plc對(duì)電機(jī)的控制

1、PLC對(duì)單機(jī)的控制劉振1目錄1.可編程控制器簡(jiǎn)介.32.伺服電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介.63.plc控制步進(jìn)電機(jī)的方法研究.94.三相異步電機(jī)的plc控制.1321 可編程控制器簡(jiǎn)介可編程控制器是60 年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來(lái)取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。PLC 的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫(xiě)入控制器的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器內(nèi)。控制器和被控

2、對(duì)象連接方便。隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到70 年代中期以后，PLC 已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的PLC 已不再是邏輯判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID 調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)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)中機(jī)

3、械觸點(diǎn)的接線(xiàn)復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)?？删幊炭刂破鲗?duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，是一種無(wú)觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計(jì)階段選用可編程控制器，在實(shí)施階段再確定工藝過(guò)程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠(chǎng)商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶(hù)的訂貨要求專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問(wèn)世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠(chǎng)自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。1.1 PLC 的結(jié)構(gòu)及各部分的作用可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)。通常由中央

4、處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）、電源和編程器等幾個(gè)部分組成。1.1.1 中央處理單元（CPU）CPU 作為整個(gè)PLC 的核心，起著總指揮的作用。CPU 一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個(gè)集成電路的芯片上。CPU 通過(guò)地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、控制總線(xiàn)與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路連接。CPU 的3功能有以下一些：從存儲(chǔ)器中讀取指令，執(zhí)行指令，取下一條指令，處理中斷。1.1.2 存儲(chǔ)器（RAM、ROM）存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序及工作數(shù)據(jù)。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器;存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器；存放工作數(shù)

5、據(jù)的存儲(chǔ)器稱(chēng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。常用的存儲(chǔ)器有RAM、EPROM 和EEPROM。RAM 是一種可進(jìn)行讀寫(xiě)操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器存放用戶(hù)程序，生成用戶(hù)數(shù)據(jù)區(qū)，存放在RAM中的用戶(hù)程序可方便地修改。RAM 存儲(chǔ)器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池做備用電源。掉電時(shí)，可有效地保持存儲(chǔ)的信息。EPROM、EEPROM 都是只讀存儲(chǔ)器。用這些類(lèi)型存儲(chǔ)器固化系統(tǒng)管理程序和應(yīng)用程序。1.1.3 輸入輸出單元（I/O 單元）I/O 單元實(shí)際上是PLC 與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件。I/O 單元有良好的電隔離和濾波作用。接到PLC 輸入接口的輸入器件是各種開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等。PLC 的各

6、輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型。1.1.4 電源PLC 電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。PLC 內(nèi)有一個(gè)穩(wěn)壓電源用于對(duì)PLC 的CPU 單元和I/O 單元供電。1.1.5 編程器編程器是PLC 的最重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶(hù)程序送入PLC 的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視PLC 的工作狀態(tài)。除此以外，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖?，即可用個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)PLC 編程。利用微機(jī)作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。1.2 PLC 的工作原理PLC 采用循

7、環(huán)掃描的工作方式，在PLC 中用戶(hù)程序按先后順序存放，CPU 從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC 的掃描過(guò)程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過(guò)程掃描一次所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期。當(dāng)PLC 處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在PLC 處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。41.2.1 輸入處理輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通端狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程

8、序執(zhí)行時(shí)，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。1.2.2 程序執(zhí)行根據(jù)PLC 梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿(mǎn)足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶(hù)程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，PLC 從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對(duì)應(yīng)映象寄存器，根據(jù)用戶(hù)程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，存入有關(guān)器件寄存器中。對(duì)每個(gè)器件來(lái)說(shuō)，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而變化。1.2.3 輸出處理程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存

9、器，即器件映象寄存器中的Y 寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過(guò)隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。1.3 PLC 編程語(yǔ)言1.3.1 梯形圖編程語(yǔ)言梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，它是在電器控制系統(tǒng)中常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了符號(hào)演變來(lái)的，形象、直觀(guān)、實(shí)用。梯形圖的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下三點(diǎn)： (1)梯形圖按從左到右、從上到下的順序排列。每一邏輯行起始于左母線(xiàn)，然后是觸點(diǎn)的串、并聯(lián)接，最后是線(xiàn)圈與右母線(xiàn)相聯(lián)。(2)梯形圖中每個(gè)梯級(jí)流過(guò)的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒(méi)有電源。這個(gè)“概念電流”只是形象地描述用戶(hù)程序執(zhí)

10、行中應(yīng)滿(mǎn)足線(xiàn)圈接通的條件。(3)輸入繼電器用于接收外部輸入信號(hào)，而不能由PLC 內(nèi)部其它繼電器的觸點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)，而不出現(xiàn)其線(xiàn)圈。輸出繼電器輸出程序執(zhí)行結(jié)果給外部輸出設(shè)備，當(dāng)梯形圖中的輸出繼電器線(xiàn)圈得電時(shí)，就有信號(hào)輸出，但不是直接驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，而要通過(guò)輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實(shí)現(xiàn)。輸出繼電器的觸點(diǎn)可供內(nèi)部編程使用。1.3.2 語(yǔ)句表編程語(yǔ)言指令語(yǔ)句表示一種與計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言相類(lèi)似的助記符編程方式，但比匯編語(yǔ)言易懂易學(xué)。一條指令語(yǔ)句是由步序、指令語(yǔ)和作用器件編號(hào)三部分組成。1.3.3 控制系統(tǒng)流程圖編程圖控制系統(tǒng)流程圖是一種較新的編程方法。它是用像控制系

11、統(tǒng)流程圖一樣的功能圖表達(dá)一個(gè)控制過(guò)程，目前國(guó)際電工協(xié)會(huì)(IEC)正在實(shí)施發(fā)展這種新式的編程標(biāo)準(zhǔn)。51.4 小結(jié)本章介紹了可編程控制器的組成、工作原理及PLC 的編程語(yǔ)言。根據(jù)以上介紹，可以看出PLC 的特點(diǎn)：編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)；功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高；硬件配套齊全，用戶(hù)使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少；維修工作量小，維修方便；體積小，能耗低。因此，PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、閉環(huán)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理及通信聯(lián)網(wǎng)等。2 伺服系統(tǒng)及步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介伺服系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容是機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中涉及的力學(xué)、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、伺服參數(shù)檢測(cè)和控制等

12、方面的理論和技術(shù)問(wèn)題。伺服系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化、自動(dòng)控制、電氣工程、機(jī)電一體化等專(zhuān)業(yè)既是一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)，又是一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)，因?yàn)樗粌H分析各種基本的變換電路，而且結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，解決各種復(fù)雜定位控制問(wèn)題，如機(jī)器人控制、數(shù)控機(jī)床等，它是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)相結(jié)合的交叉學(xué)科，是力學(xué)、機(jī)械、電工、電子、計(jì)算機(jī)、信息和自動(dòng)化等學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域的綜合，這些技術(shù)出現(xiàn)的新進(jìn)展都使它向前邁進(jìn)一步，其技術(shù)進(jìn)步是日新月異的。2.1 伺服系統(tǒng)的作用及組成節(jié)能減排11在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，使輸出量能夠以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱(chēng)為隨動(dòng)系統(tǒng)，亦稱(chēng)伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的

13、自動(dòng)控制系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用在于接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件跟隨指令脈沖運(yùn)動(dòng)，并保證動(dòng)作的快速和準(zhǔn)確，這就要求是高質(zhì)量的速度和位置伺服。數(shù)控機(jī)床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)往往主要取決于伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖2-1 所示。它是一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中用作速度反饋的檢測(cè)裝置為測(cè)速發(fā)電機(jī)、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個(gè)獨(dú)立的單元部件，它由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、及功率驅(qū)動(dòng)放大器等個(gè)部分組成。位置環(huán)是由CNC 裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測(cè)及反饋控制等各部分組成，位置控制主要是對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸進(jìn)行控制。軸控制是要求最

14、高的位置控制，不僅單個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)速度和位置精度的控制有嚴(yán)格要求，而且在多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，還要求各移動(dòng)軸有很多的動(dòng)態(tài)配合，才6能保證加工效率、加工精度和表面粗糙度2.2 伺服系統(tǒng)的分類(lèi)伺服系統(tǒng)按調(diào)節(jié)理論分類(lèi)可分為開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)；按使用的驅(qū)動(dòng)元件分類(lèi)可分為步進(jìn)伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)。在這里我們重點(diǎn)介紹開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)和步進(jìn)伺服系統(tǒng)。2.2.1 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)這是一種比較原始的伺服系統(tǒng)。這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)將零件的程序處理后，輸出數(shù)據(jù)指令給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有來(lái)自位置傳感器的反饋信號(hào)。最典型的系統(tǒng)就是采用步進(jìn)電機(jī)的伺服系統(tǒng)7它一般由環(huán)形分配器、步進(jìn)電機(jī)功率放大器、步進(jìn)電動(dòng)

15、機(jī)、配速齒輪和絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副等組成。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，驅(qū)驅(qū)動(dòng)電路工作臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)指令脈沖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度（即步距腳），再經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。這類(lèi)系統(tǒng)信息流是是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來(lái)，所以稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制。2.2.2 步進(jìn)伺服系統(tǒng)如上圖2-1 所示，步進(jìn)式伺服系統(tǒng)亦稱(chēng)為開(kāi)環(huán)位置伺服系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)元件為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)盛行于20 世紀(jì)70 年代，且控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，控制最容易，維修最方便，控制為全數(shù)字化（即數(shù)字化的輸入指令脈沖對(duì)應(yīng)著數(shù)字化的位置輸出），這完全符合數(shù)字化控制技術(shù)的要求，數(shù)控系統(tǒng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制

16、電路結(jié)為一體。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率驅(qū)動(dòng)電路之外，其他硬件電路均可由軟件實(shí)現(xiàn)，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。但步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的耗能太大，速度也不高，當(dāng)其在脈沖當(dāng)量 為1 m 時(shí)，最高移動(dòng)速度僅有2mm/min，且功率越大移動(dòng)速度越低，所以主要用于速度與精度要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及舊設(shè)備改造中2.3 步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)是一種將電子數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)的電磁增量運(yùn)動(dòng)器件。典型的電機(jī)繞組固定在定子上，而轉(zhuǎn)子則由硬磁或軟磁材料組成。當(dāng)控制系統(tǒng)將一個(gè)電脈沖信號(hào)經(jīng)功率裝置加到定子繞組中，電機(jī)便會(huì)沿一定的方向旋轉(zhuǎn)一步。脈沖的頻率決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與所輸入的電

17、脈沖個(gè)數(shù)成正比；因此，只要簡(jiǎn)單地改變輸入脈沖的數(shù)目，就能控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行角度，從而達(dá)到位置控制的目的。步進(jìn)電機(jī)有以下特點(diǎn)：（1）運(yùn)行角度正比于輸入脈沖，便于開(kāi)環(huán)運(yùn)行，花費(fèi)少；（2）具有鎖定轉(zhuǎn)矩；（3）定位精度高，并且沒(méi)有累積誤差；（4）具有優(yōu)良的起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)響應(yīng)；（5）無(wú)電刷和可靠性高；（6）可低速運(yùn)行，直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載；節(jié)能減排14指令（7）不適宜的控制會(huì)引起振動(dòng)；（8）不宜運(yùn)行于高速狀態(tài)。2.4 步進(jìn)電機(jī)的控制2.4.1 開(kāi)環(huán)控制8步進(jìn)電機(jī)的最顯著的優(yōu)勢(shì)是不需要位置反饋信號(hào)就能夠進(jìn)行精確的位置控制。這種開(kāi)環(huán)控制形式省去了昂貴的位置傳感器件，只需對(duì)輸入指令脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，就能知道電機(jī)的位

18、置。圖2-3 所示的是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制的基本組成，它包括驅(qū)動(dòng)電路、脈沖發(fā)生器和能使電機(jī)繞組按特定相序勵(lì)磁的脈沖分配器。2.4.2 閉環(huán)控制在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，電機(jī)響應(yīng)走步指令后的實(shí)際運(yùn)行情況，控制系統(tǒng)是無(wú)法預(yù)測(cè)和監(jiān)視的。在一些運(yùn)行速度范圍寬、負(fù)載大小變化頻繁的場(chǎng)合，步進(jìn)電機(jī)容易失步，而使整個(gè)系統(tǒng)趨于失控。這時(shí)候，可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行位置閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)，并將信號(hào)反饋至控制單元，使得系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)發(fā)出的走步命令，只有得到相應(yīng)實(shí)際位置響應(yīng)后，方告完成。因此，閉環(huán)控制的最基本任務(wù)是防止步進(jìn)電機(jī)失步。實(shí)際上是一種簡(jiǎn)單的位置伺服系統(tǒng)。圖2-4 為閉環(huán)系統(tǒng)的原理圖，整個(gè)系統(tǒng)是在開(kāi)

19、環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了位置檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理的閉環(huán)控制電路。2.5 小結(jié)作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來(lái)發(fā)展了多種伺服驅(qū)8動(dòng)技術(shù)。可以預(yù)見(jiàn)隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)及高速電主軸等將成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)的關(guān)注的熱點(diǎn)，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。3 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)方法的研究隨著微電子技術(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，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍，它與計(jì)算機(jī)有效結(jié)合，可進(jìn)行模擬量控制，具有遠(yuǎn)程通信功能等。有人將

20、其稱(chēng)為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（即PLC，機(jī)器人，CAD/CAM）之一。目前可編程序控制器（ProgrammableController）簡(jiǎn)稱(chēng)PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域，為工業(yè)自動(dòng)化提供了有力的工具。3.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括CPU、RAM、ROM和輸入/輸出接口電路等。如果把PLC看作一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量-PLC-輸出變量組成，外部的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的信號(hào)均作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC外部端子輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其它各種運(yùn)算、處理后送到輸出端子，它們是PLC的輸出變量，由這些輸出變量對(duì)外

21、圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。3.2 控制方法及研究3.2.1 FP1的特殊功能簡(jiǎn)介(1) 脈沖輸出節(jié)能減排17FP1的輸出端Y7可輸出脈沖，脈沖頻率可通過(guò)軟件編程進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出頻率范圍為360Hz5kHz。(2) 高速計(jì)數(shù)器（HSC）FP1內(nèi)部有高速計(jì)數(shù)器，可同時(shí)輸入兩路脈沖，最高計(jì)數(shù)頻率為10kHz，計(jì)數(shù)范圍-8388608+8388607。(3) 輸入延時(shí)濾波FP1的輸入端采用輸入延時(shí)濾波，可防止因開(kāi)關(guān)機(jī)械抖動(dòng)帶來(lái)的不可靠性，其延時(shí)時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為1ms128ms。(4) 中斷功能FP1的中斷有兩種類(lèi)型，一種是外部硬中斷，一種是內(nèi)部定時(shí)中斷。3.2.2 步進(jìn)電機(jī)的速度控制FP1

22、有一條SPD0指令，該指令配合HSC和Y7的脈沖輸出功能可實(shí)現(xiàn)速度及位置控制。速度控制梯形圖見(jiàn)圖3-1，控制方式參數(shù)見(jiàn)圖3-2，脈沖輸出頻率設(shè)定曲線(xiàn)9速度控制梯形圖控制方式參數(shù)脈沖輸出與平率設(shè)定曲線(xiàn)3.2.3 控制系統(tǒng)的程序運(yùn)行10控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)的原理接線(xiàn)圖，圖4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?？刂铺菪螆D控制系統(tǒng)的運(yùn)行程序：第一句是將DT9044和DT9045清零，即為

23、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(kāi)始取出設(shè)定的參數(shù)并完成相應(yīng)的控制要求。由第一句可知第一個(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。3.3 小結(jié)

24、利用可編程序控制器可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和位置的控制，方便可靠地11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(dòng)化革命，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。三相異步電動(dòng)機(jī)的PLC控制3.1 三相異步電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制 在生產(chǎn)過(guò)程中,往往要求電動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)正反兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng),如起重機(jī)吊鉤的上升與下降,機(jī)床工作臺(tái)的前進(jìn)與后退等等。由電動(dòng)機(jī)原理可知，只要把電動(dòng)機(jī)的三相電源進(jìn)線(xiàn)中的任意兩相對(duì)調(diào)，就可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。因此正反轉(zhuǎn)控制電路實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)方向相反的單相運(yùn)行電路，為了避免誤動(dòng)作引起電源相間短路，必須在這兩個(gè)相反方向的單向運(yùn)行電路中加設(shè)必要的互鎖。按照電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行操作順序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”兩種控制電路圖3-1正反轉(zhuǎn)繼電器控制圖圖3-2 I/O接線(xiàn)圖圖3-3 梯形圖 指令程序地址 指令 數(shù)據(jù)0000 LD00010001 OR 05000002 AND-NOT 00000003 AND-NOT 05010004 OUT 05000005 LD 00020006 OR05010007 AND-NOT 00000008 AND-NOT 05000009 OUT 05010010 END(01)PLC控制的工作過(guò)程的分析： 按下SB2，輸入繼電器0001動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，輸