0EHMOVTL0,#0CHSETBTR0LOOP:JNB TF0,$CLRTF0MOVTH0,#0EHMOVTL0,#0CHSJMPLOOPEND控制步進電機的過程中主要是對輸出頻率的控制，電機的快慢都是其輸出頻率的快慢來控制。在使用單片機控制系統(tǒng)時必須要熟悉C語言或匯編語言，在頻率的調(diào)節(jié)時，要計算每個頻率的初值。而且在電機起步時，頻率是由低到高的遞增，突然的高頻率會使電機丟步，出現(xiàn)失誤。而且使用單片機控制的系統(tǒng)

82、工作不夠穩(wěn)定。 方案二 基于PLC控制直流伺服電機直流伺服電動機主要由電刷、磁極、電樞及換向片結構組成。其中磁極在工作中固定不動，故又稱定子。定子磁極用于產(chǎn)生磁場。電樞是直流伺服電動機中的轉(zhuǎn)動局部，故又稱轉(zhuǎn)子，它由硅鋼片疊成，外表嵌有線圈，通過電刷和換向片與外加電樞電源相連。 圖2-1：直流伺服電動機根本結構 圖2-2：電樞等效電路直流伺服電動機的控制方式主要有兩種：一種是電樞電壓控制，即在定子磁場不變的情況下，通過控制施加在電樞繞組兩端的電壓信號來控制電動機的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩；另一種是勵磁磁場控制，即通過改變勵磁電流的大小來改變定子磁場強度，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩。圖2-3：伺服系統(tǒng)結

83、構原理圖采用電樞電壓控制方式時，由于定子磁場保持不變，其電樞電流可以到達額定值，相應的輸出轉(zhuǎn)矩也可以到達額定值，因而這種方式又被稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。而采用勵磁磁場控制方式時，由于電動機在額定運行條件下磁場已接近飽和，因而只能通過減弱磁場的方法來改變電動機的轉(zhuǎn)速。由于電樞電流不允許超過額定值，因而隨著磁場的減弱，電動機轉(zhuǎn)速增加，但輸出轉(zhuǎn)矩下降，輸出功率保持不變，所以這種方式又被稱為恒功率調(diào)速方式使用直流伺服電機可以實現(xiàn)閉環(huán)控制，控制精度也可以到達要求，但是它的控制復雜，電機維護工作多，使用不方便。2.3 方案三 基于PLC控制步進電機由于高精度的步進電機運動時要加上高細分的驅(qū)動器，使用PLC控制

84、步進電機時，就是控制脈沖輸出的頻率快慢就可以了。而且PLC有一條是專門針對脈沖輸出的指令，F(xiàn)NC57 PLSYS1·S2·D·。所以解決了電機的控制問題。在接受反響信號時，高分辨率光柵尺輸出的信號是方波，將其接入PLC的高速計算器上，通過計算就能讀出位移。實現(xiàn)了高精度運行的閉環(huán)控制，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本方案在下文中詳細說明。2.4 總結單片機和PLC的比擬，單片機采用定時器延時輸出控制脈沖，PLC采用特定指令輸出控制脈沖。單片機采用匯編語言或C語言編程，其指令系統(tǒng)的固有格式受硬件結構的限制很大，編寫和調(diào)試系統(tǒng)要求具備一定語言程序設計根底。而編寫PLC程序，即可以

85、采用指令語言，又可以采用梯形圖。而且梯形圖使用方便、修改靈活、直觀、形象和實用。單片機控制系統(tǒng)設計周期較長，一般需要程序的擴展，硬件方面需要經(jīng)過電路板的設計和印刷的過程。PLC控制系統(tǒng)那么采用模塊化的結構，可以在線修改控制程序，并實現(xiàn)實時監(jiān)控，所以設計周期相對較短。PLC系統(tǒng)擴展也比擬靈活，可以在原有控制系統(tǒng)根底上進行功能擴展，能有效降低生產(chǎn)本錢，更加適用于復雜的工業(yè)控制的生產(chǎn)環(huán)境。直流伺服電機與步進電機比擬，直流伺服電機的控制復雜，維護工作多。在步進電機與直流伺服電機都能到達的工作精度的條件下，步進電機的控制簡便，本錢低廉。總上所述，根據(jù)上述三個方案的比擬，最終選擇使用基于PLC控制步進電機

86、的方案。3 可編程控制器可編程控制器是微型計算機技術與繼電器常規(guī)控制概念相結合的一種產(chǎn)物，是以微處理器為核心的用于控制的特殊計算機。從廣義上講，可編程控制器也是一種計算機系統(tǒng)，只不過它比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的I/O接口，具有更適用于控制要求的編程語言和更適用于工業(yè)環(huán)境的抗干擾的性能。因此，可編程控制器是用于工業(yè)控制的專用計算機，它的實際組成與一般的微型計算機系統(tǒng)類似，是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大局部組成。3.1 PLC的硬件組成PLC硬件系統(tǒng)由主機、I/O擴展單元及外部設備組成，PLC主機由中央處理器CPU、存儲器memory、輸入/輸出單元Input/Output Unit、

87、通訊接口、擴展接口、外圍設備接口和電源等局部組成。1中央處理器CPU是PLC的核心部件，是PLC的運算和控制中心，PLC的工作過程都是在CPU的同意指揮和協(xié)調(diào)下進行的。CPU有微處理器和控制器組成，可以實現(xiàn)邏輯運算和數(shù)學運算，協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)內(nèi)部各局部的工作。它的運行是按照系統(tǒng)程序所賦予的任務進行的。2存儲器存儲器是PLC存放系統(tǒng)程序，用戶程序和運行數(shù)據(jù)的單元。系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器構成了PLC的存儲器。系統(tǒng)存儲器是PLC存放系統(tǒng)程序例如指令等內(nèi)容的一種部件，這個局部存儲器是用戶不能訪問的。用戶存儲器是為了用戶程序提供儲存的區(qū)域。3I/O接口單元I/O接口單元通常稱為I/O單元或者I/O模

88、塊。它是PLC與工業(yè)過程控制現(xiàn)場之間的連接的部件。PLC通過輸入接口就能夠得到生產(chǎn)過程的各種參數(shù)。PLC通過輸出接口將處理后的結構送給被控制對象，已實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場執(zhí)行機構控制的目的。4I/O擴展單元I/O擴展單元是用了擴展PLC的I/O點數(shù)。當用戶所需要的I/O點數(shù)超過了PLC根本單元的I/O點數(shù)時，主機單元的I/O點數(shù)不能滿足I/O設備點數(shù)需要的時候，可以通過這個接口用扁平電纜線把I/O擴展單元和主機單元相連接，來增加PLC的I/O點數(shù)，這樣色有控制系統(tǒng)的要求。其他很多的智能單元也可以通過接口和主機相連接，PLC的擴展能力主要受CPU的尋址能力和主機的驅(qū)動能力的限制。5編程裝置編程裝置是人與P

89、LC聯(lián)系的工具，它也是PLC重要的組成設備之一。用戶可以利用相關的編程裝置來輸入、編輯、調(diào)試、修改、讀出用戶程序，還可以在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)、顯示錯誤代碼和參數(shù)。圖3-1：PLC的硬件系統(tǒng)過程6電源PLC的電壓是把外部供給的交流電源經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓處理轉(zhuǎn)換成滿足PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和I/O接口等電路工作需要的直流電源電路。7通信接口PLC配有各種通訊接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器，打印機，其他PLC和計算機等設備實現(xiàn)通信。8外圍設備接口及特殊模塊外圍設備接口是可編程控制器主機實現(xiàn)人機對話的通道。通過它，可編程控制器可以和編程器，打印機等外

90、圍設備連接，也可以與其他可編程控制器或者上位機連接。3.2 PLC的軟件組成PLC處理硬件系統(tǒng)外，還需要有軟件系統(tǒng)的支撐，兩者缺一不可。PLC的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩大局部組成。1系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序由生產(chǎn)廠家設計，由管理程序，用戶指令解釋程序，編輯程序，功能子程序和調(diào)用管理程序組成。它和PLC的硬件系統(tǒng)相結合，完成系統(tǒng)診斷，命令解釋，功能子程序調(diào)用管理，邏輯運算，通信和各種參數(shù)設定等功能，提供了PLC運行的平臺。2用戶程序PLC的用戶程序是用戶利用廠家提供的編程語言，可以根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的控制目的來編寫程序。他存儲在PLC的用戶存儲器中，用戶還可以根據(jù)系統(tǒng)的不同控制要求，對原來的應用程序進行

91、改寫或者刪除。3.3 PLC的工作原理當PLC投入運行后，它的工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 1輸入采樣階段2用戶程序執(zhí)行階段 3輸出刷新階段3.4 PLC的編程語言PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的一種裝置，主要使用者是企業(yè)電氣技術人員。為了適應他們的習慣和掌握能力，通常PLC不采用計算機編程語言，而采用面向控制過程，面向問題的“自然語言編程。有下述5種編程語言：1梯形圖2順序功能圖，也稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖3功能塊圖4指令語言5結構文本在實際編程過程中通常采用梯

92、形圖來編輯程序。它采用梯形圖的圖形符號來描述程序的設計。每個梯形圖網(wǎng)絡由多個梯級組成。每個輸出元素可以構成一個梯級，每個梯級可以有多個支路。通常每個支路可以容納11個編程元素，最右邊的元素必須是輸出元素。一個梯級最多允許16條支路。4 硬件設計本設計是以PLC為核心的步進電機高精密運動控制的系統(tǒng)。系統(tǒng)通過對PLC編程實現(xiàn)對步進電機的運動控制?？紤]到能直觀的對參數(shù)設定和運行狀態(tài)顯示，需要加上觸摸屏的人機界面。本系統(tǒng)的控制精度為，但是一般的步進電機的步距角達不到需求的精度，所以必須增加細分驅(qū)動器。要對步進電機運動的距離進行測量，需要增加高分辨率光柵尺。光柵尺不但能對電機運動距離的測量，還能把數(shù)據(jù)反

93、響給PLC實現(xiàn)閉環(huán)控制。為使系統(tǒng)具有較強的實用性，系統(tǒng)可以控制兩臺步進電機，在X軸和Y軸上不同的運動。圖4-1：系統(tǒng)原理圖本系統(tǒng)是由觸摸屏、PLC、驅(qū)動器、步進電機和直線光柵構成。根據(jù)題目的要求，本系統(tǒng)要求控制的精度為，這個精度比擬高，所以這是選擇設備時必須考慮因素。 觸摸屏觸摸屏是一種附加在顯示器外表的透明介質(zhì)。它通過使用者的手指觸摸該介質(zhì)來實現(xiàn)對計算機的操作，實現(xiàn)對計算機的查詢和輸入，從而簡化了計算機的輸入方式，真正實現(xiàn)零距離操作。電阻觸摸屏的屏體局部是一塊與顯示器外表非常配合的多層復合薄膜，是由一層玻璃或者有機玻璃作為基層，外表涂有一層透明的導電層，上面再蓋一層外表硬化處理、光滑防刮的塑

94、料層，它的內(nèi)外表也有一層透明導電層，在兩層導電層之間有非常多細小的透明隔離點把他們隔開絕緣。圖4-2：觸摸屏剖面結構當手指觸摸屏幕時，平常相互絕緣的兩個導電層就在觸摸點位置有一個接觸，因為其中一面導電層接通Y軸方向的5V均勻的電場，使得檢測層的電壓有零變?yōu)榉橇?，控制器檢測到這個接通后，就進行A/D裝換，就測量電壓值與5V電壓進行比擬，得到觸摸點的Y軸坐標，同理也可以得出X軸的坐標，這就是所有電阻式觸摸屏的根本的工作原理。本設計選用三菱觸摸屏F940FOT。5.7寸STN液晶體顯示器-闊視角、高速回應、功能齊備、性能可靠外型。F940GOT厚為57mm高解像度液晶高解像度液晶。它具有320

95、15;240點的高解像度屏更換背景光簡易的背景光燈更換，背景光燈的壽命長達25000小時，更可更換。而且還帶有自動熄燈功能更換背景光燈時拆下F940GOT北面的蓋板拆下背景光燈的接口拔出背景光燈，而且可以更換上新的背景光燈。4.2 PLC由于生產(chǎn)PLC有非常多的廠家，而且不同的廠家生產(chǎn)的PLC有不同的編程方式。而我們在課程中學習的是三菱公司生產(chǎn)的FX系列的的可編程控制器。三菱公司FX系列產(chǎn)品中有，F(xiàn)X1S,FX1N,FX2N和FX2NC4個子系列。表4-1：FX系列PLC的性能比照型號隸棠澗螈I/O點數(shù)隸棠澗螈用戶程序步數(shù)隸棠澗螈功能指令隸棠澗螈通信功能隸棠澗螈FX1S隸棠澗螈1030隸棠澗螈

96、2K步EEPROM隸棠澗螈85條隸棠澗螈較強隸棠澗螈FX1N隸棠澗螈14128隸棠澗螈8K步EEPROM隸棠澗螈89條隸棠澗螈強隸棠澗螈FX2N和FX2NC隸棠澗螈16256隸棠澗螈內(nèi)置8K步RAM，最大16K步隸棠澗螈128條隸棠澗螈最強隸棠澗螈FX1S的功能簡單使用，價格廉價，多用于小型開關量控制系統(tǒng)，F(xiàn)X1N最多可以配置128個I/O點數(shù)，多用于要求比擬高的中小型系統(tǒng)，F(xiàn)X2N的功能最強，與其他類型PLC相比，它有非常多的優(yōu)點。針對本設計的要求，選擇FX2N是非常適宜的。1FX2N系列PLC采用一體化箱體結構，結構緊湊，體積小巧，本錢低廉，安裝方便。s。3FX2N的用戶存儲器容量可以擴展

97、到16KB，其I/O點數(shù)最大可以擴展到256點。4FX2N有多種特殊功能模塊，例如模擬量I/O模塊，脈沖輸出模塊，高數(shù)計數(shù)器模塊等功能。5FX2N有8000多點16位數(shù)據(jù)存放器，3000多點輔助繼電器，1000點狀態(tài)繼電器， 200點16位加計數(shù)器，200多點定時器，35點32位加/減計數(shù)器，128點跳步指針以及15點中斷指針。6FX2N有128種功能指令，具有中斷處理，數(shù)學運算，浮點數(shù)運算，脈沖輸出，以及比擬觸點等功能指令。4.3 步進電機步進電動機又稱為電脈沖馬達，是通過脈沖數(shù)量決定轉(zhuǎn)角位移的一種伺服電動機。由于步進電動機本錢較低，易于采用計算機控制，所以被廣泛應用于開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中。

98、步進電動機比直流電動機或交流電動機組成的開環(huán)控制系統(tǒng)精度高，適用于精度要求不太高的機電一體化伺服傳動系統(tǒng)。步進電機的工作原理步進電動機按其工作原理分，主要有磁電式和反響式兩大類，這里只介紹常用的反響式步進電動機的工作原理。三相反響式步進電動機的工作原理如圖，其中步進電動機的定子上有6個齒，其上分別纏有WA、WB、WC三相繞組，構成三對磁極，轉(zhuǎn)子上那么均勻分布著4個齒。步進電動機采用直流電源供電。當WA、WB、WC三相繞組輪流通電時，通過電磁力吸引步進電動機轉(zhuǎn)子一步一步地旋轉(zhuǎn)。圖4-3：步進電動機運動原理圖假設U相繞組通電，那么轉(zhuǎn)子上下兩齒被磁吸住，轉(zhuǎn)子就停留在U相通電的位置上。然后U相斷電，V

99、相通電，那么磁極U的磁場消失，磁極V產(chǎn)生了磁場，磁極V的磁場把離它最近的另外兩齒吸引過去，停止在V相通電的位置上，這時轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)了300。隨后V相斷電，W相通電，根據(jù)同樣的道理，轉(zhuǎn)子又逆時針轉(zhuǎn)了300，停止在W相通電的位置上。假設再U相通電，W相斷電，那么轉(zhuǎn)子再逆轉(zhuǎn)300。定子各相輪流通電一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一個齒。步進電機繞組按依次輪流通電，步進電動機轉(zhuǎn)子就一步步地按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。反之，如果步進電動機按倒序依次使繞組通電，即：，那么步進電動機將按順時針方向旋轉(zhuǎn)。步進電機繞組每次通斷電使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱之為步距角。上述分析中的步進電機步距角為300。對于一個真實的步進電動機，為了減少每通電一次的轉(zhuǎn)

100、角，在轉(zhuǎn)子和定子上開有很多定分的小齒其中定子的三相繞組鐵心間有一定角度的齒差，當U相定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對正時，V相和W相定子上的齒那么處于錯開狀態(tài)。工作原理與上同，只是步距角是小齒距夾角的1/3。步距角和步距誤差步距角是決定步進式伺服系統(tǒng)脈沖當量的重要參數(shù)。步距角越小，脈沖當量越小，控制精度就越高。步距角的計算式為 =3600/mzk算式中m定子繞組的相數(shù)；z轉(zhuǎn)子的齒數(shù)；當步進電機的通電方式為m相m拍時k=1，為m相2m拍時k=2，依此類推。實際步進電機的定子磁極與轉(zhuǎn)子圓周上都有齒，定子磁極的齒距與轉(zhuǎn)子的齒距相同，只是定子磁極的齒依次與轉(zhuǎn)子的齒錯開齒距的1/mm是步進電機相數(shù)。這樣，每次定子繞

101、組通電狀態(tài)改變時，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)過齒間夾角的1/m或者1/2m角度。假設在三相定子的每個磁極上有5個小齒，齒槽等寬，齒間夾角為9°，小齒在空間位置上依次錯開1/3齒距，轉(zhuǎn)子上均勻分布40個小齒，齒槽等寬，齒間夾角也是9°,那么當A相磁極上的小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對齊時，B相磁極上的齒剛好比轉(zhuǎn)子齒超前或滯后1/3齒距，C相磁極齒比轉(zhuǎn)子齒超前或滯后2/3齒距角。當按三相三拍通電工作時，步距角為=3600/mzk=360°/3×40×1=3°當按三相六拍通電工作時，步距角為=3600/mzk=360°/3×40×

102、6;步進電機每走一步，轉(zhuǎn)子實際的角位移與設計的步距角之間都存在步距誤差。連續(xù)走假設干步時，上述誤差形成累積值。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈后，回至上一轉(zhuǎn)的穩(wěn)定位置，因此步進電機的步距的步距誤差不會長期累積。影響步進電機步距誤差和累積誤差的主要因素有齒與磁極的分度精度、鐵芯疊壓及裝配精度、各相矩角特性之間差異的大小、氣隙的不均勻程度等。4.3.3加、減速特性步進電機的加、減速特性是指步進電機由靜止到達工作頻率，由工作頻率到靜止的加、減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時間的關系。當要求步進電機工作在大于突跳頻率的工作頻率時，頻率變化速度必須逐漸上升。同樣，從最高工作頻率或高于突跳頻率的工作頻率停止工作時，頻

103、率變化速度必須逐漸下降。逐漸上升和下降的加，減速時間不能過小，否那么會出現(xiàn)失步或超步想象。圖4-4：加、減速特性曲線4.3.4選用步進電機的技術數(shù)據(jù)設計使用的步進電機是三相混合式步進電機，型號是57HT5656A6。其主要技術數(shù)據(jù)是步距精度±5%，電阻精度±10%，電感精度±20%，溫升80Max，環(huán)境溫度-20+50，絕緣電阻100M Min.500V DC，耐壓500V。表4-2：選用步進電機的相關數(shù)據(jù)型號隸棠澗螈步距角隸棠澗螈(º)隸棠澗螈靜力矩隸棠澗螈N·m隸棠澗螈定位力矩N·cm隸棠澗螈轉(zhuǎn)動慣量g·c隸棠澗螈機身長Lmm隸棠澗螈引線數(shù)隸棠澗螈重量隸棠澗螈g隸棠澗螈57HT5656A6隸棠澗螈隸棠澗螈隸棠澗螈隸棠澗螈300隸棠澗螈56隸棠澗螈3/6隸棠澗螈680隸棠澗螈 圖4-5：外形圖 圖4-6：接線圖4.4 驅(qū)動器 步進電機必須有驅(qū)動器和控制器才能正常工作。驅(qū)動器的作用是對控制脈沖進行環(huán)形分配、功率放大，使步進電機繞組按一定順序通電，控制電機轉(zhuǎn)動。圖4-7：驅(qū)動器結構步進電機驅(qū)動控制器主要由環(huán)形分配器和功率放大電路組成。環(huán)形分配器負責輸出對應于步進電機工作方式的脈沖序列，功率放大