機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì)基于PLC的自動(dòng)切紙機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 課題名稱(chēng)：基于PLC的自動(dòng)切紙機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)電一體化 指導(dǎo)老師： 摘 要 隨著我國(guó)科技水平的蓬勃發(fā)展，各類(lèi)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展已趨向精致化、多元化。在大環(huán)境的趨勢(shì)下，多元化、彈性化且具有多種切換功能的自動(dòng)化機(jī)種方能適應(yīng)市場(chǎng)的需求。而自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成為科技事業(yè)中的重要組成部分。自動(dòng)化技術(shù)與我們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，它直接影響到人們的生產(chǎn)生活水平。為了提高生產(chǎn)水平和產(chǎn)品的質(zhì)量，首先是要提高科技，也就是提高生產(chǎn)的自動(dòng)化技術(shù)，但是傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)方法已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)生活的需求，這迫切的要求我們提高科技，發(fā)展自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)。本課題研究基于PLC的自動(dòng)切紙機(jī)控制系統(tǒng)，它是

2、以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)控制裝置。本文對(duì)現(xiàn)在可編程控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)作了詳細(xì)的介紹，并簡(jiǎn)要介紹了課題研究的背景和意義，而且具體的作出了該課題的設(shè)計(jì)方案。此次課題的研究，具有重要的意義，它是我們由理論到具體實(shí)踐的過(guò)度，是對(duì)獨(dú)立完成實(shí)踐設(shè)計(jì)能力的考驗(yàn)。關(guān)鍵詞：可編程控制器；切紙機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器；組態(tài)控制ABSTRACTWith the vigorous development of China's scientific and technological level, the development of all k

3、inds of industrial products has tended refined and diversified. The trend of the environment, diversified, flexible and automated switching function with a variety of models in order to adapt to market demand. Automation technology has become an important part of the scientific and technological und

4、ertakings. Automation technology with our production and life are closely related, it directly affects the people's production and living standards. In order to improve the level of production and product quality, to improve the technology, automation technology is to improve production, but the

5、 traditional manual production methods have been unable to meet the needs of real life, and the urgent requires us to improve the scientific and technological development of automated production technology.This study is based on the the PLC automatic paper cutter control system, which is a microproc

6、essor-based, integrated computer technology, automatic control technology and communication technology evolved a new type of industrial control devices. Programmable control technology application status, trends were described in detail, and briefly describes the background and significance of the r

7、esearch, and made the subject of specific design. The research projects of great significance, it is from the theoretical to the concrete practice of excessive practice design capabilities independently test.Keywords: Programmable controller; Cutter; Stepper motor; Stepper drives; Configuration cont

8、rol.目 錄第一章 緒論11.1 課題研究的基本概況11.2 本課題研究的意義2第二章 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案42.1 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求42.2 切紙機(jī)的硬件選型42.2.1 PLC的類(lèi)型選擇42.2.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理及分類(lèi)52.2.3 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的選擇72.3 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)造關(guān)系10第三章 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)123.1 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)123.3.1 MCGS簡(jiǎn)介123.2 切紙機(jī)控制系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面133.3 控制系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)通訊14第四章 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)164.1 I/O表的設(shè)定164.2 硬件接線圖164.3 程序說(shuō)明18第五章 切紙機(jī)控制

9、系統(tǒng)的調(diào)試205.1 切紙機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物接線圖205.2 主站和從站的調(diào)試215.3 程序調(diào)試結(jié)果21總 結(jié)25致 謝26參 考 文 獻(xiàn)27第一章 緒論1.1 課題研究的基本概況伴隨著社會(huì)的快速發(fā)展，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，大到大型機(jī)械設(shè)備、航空用品，小到零器件甚至更微小的原件的加工制造，都離不開(kāi)自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用。進(jìn)入工業(yè)社會(huì)以來(lái)，社會(huì)生產(chǎn)力飛速發(fā)展，由起初的簡(jiǎn)單機(jī)械代替手工操作，到現(xiàn)在一條條自動(dòng)化生產(chǎn)流水線。高效率、高精度、高可靠性，還有生產(chǎn)成本降低化、生產(chǎn)便捷化等成為人們心目中理想的生產(chǎn)設(shè)計(jì)。 以切紙機(jī)為例，它是一種常用的紙張加工設(shè)備，在人類(lèi)工業(yè)歷史上的應(yīng)用已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)數(shù)百年。它

10、廣泛用于印刷企業(yè)印前及印后的裁切設(shè)備用于各種紙張印刷品的加工。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展使切紙機(jī)得以在更為廣泛的使用范圍來(lái)為各行各業(yè)服務(wù)，成為印刷、出版、造紙、包裝、食品、橡膠塑料、皮革木材、紡織、鋁合金板材等各行各業(yè)的裁切通用設(shè)備。三面切書(shū)機(jī)主要作為裝訂生產(chǎn)線的組成部分。隨著社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，切紙機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而其自身的技術(shù)含量也會(huì)隨著生產(chǎn)要求不斷提升。工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是分布式、開(kāi)放化和信息化1。最早的切紙機(jī)是機(jī)械式的，它采用單導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修起來(lái)也簡(jiǎn)單，但是它的尺寸定位不夠準(zhǔn)確，不能滿足一些高精度的印刷品的要求。另外它的噪聲大、沖擊力大、安全性能也不好，極易出現(xiàn)工

11、傷事故，且工作效率低。所以在現(xiàn)代生產(chǎn)中幾乎被淘汰。繼機(jī)械式切紙機(jī)之后的是液壓式切紙機(jī)，它采用液壓驅(qū)動(dòng)的壓制器，壓力大且恒定不變，相對(duì)于機(jī)械式切紙機(jī)沖力小，在精度控制方面也有了一定的提高。但隨著控制理論和電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字顯示和程控式液壓切紙機(jī)開(kāi)始成為切紙機(jī)發(fā)展的主流和方向。自1956年，第一臺(tái)磁帶控制的切紙機(jī)誕生于波拉公司，從此便開(kāi)辟了程控設(shè)計(jì)的先河。雖然切紙機(jī)的發(fā)展非常迅速，但是在推廣和應(yīng)用方面還存在一些問(wèn)題。國(guó)產(chǎn)切紙機(jī)技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平有一定的差距主要表現(xiàn)在：控制系統(tǒng)比較落后：從控制系統(tǒng)來(lái)講.我國(guó)剛開(kāi)始在機(jī)上配備PLC系統(tǒng).而國(guó)際上已經(jīng)采用全線計(jì)算機(jī)控制利用計(jì)算機(jī)對(duì)各種執(zhí)行部件進(jìn)行監(jiān)

12、控和調(diào)整同時(shí)可預(yù)t參數(shù)，實(shí)行計(jì)算機(jī)控制下的自動(dòng)調(diào)整大大縮短了輔助時(shí)間并保證了工作可靠；配套性差：國(guó)產(chǎn)切紙機(jī)很少能配上成套設(shè)備，如裁切及裝訂生產(chǎn)線；安全保證系統(tǒng)不夠先進(jìn)和齊全；操作方便程度及外觀存在一定的差距。在計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、傳動(dòng)技術(shù)、接口技術(shù)、軟件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等2，我國(guó)還是發(fā)展中國(guó)家，與國(guó)外的技術(shù)水平的差距短時(shí)間內(nèi)很難消除，更何況我國(guó)大多都是中小型企業(yè)，高檔次的切紙機(jī)價(jià)格昂貴，不適宜在這些中小型企業(yè)中使用。國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的切紙機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了集機(jī)電、光、液、氣于一體的技術(shù)。最具代表的是上海申威達(dá)公司生產(chǎn)的FQZK型切紙機(jī)。其結(jié)構(gòu)與polar切紙機(jī)差不多，安全性能也有較大的提高3。所以為適應(yīng)

13、不同層次的需求，中低檔次的切紙機(jī)也應(yīng)該存在，且我認(rèn)為還有很大的市場(chǎng)需求。但是我們要時(shí)刻緊盯切紙機(jī)技術(shù)的發(fā)展前沿，以便自身的提升和創(chuàng)新。可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，它是一種用作數(shù)字控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)。它是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶(hù)按控制要求編制好并存于用戶(hù)存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)(或地址號(hào))作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶(hù)程序，直至程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描，在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。它按照用戶(hù)程序存儲(chǔ)器里的指令安排，通過(guò)輸入接口采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，執(zhí)行

14、邏輯或數(shù)值計(jì)算，進(jìn)而通過(guò)輸出接口去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。它組態(tài)靈活，編程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，它是一種以計(jì)算機(jī)的中央處理器為基礎(chǔ)，綜合了電子技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)而開(kāi)發(fā)的控制產(chǎn)品。相信在21世紀(jì)里，以PLC作為控制系統(tǒng)核心的機(jī)電一體化生產(chǎn)線及設(shè)備必將主導(dǎo)自動(dòng)化控制、設(shè)備制造等大規(guī)模自動(dòng)化控制領(lǐng)域。西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-200小型PLC在我國(guó)工業(yè)控制方面有著廣泛的應(yīng)用4。如果單從價(jià)位考慮，單片機(jī)控制最為便宜，但是在切紙機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中對(duì)可靠性要求較高，并且還要求有可擴(kuò)展的能力及通訊能力。恰恰PLC作為控制核心具有這些方面的優(yōu)點(diǎn)，所以成為最佳選擇。1.2 本課題研究的意義本課題研究是基于P

15、LC控制的自動(dòng)切紙機(jī)的控制系統(tǒng)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)切紙機(jī)的自動(dòng)化控制，同時(shí)以組態(tài)畫(huà)面作為監(jiān)控系統(tǒng)。這樣就形成了控制及監(jiān)控一體化的機(jī)電控制產(chǎn)品。在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中生產(chǎn)效率決定了一個(gè)企業(yè)的生存能力，一個(gè)生產(chǎn)效率低下的企業(yè)必將被淘汰。而且，輕巧、方便、快捷已經(jīng)越來(lái)越得到大眾的認(rèn)可。如今自動(dòng)化控制已經(jīng)深深的進(jìn)入了人們?cè)谏畹姆椒矫婷?。而自?dòng)切紙機(jī)恰好滿足了人們對(duì)生活用紙、工業(yè)用紙等各方面的需求。自動(dòng)切紙機(jī)的產(chǎn)生代替了傳統(tǒng)的手工操作，大大的減少了人力、物力，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，改變了市場(chǎng)產(chǎn)品緊缺的現(xiàn)狀。從以前的小規(guī)模生產(chǎn)到大規(guī)模批量生產(chǎn)，這一切都離不開(kāi)微電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的快速

16、發(fā)展。步進(jìn)電機(jī)作為切紙機(jī)的動(dòng)力元件，大大增強(qiáng)了切紙機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。步進(jìn)電機(jī)是一種常用的電氣執(zhí)行元件，是一種將脈沖信號(hào)變化成直線或者角位移的數(shù)字電磁執(zhí)行裝置。步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與脈沖頻率也成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各組繞組的相序有關(guān)（步進(jìn)電機(jī)的頻率不能超過(guò)最高頻率，否則力矩迅速減小電機(jī)不轉(zhuǎn)）。步進(jìn)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)累積誤差、跟蹤性能好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)，廣泛用于數(shù)控加工設(shè)備、自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)控制儀表、計(jì)算機(jī)及辦公室自動(dòng)化設(shè)備。如今對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制通常采用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的微處理器，通過(guò)一些大規(guī)模集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。這種控制

17、方法所需的周邊器件比較多，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和處理速度有較大的影響。而采用PLC作為控制器，結(jié)合步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)組合的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，就可以大大的減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作量，提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和快速性。現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)也離不開(kāi)模具制造工藝技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，內(nèi)容包括：概論、模具的機(jī)械加工、模具的特種加工、典型模具制造工藝、模具的裝配工藝、模具的使用與維修等5。可編程控制器經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，如今已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。它的連接不需要大量的活動(dòng)元件和電子元件連線，連線的減少有利于故障的減少且維修簡(jiǎn)單維修時(shí)間短。PLC采用冗長(zhǎng)的設(shè)計(jì)，如斷電保護(hù)、故障診斷、信息保護(hù)即恢復(fù)，大大的提高了系統(tǒng)運(yùn)行

18、的可靠性。PLC還有較高的易操作性，它是為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比普通計(jì)算機(jī)控制更簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言和更可靠的硬件，它的編程簡(jiǎn)單，操作方便，維修簡(jiǎn)單，而且不容易發(fā)生操作和編程錯(cuò)誤。PLC的程序輸入可以直接顯示，若發(fā)現(xiàn)有誤，可以根據(jù)所需要的地址編號(hào)或者接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索，或者程序?qū)ふ也⑦M(jìn)行更改。根據(jù)其硬件和軟件的自診斷能力，維修人員可以很快的找到故障發(fā)生的部位。再者，PLC采用的匯編語(yǔ)言有梯形圖、功能圖表、功能模塊和語(yǔ)句描述編程語(yǔ)言。編程方法的多樣性是使編程變得簡(jiǎn)單且廣泛的應(yīng)用和擴(kuò)展。加強(qiáng)了機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)方案的基本訓(xùn)練和設(shè)計(jì)方法6。以PLC為控制核心的自動(dòng)化控制系統(tǒng)一定會(huì)成為顯示

19、社會(huì)發(fā)展的主流。綜上所述，研究基于PLC為控制核心的自動(dòng)切紙機(jī)的應(yīng)用更加變得切合實(shí)際而有意義。通過(guò)對(duì)一系列問(wèn)題的剖析，提高對(duì)機(jī)電一體化知識(shí)的應(yīng)用能力，有機(jī)的將理論與實(shí)踐結(jié)合在一起7。在專(zhuān)業(yè)課程中必須掌握的知識(shí)、技能，由簡(jiǎn)到繁、由淺入深展開(kāi)講解，這不僅使學(xué)生較系統(tǒng)地學(xué)習(xí)相應(yīng)的理論知識(shí)，還通過(guò)一些實(shí)例來(lái)介紹生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)既能學(xué)到電工基礎(chǔ)的知識(shí)，又能與實(shí)際相結(jié)合，達(dá)到學(xué)以致用的目的8。第二章 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案2.1 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求（1） 監(jiān)控畫(huà)面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，指示燈顯示綠色，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，指示燈紅綠相間閃爍。當(dāng)按

20、下停止按鈕時(shí)，系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。（2） PC機(jī)和主站、從站之間采用N:N模式建立連接。（3）紙張所設(shè)定規(guī)格為50毫米，要求達(dá)到一定數(shù)量自動(dòng)停止整個(gè)系統(tǒng)。 切紙機(jī)的加工工藝如下： （1）啟動(dòng)設(shè)備，切紙機(jī)導(dǎo)輥從造紙機(jī)上接到紙板傳到預(yù)想的位置； （2）導(dǎo)輥停止導(dǎo)紙，當(dāng)紙板完全靜止在切紙機(jī)到預(yù)定的位置時(shí)，切刀開(kāi)始切割，刀車(chē)運(yùn)動(dòng)到另一側(cè)后，刀車(chē)電機(jī)與切刀電機(jī)停止； （3）導(dǎo)輥向接紙傳送切割完畢的紙板； （4）紙張傳送結(jié)束，切紙機(jī)導(dǎo)輥又恢復(fù)高速，等待造紙機(jī)下一副紙板的到來(lái)。刀車(chē)再由另一側(cè)向原方向運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)行下一次的切割過(guò)程，如此反復(fù)。2.2 切紙機(jī)控制的硬件選型 2.2.1 PLC的類(lèi)型選擇可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)

21、PLC，它的種類(lèi)很多，可以從不同的角度進(jìn)行分類(lèi)。按照控制規(guī)模大致可分為微型機(jī)、小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)和特大型機(jī)。微型機(jī)的控制點(diǎn)僅有十幾點(diǎn)，比如德維森公司的V80系列PLC本體從16點(diǎn)到40點(diǎn)，西門(mén)子的LOGO僅10點(diǎn)。小型機(jī)控制點(diǎn)可達(dá)100多點(diǎn)，如OMRON公司的C60P可達(dá)148點(diǎn)，CQM1可達(dá)256點(diǎn)。而中型機(jī)的控制點(diǎn)可達(dá)500點(diǎn)以致幾千點(diǎn)，比如德國(guó)西門(mén)子公司的S7-300機(jī)最多達(dá)521點(diǎn)等。大型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)一般在1000點(diǎn)以上，比如德維森公司的PPC22系列可擴(kuò)展到2048點(diǎn)，OMRON公司的C1000H、CV1000，當(dāng)?shù)嘏渲每蛇_(dá)1024點(diǎn)，比如美國(guó)的GE公司的90-70機(jī)，其控制點(diǎn)數(shù)

22、可達(dá)24000點(diǎn)，另外還有8000路的模擬量。按照結(jié)構(gòu)，可編程控制器可分為模塊式和箱體式兩大類(lèi)。模塊式是按照功能分為若干模塊，比如輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等。模塊式功能單一，便于系統(tǒng)配置，使PLC更能物盡其用，達(dá)到更高的使用效率。箱體式的PLC是把電源、CPU、內(nèi)存、I/O系統(tǒng)都集中在一個(gè)小箱子內(nèi)。一個(gè)是主體箱，一個(gè)是擴(kuò)展箱。目前市場(chǎng)上PLC的主流產(chǎn)品主要來(lái)自歐美日等國(guó)家。國(guó)內(nèi)的PLC生產(chǎn)廠家規(guī)模都不是太大，而且技術(shù)和機(jī)器性能和國(guó)外比起來(lái)有一定的差距?？紤]到顯示條件的制約，我們采用三菱FX系列PLC。三菱系列PLC對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力比較強(qiáng)，在惡劣的環(huán)境下運(yùn)行也比較穩(wěn)定。其外部通信業(yè)比較簡(jiǎn)單。

23、同時(shí)由于是利用PLC驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，能提高高速脈沖，所以應(yīng)當(dāng)要選擇晶體管輸出型的。所以我們選擇FX1N-40MT，如圖2-1所示。圖2-1可編程控制器 步進(jìn)電機(jī)的的工作原理及分類(lèi)1. 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而

24、達(dá)到調(diào)速的目的。通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)累積誤差、跟蹤性能好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)控加工設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)控制儀表、計(jì)算機(jī)及辦公室自動(dòng)化設(shè)備。其種類(lèi)很多，如表2-1所示。 表2-

25、1 步進(jìn)電機(jī)分類(lèi)表分類(lèi)方式具體類(lèi)型按力矩生產(chǎn)原理 反應(yīng)式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、步距角小，可達(dá)1.2°、但動(dòng)態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證。 永磁式：永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機(jī)精度差，步矩角大（一般為7.5°或15°）。按輸出力矩大小 混合式：混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個(gè)小齒以提高步矩精度。其特點(diǎn)是輸出力矩大、動(dòng)態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)較高。 功率式：輸出力矩

26、在按輸出力矩大小550N.m以上，可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等較大負(fù)載。按定字?jǐn)?shù) 單定子式 雙定子式 三定子式 多定子式按各相繞組分布 徑向分布式：電機(jī)各相按照?qǐng)A周依次排列。 軸向分布式：電機(jī)各相按照軸向依次排列。 步進(jìn)電機(jī)是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或者線位移。一是過(guò)載性好。其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，步進(jìn)電機(jī)使用時(shí)對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求。二是控制方便。步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯。三是整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)的機(jī)械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進(jìn)電機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單和緊湊。測(cè)速電機(jī)是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓，并傳遞到輸

27、入端作為反饋信號(hào)。測(cè)速電機(jī)為一種輔助型電機(jī)，在普通直流電機(jī)的尾端安裝測(cè)速電機(jī)，通過(guò)測(cè)速電機(jī)所產(chǎn)生的電壓反饋給直流電源，來(lái)達(dá)到控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒(méi)有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度（稱(chēng)為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。三相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5度，一圈360度，需要48個(gè)脈沖完成。 步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。本設(shè)計(jì)采用二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)，其主要特點(diǎn)是：體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。本模型中采用串聯(lián)型接法，其

28、電氣圖如下圖2-2所示：2.步進(jìn)電機(jī)的選型步進(jìn)電機(jī)的選型一般情況從以下幾個(gè)方面入手： （1）計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩 （2）計(jì)算傳動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性 （3)計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)比 （4）計(jì)算電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 （5）選取電動(dòng)機(jī) （6)選取驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。圖中點(diǎn)劃線所包圍的二個(gè)單元可以用微機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)單元必須與驅(qū)動(dòng)器直接耦合（防電磁干擾），也可理解成微機(jī)控制器的功率接口，這里予以簡(jiǎn)單介紹。本設(shè)計(jì)采用二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)，其主要特點(diǎn)是：體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。本模型中采用串聯(lián)型接法

29、，其電氣圖如下圖2-2所示： 圖2-2 電氣圖 由于我們是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的探討，所以對(duì)步進(jìn)電機(jī)的電流要求較小，其本身的小且實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件制約，所以我們選擇42J1834-810，它是二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)，主要特點(diǎn)；其體積小，具有較高的啟動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。本模型中采用串聯(lián)型接法，其能滿足我們的設(shè)計(jì)要求。如圖2-3所示。圖2-3步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的選擇從步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理可知，要使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須按照規(guī)律控制步進(jìn)電機(jī)的每一相得電。而步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器是配合步進(jìn)電機(jī)使用的元器件，它接受外部信號(hào)，其中有方向信號(hào)（DIR）、脈沖信號(hào)（CP)和脫機(jī)信號(hào)（FREE）。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部可以分為兩個(gè)部分，

30、一個(gè)是環(huán)形分配器，一個(gè)是功率放大器。環(huán)形分配器的主要功能是把外部CP端送進(jìn)來(lái)的脈沖信號(hào)進(jìn)行分配，再送給放大器，功率放大器相應(yīng)相的晶體管導(dǎo)通，步進(jìn)電機(jī)的線圈通電9。圖2-4為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。圖2-4 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器細(xì)分后將對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，但是這一切都是由驅(qū)動(dòng)器本身產(chǎn)生的，和電機(jī)及控制系統(tǒng)無(wú)關(guān)。在使用時(shí)，用戶(hù)唯一需要注意的一點(diǎn)是步進(jìn)電機(jī)步距角的改變，這一點(diǎn)將對(duì)控制系統(tǒng)所發(fā)的步進(jìn)信號(hào)的頻率有影響，因?yàn)榧?xì)分后步進(jìn)電機(jī)的步距角將變小，要求步進(jìn)信號(hào)的頻率要相應(yīng)提高。以1.8度步進(jìn)電機(jī)為例：驅(qū)動(dòng)器在半步狀態(tài)時(shí)步距角為0.9度，而在十細(xì)分時(shí)步距角為0.18度，這樣在要求電機(jī)轉(zhuǎn)速相同的情況下，控制系

31、統(tǒng)所發(fā)的步進(jìn)信號(hào)的頻率在十細(xì)分時(shí)為半步運(yùn)行時(shí)的5倍。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要有電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分等。驅(qū)動(dòng)器參數(shù)如下列表2-2、表 2-3、表2-4、表2-5所示：表2-2電氣規(guī)格說(shuō)明最小值典型值最大值單位供電電壓182440V均值輸出電流0.2111.50A邏輯輸入電流61530mA步進(jìn)脈沖響應(yīng)頻率100kHz脈沖低電平時(shí)間51s表2-3電流設(shè)定電流值SW1SW2SW3 0.21AOFFONON0.42AONOFFON0.63AOFFOFFON0.84AONONOFF1.05A0FFONOFF1.26AONOFFOFF1.50AOFFOFFOFF表2-4 細(xì)分設(shè)定細(xì)分倍數(shù)步數(shù)/圈（

32、1.8整步）SW4SW5SW61200ONONON2400OFFONON4800ONOFFON1600OFFOFFOFF3200ONONOFF86400OFFONOFF1612800OFFONOFF由外部確定動(dòng)態(tài)改細(xì)分/禁止工作OFFOFFOFF信 號(hào)功 能PUL脈沖信號(hào)：上升沿有效，每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)電機(jī)走一步DIR方向信號(hào)：用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，TTL平驅(qū)動(dòng)OPTO光耦驅(qū)動(dòng)電源ENA使能信號(hào)：禁止或允許驅(qū)動(dòng)器工作，低電平禁止GND直流電源地+V直流電源正極，典型值+24VA+電機(jī)A相A-電機(jī)A相B+電機(jī)B相B-電機(jī)B相表2-5接線信號(hào)描述 PLC控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接的工作原理如圖2-5所

33、示：驅(qū)動(dòng)器電源由面板上電源模塊提供，注意正負(fù)極性，驅(qū)動(dòng)器信號(hào)端采用+24V供電，需加1.5K限流電阻（見(jiàn)圖中1.5K電阻）。驅(qū)動(dòng)器輸入端為低電平有效，在使用不同廠家的PLC產(chǎn)品配套此模型使用時(shí)，要選擇相應(yīng)的輸出方式，或者加入合適的電平轉(zhuǎn)換板進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 圖2-5工作原理圖2.3 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)造關(guān)系 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的各部分構(gòu)造及其關(guān)系如圖2-6所示。圖2-6切紙機(jī)控制系統(tǒng)流程圖第三章 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)3.1 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì) MCGS簡(jiǎn)介 MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是北京昆侖同臺(tái)自動(dòng)化軟件科技有

34、限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控軟件的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/XP等操作系統(tǒng)。MCGS組態(tài)軟件包括三個(gè)版本，分別是網(wǎng)絡(luò)版、通用版、嵌入版。它具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)10。通過(guò)與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開(kāi)發(fā)各種用于現(xiàn)場(chǎng)采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。用戶(hù)只需要通過(guò)簡(jiǎn)單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無(wú)紙記錄儀、無(wú)人值守的現(xiàn)場(chǎng)采集站、人機(jī)界面等專(zhuān)用設(shè)備。下

35、圖3-1為MCGS6.2通用版。圖3-1 MCGS組態(tài)軟件圖 我們選擇的是通用版。MCGS6.2通用版是北京昆侖通態(tài)數(shù)十位軟件開(kāi)發(fā)精英，歷時(shí)整整一年時(shí)間，辛勤耕耘的結(jié)晶，MCGS6.2通用版無(wú)論在界面的友好性、內(nèi)部功能的強(qiáng)大性、系統(tǒng)的可擴(kuò)充性、用戶(hù)的使用性以及設(shè)計(jì)理念上都有一個(gè)質(zhì)的飛躍，是國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件行業(yè)劃時(shí)代的產(chǎn)品，必將帶領(lǐng)國(guó)內(nèi)的組態(tài)軟件上一個(gè)新的臺(tái)階。MCGS通用版有如下的強(qiáng)大功能：全中文可視化組態(tài)軟件，簡(jiǎn)潔、大方，使用方便靈活，完善的中文在線幫助系統(tǒng)和多媒體教程，真正的32位程序，支持多任務(wù)、多線程，運(yùn)行于Win95/98/NT/2000平臺(tái)，它提供近百種繪圖工具和基本圖符，快速構(gòu)造圖形

36、界面，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集板卡、智能模塊、智能儀表、PLC、變頻器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等700多種國(guó)內(nèi)外眾多常用設(shè)備，支持溫控曲線 、計(jì)劃曲線、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、XY曲線等多種工控曲線，支持ODBC接口，可與SQL Server、Oracle、Access等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián)，支持OPC接口、DDE接口和OLE技術(shù)，可方便的與其他各種程序和設(shè)備互聯(lián)，提供漸進(jìn)色、旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫(huà)、透明位圖、流動(dòng)塊等多種動(dòng)畫(huà)方式，可以達(dá)到良好的動(dòng)畫(huà)效果，上千個(gè)精美的圖庫(kù)元件，保證快速的構(gòu)建精美的動(dòng)畫(huà)效果，功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同步、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)同步構(gòu)建，保證多個(gè)系統(tǒng)完美結(jié)合，完善的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，可以支持最新流行的各種通訊方式，包括電話通訊網(wǎng)，寬

37、帶通訊網(wǎng)，ISDN通訊網(wǎng)，GPRS通訊網(wǎng)和無(wú)線通訊網(wǎng)。3.2 切紙機(jī)控制系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面 1.下圖3-2為主站監(jiān)控畫(huà)面圖3-2 主站監(jiān)控畫(huà)面2.下圖3-3為從站監(jiān)控畫(huà)面圖3-3 從站監(jiān)控畫(huà)面3.3 控制系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)通訊為了能夠使觸摸屏和PLC通訊連接上，須把定義好的數(shù)據(jù)對(duì)象和PLC 內(nèi)部變量進(jìn)行連接，具體操作步驟如下：1.在“設(shè)備窗口”中雙擊“設(shè)備窗口”圖標(biāo)進(jìn)入。2.點(diǎn)擊工具條中的“工具箱”圖標(biāo)，打開(kāi)“設(shè)備工具箱”。3.在可選設(shè)備列表中，雙擊“通用串口父設(shè)備”，然后雙擊“三菱_FX系列編程口”在下發(fā)出現(xiàn)“通用串口父設(shè)備”，“三菱_FX系列編程口”，見(jiàn)圖3-4所示： 圖3-4設(shè)備窗口4.雙擊“通用

38、串口父設(shè)備”，進(jìn)入通用串口父設(shè)備的基本屬性設(shè)置，作如下圖3-5設(shè)置:圖3-5 串口設(shè)備屬性設(shè)置5. 雙擊“設(shè)置0”，后雙擊“設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性”，進(jìn)入內(nèi)部設(shè)備的基本屬性設(shè)置，作如下圖3-6設(shè)置:圖3-6通道連接6.雙擊“通道連接”，進(jìn)入內(nèi)部設(shè)備的基本屬性設(shè)置，作如下圖3-7設(shè)置:圖3-7 通訊連接第四章 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 I/O表的設(shè)定 1. 主站I/O分配表4-1 表4-1主站I/O分配表輸入輸出啟動(dòng)按鈕 X0指示燈運(yùn)行停止按鈕 X1指示燈停止 2. 從站I/O分配表4-2表4-2從站I/O分配表輸入輸出啟動(dòng)按鈕脈沖信號(hào) Y0停止按鈕方向信號(hào) Y1脫機(jī)信號(hào) Y2切紙信號(hào) Y34.2 硬件接線圖具體的切紙機(jī)控制系統(tǒng)的硬件接線圖如圖4-1所示。 圖4-1切紙機(jī)控制系統(tǒng)硬件接線圖4.3 程序說(shuō)明 1. 主站程序說(shuō)明2. 從站程序說(shuō)明第五章 切紙機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試5.1 切