1、一、引言隨著微電子技術(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。有人將其稱為現(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。二、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，外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)

2、、傳感器檢測(cè)的彳t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)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。三、控制方法及研究1、FP1的特殊功能簡(jiǎn)介(1)脈沖輸出FP1的輸出端丫7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

3、進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為1ms128ms。(4)中斷功能FP1的中斷有兩種類型，一種是外部硬中斷，一種是內(nèi)部定時(shí)中斷。2、步進(jìn)電機(jī)的速度控制FP1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。速度控制梯形圖見圖1,控制方式參數(shù)見圖2,脈沖輸出頻率設(shè)定曲線見圖3。圖1速度控制梯形圖SS-1HS+2Ml§七3S+4f2S+5M2S+6*S+Nfii設(shè)定初始除沖頻率設(shè)定目標(biāo)位置對(duì)應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)設(shè)定下一個(gè)脈沖須率設(shè)定下一個(gè)目標(biāo)位宜對(duì)應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)圖2控制方式參數(shù)圖3脈沖輸出頻率設(shè)定曲線設(shè)定最終目打矍率：該值應(yīng)為E3、控制系統(tǒng)的程序運(yùn)行圖4控制系統(tǒng)原理圖圖4是控制系統(tǒng)的

4、原理接線圖，圖4中丫7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HSCoHSC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。實(shí)現(xiàn)這一控制的梯形圖見圖5。DFF1DMV4K0Vtn9C44卜。MVK0m20F0MV*K701nr21HDMV.K1000iRT22F0MV.K0.DT24圖5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)；

5、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。由第一句可知第一個(gè)參數(shù)是數(shù)是K70,對(duì)應(yīng)脈沖頻率為K0,是PULSE方式的特征值，由此規(guī)定了輸出方式。第二個(gè)參500Hz,于是Y7發(fā)出頻率為500Hz的脈沖。第三個(gè)參數(shù)是即按此頻率發(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。K1000,K0,所以當(dāng)三、結(jié)束語(yǔ)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，方便可靠地進(jìn)行各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成

6、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)摘要：在PLC步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，輸入到其線圈繞組中的脈沖數(shù)或脈沖頻率可控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)速，在給步進(jìn)電機(jī)的各線圈繞組輸入脈沖時(shí)需要進(jìn)行脈沖分配器分配脈沖，脈沖分配可以由軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以由硬件組成。以O(shè)MRON的C系列P型機(jī)為例，討論步進(jìn)電機(jī)的PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC）;步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；接線圖；梯形圖在對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床的數(shù)控化改造中，用可編程控制器PLC作為控制器對(duì)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的改造越來(lái)越突出。其主要部分是對(duì)數(shù)控機(jī)床的典型執(zhí)行元件步進(jìn)電機(jī)的控制。我們知道步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制，將電

7、脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)每輸入一個(gè)電脈沖就前進(jìn)一步，其輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，因此只要控制輸入到其線圈繞組中的脈沖數(shù)或者脈沖頻率即可控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)速，但給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各線圈繞組輸入的脈沖還需要進(jìn)行脈沖分配器的分配。利用PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其脈沖分配可以由軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，還可以由硬件來(lái)組成。本文作者以O(shè)MRON的C系列P型機(jī)為例，討論步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用軟件分配脈沖的設(shè)計(jì)方法。一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖設(shè)計(jì)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C28P-CDTD的PL

8、C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1）。起動(dòng)卓1停止5B2帙逢血IE反SB5單岸000100020!50000030004050100050060502COMCOMQ.COM圖1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)據(jù)控制要求設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)梯形圖見圖2。圖2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC控制系統(tǒng)梯形圖（1）用移位寄存器SFT1S10的10001005產(chǎn)生六拍的時(shí)序脈沖，在CP端的移位脈沖信號(hào)1106的作用下，將IN端的信號(hào)依次移入10001005,每移1位為1拍，6拍為1循環(huán)，移位時(shí)所產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖頻率由移位脈沖信號(hào)頻率決定。（2）輔助

9、繼電器1200、1201、1202組成三相六拍環(huán)形分配器。在10001005產(chǎn)生的六拍時(shí)序脈沖作用下，1200、1201、1202的通電順序見圖3。12001200420112011201.1202-1202-42024201圖3通電順序（3）由0500、0501、0502實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制。當(dāng)正反轉(zhuǎn)按鈕SB5常開時(shí)，輸入點(diǎn)0005斷開，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電順序?yàn)椋?500（A相）一0500、0501（A、B相）0501（B相）0501、0502（B、C相）0502（C相）一0502、0500（C、A相）0500（A）.,此時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；按SB5時(shí)，輸入點(diǎn)0005接通，則通電次序是

10、B-B、ZAeA、G-GX、B-B.此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。按SB1起動(dòng)錢鈕時(shí)，輸入點(diǎn)0001接通，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)三相六拍通電。（4）脈沖控制器由1105、1106、1107組成。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖頻率控制按4種控制方式的要求可分為：快速方式由輔助繼電器速振蕩脈沖，其周期為程序的1105的常閉接點(diǎn)和其線圈構(gòu)成的振蕩器，該振蕩器產(chǎn)生的快1個(gè)掃描周期；慢速方式由特殊繼電器1900產(chǎn)生011s的時(shí)鐘脈沖；單步方式利用前沿微分指令（DIFU）,由輔助繼電器產(chǎn)生單步脈沖，其脈沖頻率由SB6控制；脈沖控制器1107產(chǎn)生不同頻率的脈沖，作為移位寄存器的移位信號(hào)。PLC控制步進(jìn)電機(jī)的實(shí)例（圖與程序COMX0XIFX1

11、S-14MTCDMOCQMSYOY2O5直流電源PLS+LR+PLS-DIR-步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3000號(hào)點(diǎn)%。由于水平有采用絕對(duì)位置控制指令（DRVA）,大致闡述FX1S控制步進(jìn)電機(jī)的方法。k本實(shí)例采用非專業(yè)述語(yǔ)論述，請(qǐng)勿引用。FX系列PLC單元能同時(shí)輸出兩組100KHZ脈沖，是低成本控制伺服與步進(jìn)電機(jī)的較好選擇！PLS+,PLS-為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)端子，DIR+,DIR-為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的方向信號(hào)端子。所謂絕對(duì)位置控制（DRVA）,就是指定要走到距離原點(diǎn)的位置，原點(diǎn)位置數(shù)據(jù)存放于32位寄存器D8140里。當(dāng)機(jī)械位于我們?cè)O(shè)定的原點(diǎn)位置時(shí)用程序把D8140的值清零，也就確定了原點(diǎn)的位置。實(shí)例動(dòng)作方

12、式：X0閉合動(dòng)作到A點(diǎn)停止，X1閉合動(dòng)作到B點(diǎn)停止，接線圖與動(dòng)作位置示例如左圖（距離用脈沖數(shù)表示）。程序如下圖：（此程序只為說(shuō)明用，實(shí)用需改善。）說(shuō)明：在原點(diǎn)時(shí)將D8140的值清零（本程序中沒(méi)有做此功能）32位寄存器D8140是存放Y0的輸出脈沖數(shù)，正轉(zhuǎn)時(shí)增加，反轉(zhuǎn)時(shí)減少。當(dāng)正轉(zhuǎn)動(dòng)作到A點(diǎn)時(shí)，D8140的值是3000。此時(shí)閉合X1,機(jī)械反轉(zhuǎn)動(dòng)作到B點(diǎn)，也就是-3000的位置。D8140的值就是-3000。當(dāng)機(jī)械從A點(diǎn)向B點(diǎn)動(dòng)作過(guò)程中，X1斷開（如在C點(diǎn)斷開）則D8140的值就是200,此時(shí)再閉合X0,機(jī)械正轉(zhuǎn)動(dòng)作到A點(diǎn)停止。當(dāng)機(jī)械停在A點(diǎn)時(shí)，再閉合X0,因?yàn)闄C(jī)械已經(jīng)在距離原點(diǎn)3000的位置上，

13、故而機(jī)械沒(méi)有動(dòng)作！把程序中的絕對(duì)位置指令（DRVA）換成相對(duì)位置指令（DRVI）:當(dāng)機(jī)械在B點(diǎn)時(shí)（假設(shè)此時(shí)D8140的值是-3000）閉合X0,則機(jī)械正轉(zhuǎn)3000個(gè)脈沖停止，也就是停在了原點(diǎn)。D8140的值為0當(dāng)機(jī)械在B點(diǎn)時(shí)（假設(shè)此時(shí)D8140的值是-3000）閉合X1,則機(jī)械反轉(zhuǎn)3000個(gè)脈沖停止，也就是停在了左邊距離B點(diǎn)3000的位置（圖中未畫出），D8140的值為-6000。一般兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器端子示意圖：FREE+,FREE-:脫機(jī)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)的沒(méi)有脈沖信號(hào)輸入時(shí)具有自鎖功能，也就是鎖住轉(zhuǎn)子不動(dòng)。而當(dāng)有脫機(jī)信號(hào)時(shí)解除自鎖功能，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)并且不響應(yīng)步進(jìn)脈沖。V+,GND:為驅(qū)動(dòng)

14、器直流電源端子，也有交流供電類型。A+,A-,B+,B-分別接步進(jìn)電機(jī)的兩相線圈。忸此主題相關(guān)圖片如下：XCCOJ<OQ1|-1J：DMOVK3000DOXOOIXOOQI|DMDVK-3000DOxuooII<MQKOO1TMO|DRVADOD2VOOOY002*b*nIIA>“，Lli*tK)i.fahHhhKHaHad.B*.M.*_9-J'fa.而此主題相關(guān)圖片如下：步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用1概述在組合機(jī)床自動(dòng)線中，一般根據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑臺(tái)（1）液壓滑臺(tái)，用于切削量大，加工精度要求較低的粗加工工序中；（2）機(jī)械滑臺(tái)，用于切削量中等，具有一定加工精

15、度要求的半精加工工序中；（3）數(shù)控滑臺(tái)，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中?？删幊炭刂破鳎ê?jiǎn)稱PLC）以其通用性強(qiáng)、可靠性高、指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)便易學(xué)、易于掌握、體積小、維修工作少、現(xiàn)場(chǎng)接口安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制中。特別是在組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線的控制及CNC機(jī)床的S、T、M功能控制更顯示出其卓越的性能。PLC控制的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用于組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線上的數(shù)控滑臺(tái)控制，可省去該單元的數(shù)控系統(tǒng)使該單元的控制系統(tǒng)成本降低7090%,甚至只占用自動(dòng)線控制單元PLC的35個(gè)I/O接口及1KB的內(nèi)存。特別是大型自動(dòng)線中可以使控制系統(tǒng)的成本顯著下降。2PLC控制的數(shù)

16、控滑臺(tái)結(jié)構(gòu)一般組合機(jī)床自動(dòng)線中的數(shù)控滑臺(tái)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)。采用PLC控制的數(shù)控滑臺(tái)由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成，伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪Z1、Z2應(yīng)該采取消隙措施，避免產(chǎn)生反向死區(qū)或使加工精度下降；而絲杠傳動(dòng)副則應(yīng)該根據(jù)該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。采用滾珠絲杠副，具有傳動(dòng)效率高、系統(tǒng)剛度好、傳動(dòng)精度高、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高且不能自鎖。3數(shù)控滑臺(tái)的PLC控制方法數(shù)控滑臺(tái)的控制因素主要有三個(gè)：3.1行程控制一般液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)的行程控制是利用位置或壓力傳感器(行程開關(guān)/死擋鐵)來(lái)實(shí)現(xiàn)；而數(shù)控滑臺(tái)的行程則采用數(shù)

17、字控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。由數(shù)控滑臺(tái)的結(jié)構(gòu)可知，滑臺(tái)的行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個(gè)數(shù)；因此可以根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的位移量確定PLC輸出的脈沖個(gè)數(shù)：n=DL/d11)式中DL伺服機(jī)構(gòu)的位移量(mm)d伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量(mm/脈沖)3.2進(jìn)給速度控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率；因此可以根據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度，確定其PLC輸出的脈沖頻率：f=Vf/60d(Hz)(2)式中Vf伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度(mm/min)3.3進(jìn)給方向控制進(jìn)給方向控制即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。步

18、進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過(guò)改變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來(lái)改變其轉(zhuǎn)向；如三相步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA-A時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A順序通電時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此可以通過(guò)PLC輸出的方向控制信號(hào)改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來(lái)實(shí)現(xiàn)，或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來(lái)改變步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。4PLC的軟件控制邏輯由滑臺(tái)的PLC控制方法可知，應(yīng)使步進(jìn)電機(jī)的輸入脈沖總數(shù)和脈沖頻率受到相應(yīng)的控制。因此在控制軟件上設(shè)置一個(gè)脈沖總數(shù)和脈沖頻率可控的脈沖信號(hào)發(fā)生器；對(duì)于頻率較低的控制脈沖，可以利用PLC中的定時(shí)器構(gòu)成，如圖2所示。脈沖頻率可以通過(guò)定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)控制脈沖周期，脈沖總數(shù)控制則可以設(shè)置一脈沖計(jì)數(shù)器C10。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，計(jì)數(shù)器C10動(dòng)作切斷脈沖發(fā)生器回路，使其停止工作。伺服機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)無(wú)脈沖輸入時(shí)便停止運(yùn)轉(zhuǎn)，伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位。當(dāng)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移速度要求較高時(shí)，可以用PLC中的高速脈沖發(fā)生器。不同的PLC其高速脈沖的頻率可達(dá)40006000Hz。對(duì)于自動(dòng)線上的一般伺服機(jī)構(gòu)，其速度可以得到充分滿足。5伺服控制、驅(qū)動(dòng)及接口5.1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器和步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器組成，控制系統(tǒng)中PLC用來(lái)產(chǎn)生控制脈沖；通過(guò)PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)而控制伺