東北石油大學(xué)步進(jìn)電機(jī)的PLC控制課程設(shè)計(jì)

1、東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)課 程 PLC控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 題 目 步進(jìn)電機(jī)的PLC控制 院 系 電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化系 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化11-班 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 1106011401 指導(dǎo)教師 2014 年 11 月 28 日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程 PLC控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)題目 步進(jìn)電機(jī)的PLC控制專業(yè) 自動(dòng)化 姓名 學(xué)號(hào) 1106011401 主要內(nèi)容：1. 設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時(shí)序圖等；2. 系統(tǒng)有啟動(dòng)、停止功能；3. 運(yùn)用功能指令進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計(jì)，并有主程序、子程序和中斷程序；4. 用組態(tài)王監(jiān)控組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)出上位監(jiān)控系統(tǒng)；5. 程序結(jié)構(gòu)與控制功能

2、自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)；6. 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制要求?；疽螅?.在步進(jìn)電機(jī)為二相混合式，供電電壓24VDC，功率30 W，電流1.7A（或1.2A），轉(zhuǎn)矩0.35NM，步矩角1.8/0.9，并配有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)細(xì)分運(yùn)行，減少振蕩；2.控制器為S7-200PLC，設(shè)計(jì)出PLC的控制程序，實(shí)現(xiàn)速度、方向、定位、細(xì)分等控制功能。主要參考資料：1 張鳳珊可編程序控制器M北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社，20032 齊占慶電氣控制技術(shù)M北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，20023 張萬(wàn)忠可編程控制器應(yīng)用技術(shù)M北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，20014 李道霖PLC原理及應(yīng)用M北京: 電子工業(yè)出版社，20045 郁漢琪可

3、編程序控制器應(yīng)用技術(shù)M南京: 東南大學(xué)出版社，2003完成期限 2014.11.242014.11.28 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2014年 11 月 24 日目錄第一章 控制工藝流程分析11.1 步進(jìn)電機(jī)PLC控制的控制過(guò)程描述11.2 步進(jìn)電機(jī)PLC控制的控制工藝分析1第二章 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)硬件組成32.2 控制方法分析42.3 I/O分配52.4 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)6第三章 控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)83.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)83.2 控制程序時(shí)序圖設(shè)計(jì)83.3 控制程序設(shè)計(jì)思路9第四章 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)104.1 PLC與上位監(jiān)控軟件通訊104.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)104.

4、3 實(shí)現(xiàn)的效果11第五章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析125.1系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題125.2 結(jié)果分析12課程設(shè)計(jì)心得14參考文獻(xiàn)15附錄16PLC控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)第一章 控制工藝流程分析1.1 步進(jìn)電機(jī)PLC控制的控制過(guò)程描述步進(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，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(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)

5、控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(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)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說(shuō)：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距

6、角。也就是說(shuō)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。所以控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，就可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，就可以對(duì)電機(jī)精確定位。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有很多，應(yīng)以實(shí)際的功率要求合理的選擇驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)需要提供具有一定驅(qū)動(dòng)能力的脈沖信號(hào)才能正常工作，脈沖信號(hào)由單片機(jī)輸出的激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖分配產(chǎn)生。脈沖分配可以通過(guò)硬件模擬分配電路實(shí)現(xiàn)，也可以利用軟件方便地實(shí)現(xiàn)。一個(gè)完整的驅(qū)動(dòng)電路不僅需要激勵(lì)信號(hào)，還需有足夠的功率。在一般的電路驅(qū)動(dòng)中，需將由CPU產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大后，再接到步進(jìn)電機(jī)輸入端。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了很多專門用于步進(jìn)電機(jī)控制的脈沖分配芯片，它們配合功率放

7、大的驅(qū)動(dòng)電路可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。1.2 步進(jìn)電機(jī)PLC控制的控制工藝分析可編程序控制器簡(jiǎn)稱PLC，是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它具有可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡(jiǎn)單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此迅速普及并成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的支柱設(shè)備之一。PLC所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms；各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源：具有良好的自

8、診斷功能一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大；簡(jiǎn)化編程語(yǔ)言，對(duì)信息進(jìn)行保護(hù)和恢復(fù)設(shè)置警戒時(shí)鐘WDT；對(duì)程序和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備。上述措施使PLC有高的可靠性。而采用循環(huán)掃描工作方式也提高其抗干擾能力。PLC在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域起著舉足輕重的作用。在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、交通等行業(yè)。實(shí)踐證明80以上的工業(yè)控制可以使用PLC來(lái)完成。PLC可用于邏輯順序控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)及位置控制、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)等。使用PLC可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制?？墒共竭M(jìn)電機(jī)動(dòng)作的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。 時(shí)至今日，軟件以及電子設(shè)備等相關(guān)技

9、術(shù)都有了長(zhǎng)足發(fā)展。雖然軟件的發(fā)展速度比不上硬件的發(fā)展速度那么迅速，但已能滿足現(xiàn)在的工業(yè)需求。對(duì)步進(jìn)電機(jī)的傳統(tǒng)控制通常完全由硬件電路搭接而成。隨著PLC的普及，現(xiàn)在已普遍采用硬件與軟件相結(jié)合的方式對(duì)其進(jìn)行控制，這種控制方法有很多優(yōu)點(diǎn)，比如：可以實(shí)現(xiàn)高精度的控制，降低成本，降低控制難度，簡(jiǎn)化控制電路等。今后步進(jìn)電機(jī)的總體發(fā)展趨勢(shì)是向著低功耗、高頻率精度、多功能、高度自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展。 PLC作為簡(jiǎn)單化了的計(jì)算機(jī)，功能完備、靈活、通用、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂，價(jià)格便宜，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序，體積小、硬件維護(hù)方便，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在全世界廣泛應(yīng)用，為生產(chǎn)生活帶來(lái)巨大效益方便。因此，通過(guò)研究用PLC來(lái)控制步

10、進(jìn)電動(dòng)機(jī)的，既可實(shí)現(xiàn)精確定位控制，又能降低控制成本，還有利于維護(hù)。以往的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要靠驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展完善，PLC具有了通過(guò)自身輸出脈沖直接步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功能，這樣就有利于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精確控制。 PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制主要包括三個(gè)方面，即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制、方向控制、步數(shù)控制。改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，就改變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，改變脈沖頻率，就改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變脈沖個(gè)數(shù)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。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

11、關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的相序。便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向。 步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能，其啟動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運(yùn)行方式的改變，都在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，且可獲得較高的控制精度，因而得到了廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)控制的最大特點(diǎn)是開環(huán)控制，不需要反饋信號(hào)。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)量的誤差累積。本系統(tǒng)PLC選用S7-200PLC。第二章 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件組成可編程控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)中，可編程控制器通過(guò)執(zhí)行反應(yīng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶的控制要求。為了使可編程控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能

12、變化的輸入信號(hào)，用戶程序不僅僅執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直到可編程控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。下面用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明可編程序控制器的掃描工作過(guò)程。圖2-1所示的PLC的輸入輸出接線圖，起動(dòng)按鈕SB1和停止按鈕SB2的常開觸點(diǎn)分加別接在編號(hào)為X000和X001的可編程控制器的輸入端，接觸器KM的線圈接在編號(hào)為YO00的可編程控制器的輸出端。圖(b)是這3個(gè)輸入/輸出變量對(duì)應(yīng)的I/O映像寄存器。圖（c）是可編程控制器的梯形圖，它與圖2-1所示的繼電器電路的功能相同。但是應(yīng)注意，梯形圖是一種程序，是可編程控制圖形化的程序。圖中的X000等是梯形圖中的編程元件，XO00與X0

13、01是輸入繼電器，Y000是輸出繼電器。編程元件X000與接在輸入端子XO00的SB1的常開觸點(diǎn)和輸入映像寄存器XO00相對(duì)應(yīng)，編程元件Y000與輸出映像寄存器Y000和接在輸出端子Y000的可編程控制器內(nèi)部的輸出電路相對(duì)應(yīng)。PLC控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示。(a) (b) (c) (d) 圖2-1 PLC的外部接線圖與梯形圖 圖2-2 PLC控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖梯形圖以指令的形成儲(chǔ)存在可編程控制器的用戶程序存儲(chǔ)器中，梯形圖與下面的4條指令對(duì)應(yīng)“；”之后是該指令的注解。 LD X000 ；接在左側(cè)母線上的X000的常開觸點(diǎn)。OR Y000 ；與X00O的常開觸點(diǎn)并聯(lián)的Y000的常開觸點(diǎn)

14、。ANI X001 ；與并聯(lián)電路串聯(lián)的X001的常閉觸點(diǎn)。OUT Y000 ；Y000的線圈。在輸入處理階段，CPU將SB1，SB2的常開觸點(diǎn)的狀態(tài)讀入相應(yīng)的輸入映像寄存器，外部觸點(diǎn)接通時(shí)存入寄存器的是二進(jìn)制數(shù)“1”，反之存入“0”。執(zhí)行第一條指令時(shí)，從輸入映像寄存器X000中取出二進(jìn)制數(shù)并存入運(yùn)算結(jié)果寄存器。執(zhí)行第二條指令時(shí)，從輸出映像寄存器Y000中取出二進(jìn)制數(shù)，并與運(yùn)算結(jié)果寄存器中的二進(jìn)制數(shù)相“或”（觸點(diǎn)的并聯(lián)對(duì)應(yīng)“或”結(jié)算），然后存入運(yùn)算結(jié)果寄存器。執(zhí)行第三條指令時(shí)，取出輸入映像寄存器X001中的二進(jìn)制數(shù)，因?yàn)槭浅ｉ]觸點(diǎn)，取反后與前面的運(yùn)算結(jié)果相“與”（電路的串聯(lián)對(duì)應(yīng)“與”運(yùn)算），然后

15、存入運(yùn)算結(jié)果寄存器。在輸出處理階段，CPU將各輸出映像寄存器中的二進(jìn)制數(shù)傳送給輸出模塊并鎖存起來(lái)，如果輸出映像寄存器Y000中存放的是二進(jìn)制數(shù)“1”，外接的KM線圈將通電，反之將斷電。X000，X001和Y000的波形高電平表示按下按鈕或KM線圈通電,當(dāng)TT1時(shí),讀入輸入映像寄存器X000和X001的均為二進(jìn)制數(shù)“0”此時(shí)輸出映像寄存器Y000中存入的亦為“0”在程序執(zhí)行階段,經(jīng)過(guò)上述邏輯運(yùn)算過(guò)程之后,運(yùn)算結(jié)果仍為Y000=0,所以KM的線圈處于斷電狀態(tài).在TT1區(qū)間,雖然輸入/輸出信號(hào)的狀態(tài)沒有變化,用戶程序確在一直反復(fù)不斷地執(zhí)行著。T=T1時(shí)按下起動(dòng)按鈕SB1，X0變?yōu)椤?”狀態(tài)，經(jīng)邏輯運(yùn)

16、算后Y000變?yōu)椤?”狀態(tài)，在輸出處理階段，將Y000對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器中的“1”送到輸出模塊，將可編程控制器內(nèi)Y000對(duì)應(yīng)的物理繼電器的常開觸點(diǎn)接通，使接觸器KM的線圈通電。2.2控制方法分析步進(jìn)電機(jī)是將給定的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。給定一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度，這個(gè)角度就稱作該步進(jìn)電機(jī)的步距角。目前常用步進(jìn)電機(jī)的步距角大多為1.8度（俗稱一步）或0.9度（俗稱半步）。以步距角為0.9度的進(jìn)步電機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)我們給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)0.9度；給兩個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)1.8度。以此類推，連續(xù)給定脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

17、由于電脈沖信號(hào)與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角存在的這種線性關(guān)系，使得步進(jìn)電機(jī)在速度控制、位置控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用.步進(jìn)電機(jī)的位置控制是靠給定的脈沖數(shù)量控制的。給定一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，當(dāng)停止的位置確定以后，也就決定了步進(jìn)電機(jī)需要給定的脈沖數(shù)。其工作原理如下：設(shè)A相首先通電，轉(zhuǎn)子齒與定子A、A對(duì)齊。然后在A相繼續(xù)通電的情況下接通B相。這時(shí)定子B、B極對(duì)轉(zhuǎn)子齒2、4產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，但是A、A極繼續(xù)拉住齒1、3，因此，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)到兩個(gè)磁拉力平衡為止。即轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)了15。接著A相斷電，B相繼續(xù)通電。這時(shí)轉(zhuǎn)子齒2、4和定子B、B極對(duì)齊，轉(zhuǎn)子從圖(b)的位置又轉(zhuǎn)過(guò)了15。這樣，如果按AA、B

18、BB、CCC、AA的順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子便順時(shí)針方向一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，步距角15。電流換接六次，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進(jìn)了一個(gè)齒距角。如果按AA、CCC、BBB、AA的順序通電，則電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。過(guò)程如圖2-3所示。 圖 2-3 步進(jìn)電機(jī)通電方式原理圖 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三個(gè)繞組: A、B、C 正轉(zhuǎn)通電順序?yàn)椋篈ABBBCCCA 反轉(zhuǎn)通電順序?yàn)椋篈CACBCBAB 用7個(gè)開關(guān)控制其工作 #1開關(guān)控制其運(yùn)行 ( 啟 )。 #2開關(guān)控制其運(yùn)行 ( 停 )。 #3 號(hào)開關(guān)控制其低速運(yùn)行 (轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需 0.5 s)。 #4 號(hào)開關(guān)控制其中速運(yùn)行 (轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需 0.1 s)。 #5 號(hào)開關(guān)

19、控制其高速運(yùn)行 (轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需 0.04 s)。 #6 號(hào)開關(guān)控制其轉(zhuǎn)向 ( ON 為正轉(zhuǎn) )。 #7 號(hào)開關(guān)控制其轉(zhuǎn)向 ( OFF 為反轉(zhuǎn))。2.3 I/O分配步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以最常用的三相六拍通電方式工作，并要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)設(shè)有快速、慢速控制、正反轉(zhuǎn)及單步控制4種控制方式。根據(jù)要求，可選用C28PCDTD的PLC進(jìn)行控制并設(shè)計(jì)出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖。圖2-4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)如圖2-5所示。圖2-5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制系統(tǒng)梯形圖2.4 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)PLC機(jī)型選擇的基本原則是：在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)

20、使用最方便以及性價(jià)比最優(yōu)的機(jī)型。通常做法是，在工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好的場(chǎng)合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其他情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC；對(duì)于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中，一般其控制速度無(wú)須考慮，因此，選用帶 A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求；而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來(lái)選用中檔或高檔機(jī)（其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等）。本次設(shè)計(jì)選擇的是三菱系列的FX1N系列。圖2-6 控制系

21、統(tǒng)原理圖圖2-6是控制系統(tǒng)的原理接線圖，圖2-6中Y7輸出的脈沖作為步進(jìn)電機(jī)的時(shí)鐘脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生節(jié)拍脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)Y7接至PLC的輸入接點(diǎn)X0，并經(jīng)X0送至PLC內(nèi)部的HSC。HSC計(jì)數(shù)Y7的脈沖數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)發(fā)生中斷，使Y7的脈沖頻率切換至下一參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確的位置控制。控制梯形圖如圖2-7所示。圖2-7 控制梯形圖控制系統(tǒng)的運(yùn)行程序：第一句是將DT9044和DT9045清零，即為HSC進(jìn)行計(jì)數(shù)做準(zhǔn)備;第二句第五句是建立參數(shù)表，參數(shù)存放在以DT20為首地址的數(shù)據(jù)寄存器區(qū);最后一句是啟動(dòng)SPD0指令，執(zhí)行到這句則從DT20開始取出設(shè)定的參數(shù)并完成相應(yīng)的控制要求。由第一

22、句可知第一個(gè)參數(shù)是K0，是PULSE方式的特征值，由此規(guī)定了輸出方式。第二個(gè)參數(shù)是K70，對(duì)應(yīng)脈沖頻率為500Hz，于是Y7發(fā)出頻率為500Hz的脈沖。第三個(gè)參數(shù)是K1000，即按此頻率發(fā)1000個(gè)脈沖后則切換到下一個(gè)頻率。而下一個(gè)頻率即最后一個(gè)參數(shù)是K0，所以當(dāng)執(zhí)行到這一步時(shí)脈沖停止，于是電機(jī)停轉(zhuǎn)。故當(dāng)運(yùn)行此程序時(shí)即可使步進(jìn)電機(jī)按照規(guī)定的速度、預(yù)定的轉(zhuǎn)數(shù)驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，使之達(dá)到預(yù)定位置后自動(dòng)停止。第三章 控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)3.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)3-1 步進(jìn)電機(jī)控制流程圖3.2控制程序時(shí)序圖設(shè)計(jì)圖3-2 控制電機(jī)的時(shí)序圖3.3控制程序設(shè)計(jì)思路在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí),首先應(yīng)明確對(duì)象的具體 控制要

23、求。由于CPU對(duì)程序的串行掃描工作方式,會(huì)造成輸入/輸出的滯后,而由掃描方式引起的滯后時(shí)間,最長(zhǎng)可達(dá)兩個(gè)多掃描周期,程序越長(zhǎng),這種滯后越明顯,則制精度就越低。因此,在實(shí)現(xiàn)控制要求的基礎(chǔ)上,應(yīng)使程序盡量簡(jiǎn)捷、緊湊。另一方面,同一個(gè)控制對(duì)象,根生產(chǎn)的工藝流程的不同,控制要求或控制時(shí)序會(huì)發(fā)生變化,此時(shí),要求程序修改方便、簡(jiǎn)單,即要求程序有較好的柔性。梯形圖如下圖3-3所示。3-3 步進(jìn)電機(jī)梯形圖第四章 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 PLC與上位監(jiān)控軟件通訊對(duì)于上位機(jī)接口軟件的編制，選擇查詢方式來(lái)進(jìn)行接收，完成一次傳輸?shù)牟襟E是：執(zhí)行一條輸入指令，讀取FIFO當(dāng)前狀態(tài)，判斷外設(shè)是否處于“準(zhǔn)備就緒”或者“未準(zhǔn)備就緒

24、”狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)行相應(yīng)步驟程序執(zhí)行。上位機(jī)向微處理器發(fā)出中斷請(qǐng)求。PLC微處理器響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，接收數(shù)據(jù)。通過(guò)使用接收中斷，發(fā)送中斷，發(fā)送指令(XMT)和接收指令(RCV)，用戶程序可以實(shí)現(xiàn)在自由口模式下對(duì)通信端口的控制，在自由口模式下，通信協(xié)議完全由用戶程序控制。使用通信端口0與計(jì)算機(jī)通信時(shí)，通過(guò)SMB30允許自由口模式，而且只有在PLC處于RUN模式時(shí)才能允許，當(dāng)PLC處于STOP模式時(shí)，自由口通信停止，通信口轉(zhuǎn)換成正常的PPI協(xié)議操作。由于通信只使用A、B兩線制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，不能利用硬件信號(hào)作為檢測(cè)手段，故在上位機(jī)與PLC通信發(fā)生誤碼時(shí)，將不能通過(guò)硬件判斷是否發(fā)生誤碼，或者當(dāng)上位機(jī)與PLC工

25、作速率不一樣時(shí)就會(huì)發(fā)生沖突。這些通信錯(cuò)誤將導(dǎo)致PLC控制程序不能正常工作，因此必須使用軟件，以保證通信的可靠性。4.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，種類繁多的控制設(shè)備和過(guò)程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無(wú)法滿足用戶的各種需求。已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個(gè)控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率低，導(dǎo)致它的價(jià)格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時(shí)，倘若動(dòng)而離去時(shí)，則必須同其他人員或新手進(jìn)行源程序的修改，因而更是相當(dāng)困難。因?yàn)樗軌蚝芎玫亟鉀Q傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目

26、的的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)與接線圖見下圖4-1。圖4-1 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)與上位機(jī)接線圖組態(tài)（Configuration）為模塊化任意組合。通用組態(tài)軟件主要特點(diǎn):（1）延續(xù)性和可擴(kuò)充性。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時(shí)，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級(jí);（2）封裝性（易學(xué)易用），通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來(lái)，對(duì)于用戶，不需掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能;（3）通用性，每個(gè)用戶根據(jù)工程實(shí)際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底

27、層設(shè)備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O Driver、開放式的數(shù)據(jù)庫(kù)和畫面制作工具，就能完成一個(gè)具有動(dòng)畫效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。4.3 實(shí)現(xiàn)的效果每有一個(gè)電脈沖發(fā)放時(shí)，移位指令動(dòng)作一次，使移位寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)右移一位，且保存到移位寄存器內(nèi)。同時(shí)計(jì)數(shù)器C21計(jì)數(shù)一次，到達(dá)預(yù)置值10時(shí)C21動(dòng)作，使圖3-5中傳送指令動(dòng)作，再次給移位寄存器賦初值。這樣保證移位寄存器每移位10次循環(huán)一次，從而保證了電動(dòng)機(jī)有規(guī)律的運(yùn)行。組態(tài)軟件大都支持各種主流工控設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)應(yīng)于原有的HMI

28、（人機(jī)接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件還是一個(gè)使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過(guò)手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，可靠性差；或者購(gòu)買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。第五

29、章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)有許多原因會(huì)引起調(diào)試的不成功，其中包括硬件方面的，和軟件方面的。硬件方面的主要是連線的錯(cuò)誤，或者其他硬件方面的問題。比如硬件線路的接法不同也可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的不成功。還有軟件方面的問題，比如因?yàn)檐浖姹敬嬖诓町悾沟靡恍┱Z(yǔ)句不能實(shí)現(xiàn)，或者達(dá)不到預(yù)期的效果。這就要求我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)時(shí)要仔細(xì)的分析實(shí)驗(yàn)中遇到的問題。5.2 結(jié)果分析分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獲得的數(shù)據(jù)，波形，現(xiàn)象或問題的正確性和必然性，分析產(chǎn)生不正確不正確的原因和處理方法?，F(xiàn)象：?jiǎn)?dòng)步進(jìn)電機(jī)，按下模塊上的正轉(zhuǎn)按鈕，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)180度，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)到180度后，停止。此外，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)90度

30、以后按下S2，步進(jìn)電機(jī)會(huì)立刻反轉(zhuǎn)90度。也可工作到PLC設(shè)計(jì)的步數(shù)后停止。程序編寫輸入完成之后就要進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試的目的是檢驗(yàn)程序是否滿足要求，不滿足的話就要從新編寫程序直到調(diào)試符合要求。在這我們用SF200仿真模擬器進(jìn)行程序調(diào)試。調(diào)試結(jié)果如下圖所示。圖5-1 低速正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)圖5-2 中速正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)圖5-3高速反轉(zhuǎn)狀態(tài)課程設(shè)計(jì)心得本次設(shè)計(jì)研究了PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法，主要是程序的設(shè)計(jì)，將PLC應(yīng)用到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，充分發(fā)揮PLC高可靠性和實(shí)用性，外部接線簡(jiǎn)單、靈活，維修方便。實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，考慮各部分的容量及其實(shí)際的技術(shù)參數(shù)，供電電源的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)接地問題、

31、電纜設(shè)計(jì)與鋪設(shè)、PLC輸出端保護(hù)等問題，以使系統(tǒng)達(dá)到安全可靠的工作，所以要想用于實(shí)際中，必須得通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。這就又給我們提出了更高層次的問題，畢竟一個(gè)較好的和較完善的應(yīng)用軟件不是在短時(shí)間內(nèi)就可以完成它的需要，要不斷的完善和發(fā)展，需要我們做大量的工作和時(shí)間的檢驗(yàn)。現(xiàn)在的系統(tǒng)雖然滿足了基本的要求，還需要增加很多新的功能和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)更安全、可靠、節(jié)約地控制。這次設(shè)計(jì)讓我學(xué)到的東西太多，使我受益非淺，它讓我知道了工作上的辛苦，讓我知道工作并不像在學(xué)校里學(xué)習(xí)一樣輕松。不過(guò)，雖然辛苦了點(diǎn)，但能讓我學(xué)到不同的東西，我心里還是高興的。人非生而知之，要學(xué)得知識(shí)，一靠學(xué)習(xí)，二靠實(shí)踐。沒有實(shí)踐，學(xué)習(xí)就

32、是無(wú)源之水，無(wú)本之木。 借此機(jī)會(huì)，在這里我還要特別感謝大學(xué)學(xué)習(xí)期間給我諸多教誨和幫助的各位老師，你們給予我的指導(dǎo)和教誨我將永遠(yuǎn)記在心里！參考文獻(xiàn)1 張鳳珊可編程序控制器M北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社，20032 齊占慶電氣控制技術(shù)M北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，20023 張萬(wàn)忠可編程控制器應(yīng)用技術(shù)M北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，20014 李道霖PLC原理及應(yīng)用M北京: 電子工業(yè)出版社，20045 郁漢琪可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)M南京: 東南大學(xué)出版社，2003附錄START bit 01H MinSpd EQU 9 MaxSpd EQU 75 Speed DATA 23H ORG 0000H LJMP DJ

33、SD ORG 0010H LJMP MAIN ORG 0030H MAIN: MOV SPEED,#MinSpd m_NEXT1: MOV A,Speed MOV B,#10 DIV AB CMP A,#0 JE DISPS0 CMP A,#1 JE DISPS1 CMP A,#2 JE DISPS2 CMP A,#3 JE DISPS3 CMP A,#4 JE DISPS4 CMP A,#5 JE DISPS5 CMP A,#6 JE DISPS6 CMP A,#7 JE DISPS7 CMP A,#8JE DISPS8 CMP A,#9 JE DISPS9 DISPS0: MOV P0,#

34、0FCH JMP Next DISPS1: MOV P0,#060H JMP Next DISPS2: MOV P0,#0DAH JMP Next DISPS3: MOV P0,#0F2H JMP Next DISPS4: MOV P0,#066H JMP Next DISPS5: MOV P0,#0B6H JMP Next DISPS6: MOV P0,#0BEH JMP Next DISPS7: MOV P0,#0E0H JMP Next DISPS8: MOV P0,#0FEH JMP Next DISPS9: MOV P0,#0F6H JE DISPG0CMP B,#1CMP B,#5 JE DISPG5 CMP B,#6 JE DISPG6 CMP B,#7 JE DISPG7 CMP B,#8 JE DISPG8 CMP B,#9 JE DISPG9 MOV P1,#0FCH JMP Next DISPG1: MOV P1,#060H JMP Next DISPG2: MOV P1,#0DAH JMP Next DISPG3: MOV P1,#0F2H JMP Next DISPG4: MOV P1,#066H JMP Next