一、引言

隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，可編程序掌握器有了

突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了規(guī)律掌握、挨次掌握的范

圍，它與計(jì)算機(jī)有效結(jié)合，可進(jìn)行模擬量掌握，具有遠(yuǎn)程通信功

能等。有人將其稱為現(xiàn)代工業(yè)掌握的三大支柱(即PLC,機(jī)器人,

CAD/CAM)之一。目前可編程序掌握器(Programmable

Controller)簡稱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)化供應(yīng)了有力的工具。

二、PLC的基本結(jié)構(gòu)

PLC采納了典型的計(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。假如把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、模擬信號、

傳感器檢測的信號均作為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)部規(guī)律運(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

量對外圍設(shè)施進(jìn)行各種掌握。

三、掌握方法及爭論

1、FP1的特殊功能簡介

(1)脈沖輸出

FP1的輸出端Y7可輸出脈沖，脈沖頻率可通過軟件編程進(jìn)行

調(diào)整，其輸出頻率范圍為360Hz?5kHz。

⑵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的輸入端采納輸入延時(shí)濾波，可防止因開關(guān)機(jī)械抖動(dòng)帶來

的不行靠性，其延時(shí)時(shí)間可依據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整范圍為

1ms?128ms。

(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)的速度掌握

FP1有一條SPD0指令，該指令協(xié)作HSC和Y7的脈沖輸出功

能可實(shí)現(xiàn)速度及位置掌握。速度掌握梯形圖見圖1,掌握方式參

數(shù)見圖2,脈沖輸出頻率設(shè)定曲線見圖3。

F164SPDO

圖1速度掌握梯形圖

S

S+1fl設(shè)定初始脈沖頻率

S-2

M1設(shè)定目標(biāo)位置對應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)

S+3

S-4f2設(shè)定下一個(gè)脈沖頻率

S+5

M2設(shè)定下一個(gè)目標(biāo)位置對應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)

S+6

..............

S+Nfn設(shè)定最終目標(biāo)頻率.該值應(yīng)為“0”

圖2掌握方式參數(shù)

圖3脈沖輸出頻率設(shè)定曲線

3、掌握系統(tǒng)的程序運(yùn)行

圖4掌握系統(tǒng)原理圖

圖4是掌握系統(tǒng)的原理接線圖，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，掌握步進(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)較精確的位置掌握。實(shí)

現(xiàn)這一掌握的梯形圖見圖5。

-11-----------------

---------nDMV,KO■m9044---------------------

--------FOMV.KODT20---------------------

---------FOMV?K70DT21---------------------

---------FlDMV?K1000QDT22-----------

--------FOMV,KODT24-----------------

圖5掌握梯形圖

掌握系統(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)做預(yù)備;其次句?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);最終一句是啟動(dòng)SPDO

指令，執(zhí)行到這句則從DT20開頭取出設(shè)定的參數(shù)并完成相應(yīng)的

掌握要求。

由第一句可知第一個(gè)參數(shù)是KO,是PULSE方式的特征值，

由此規(guī)定了輸出方式。其次個(gè)參數(shù)是K70,對應(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

率即最終一個(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)依據(jù)規(guī)定的速

度、預(yù)定的轉(zhuǎn)數(shù)驅(qū)動(dòng)掌握對象，使之達(dá)到預(yù)定位置后自動(dòng)停止。

三、結(jié)束語

采用可編程序掌握器可以便利地實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度和位置的掌

握，便利牢靠地進(jìn)行各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種簡單的工作。

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)掌握系統(tǒng)中，輸入到其線圈繞組

中的脈沖數(shù)或脈沖頻率可掌握步進(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)行脈沖安排器安排脈沖，脈沖安排可以由軟件進(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，爭論步進(jìn)電機(jī)的PLC掌握系統(tǒng)的軟件設(shè)

計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：可編程掌握器（PLC）；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；接線圖；

梯形圖在對芍統(tǒng)機(jī)床的數(shù)控化改造中，用可編程掌握

器

PLC作為掌握器對機(jī)床電氣掌握系統(tǒng)的改造越來越突出。其

主要部分是對數(shù)控機(jī)床的典型執(zhí)行元件步進(jìn)電機(jī)的掌握。我們知

道步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行掌握，將電脈沖信號轉(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，因此只要掌握輸入到其線圈繞

組中的脈沖數(shù)或者脈沖頻率即可掌握步進(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)行脈沖安

排器的安排。采用PLC掌握步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其脈沖安排可以由軟

件進(jìn)行設(shè)計(jì)，還可以由硬件來組成。本文作者以O(shè)MRON的C

系列P型機(jī)為例，爭論步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用軟件安排脈沖的設(shè)計(jì)方法。

一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)PLC掌握系統(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、慢速掌握、正反轉(zhuǎn)及單步掌握4種掌握方式。

依據(jù)要求，可選用C28P—CDT—D的PLC進(jìn)行掌握并設(shè)計(jì)出

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC掌握系統(tǒng)I/O接線圖（圖1）。

P0001

起動(dòng)SB]

00020500

停止SB2A

0003

快遑血▲

00040501

慢速SB4B

_S_0005

正反*SB5

_JLC

?步SB600060502

COMOOMQ-COM

圖1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC掌握系統(tǒng)I/O接線圖

二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)PLC掌握系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)

據(jù)掌握要求設(shè)計(jì)了PLC掌握系統(tǒng)梯形圖見圖2。

圖2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的PLC掌握系統(tǒng)梯形圖

（1）用移位寄存器SFT10-10的1000?1005產(chǎn)生六拍的

時(shí)序脈沖，在CP端的移位脈沖信號1106的作用下，將IN端的

信號依次移入1000?1005,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頻率打算。

（2）幫助繼電器1200、1201、1202組成三相六拍環(huán)形安排

器。在1000?1005產(chǎn)生的六拍時(shí)序脈沖作

用下，1200、1201、1202的通電挨次見圖3。

-4200-42004201->1201-42014202-4202T202、1201寸

圖3通電挨次

（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)掌

握。

①當(dāng)止反轉(zhuǎn)按鈕SB5常升時(shí)，輸入點(diǎn)0005斷開，步進(jìn)電動(dòng)

機(jī)的通電挨次為:0500（A相）-0500、0501（A、B相）一0501

（B相）-0501、0502（B、C相）-0502（C相）―0502、

0500（C、A相）一0500（A）……,此

時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；

②按SB5時(shí)，輸入點(diǎn)0005接通，則通電次序是B-B、

A—A—A、C—C-C、B—B……,此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。按SB1起動(dòng)

鉉鈕時(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）脈沖掌握器由1105、1106、1107組成。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的

脈沖頻率掌握按4種掌握方式的要求可分為：

①快速方式由幫助繼電器1105的常閉接點(diǎn)和其線圈構(gòu)成的振

蕩器，該振蕩器產(chǎn)生的快速振蕩脈沖，其周期為程序的1個(gè)掃描

周期；

②慢速方式山特殊繼電器1900產(chǎn)生011s的時(shí)鐘脈沖；

③單步方式采用前沿微分指令（DIFU）,由幫助繼電器產(chǎn)生

單步脈沖，其脈沖頻率由SB6掌握;脈沖掌握器1107產(chǎn)生不同

頻率的脈沖，作為移位寄存器的移位信號。

PLC掌握步進(jìn)電機(jī)的實(shí)例（圖與程序

COMXOXI

FX1S-14MT

CDMOCOM2YOY2

直

流0V

5V

電

源

PLS+DIR+PLS-DIR-

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

200L

?采納肯定位置掌握指令(DRVA),大致闡述FX1S掌握步進(jìn)電

機(jī)的方法。由于水平有限，本實(shí)例采納非專業(yè)述語論述，請勿

引用。

?FX系列PLC單元能同時(shí)輸出兩組1OOKHZ脈沖，是低成木

掌握伺服與步進(jìn)電機(jī)的較好選擇！

-PLS+,PLS-為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號端子，DIR+,DIR-

為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的方向信號端子。

?所謂肯定位置掌握(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

們設(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)作方式：X0閉合動(dòng)作到A點(diǎn)停止，XI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：（此程序只為說明用，有用需改善。）

?說明：

?在原點(diǎn)時(shí)將D8140的值清零（本程序中沒有做此功能）

?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)削減。當(dāng)正轉(zhuǎn)動(dòng)作到A點(diǎn)時(shí)，D8140的值是3000。此

時(shí)閉合XI,機(jī)械反轉(zhuǎn)動(dòng)作到B點(diǎn)，也就是-3000的位置。D8

140的值就是-3000。

?當(dāng)機(jī)械從A點(diǎn)向B點(diǎn)動(dòng)作過程中，XI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,由于機(jī)械已經(jīng)在距離原點(diǎn)3

000的位置上，故而機(jī)械沒有動(dòng)作！

,把程序中的肯定位置指令（DRVA）換成相對位置指令（DRV

I）：

?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XI,

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)3

000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,步進(jìn)電機(jī)的沒有脈沖信號輸入

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)器直流電源端子，也有溝通供電類型。

?A+,A-,B+,B-分別接步進(jìn)電機(jī)的兩相線圈。

能此主題相關(guān)圖片如下：

XOOOX001

―I|----------14---------------------------------------------------------------------------------[DMOVK3J00DO]

X001XOOO

―||--必-------------------------[DMOVK-3000DO]

XOOO

—II---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------(M0:

X001

TF—1

MO

―||-------------------------------------------------------------------[DRVADOD2YOM)Y002]

I,_j..........................................................]

如此主題相關(guān)圖片如下:

PLS+PLS-DIR+DIR-FREE+FREE-

電流設(shè)定與細(xì)分調(diào)整開關(guān)

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，一般依據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑

臺（1）液壓滑臺，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，用于切削量中等，具有肯定加工精度

要求的半精加工工序中；（3）數(shù)控滑臺，用于切削量小，加工

精度要求很高的精加工工序中?？删幊陶莆掌鳎ê喎QPLC）以其

通用性強(qiáng)、牢靠性高、指令系統(tǒng)簡潔、編程簡便易學(xué)、易于把握、

體積小、修理工作少、現(xiàn)場接口安裝便利等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛

應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)掌握中。特殊是在組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線的掌握及

CNC機(jī)床的S、T、M功能掌握更顯示出其卓越的性能。PLC掌

握的步進(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)

控滑臺掌握，可省去該單元的數(shù)控系統(tǒng)使該單元的掌握系統(tǒng)成本

降低70~90%,甚至只占用自動(dòng)線掌握單元PLC的3-5個(gè)I/O

接口及V1KB的內(nèi)存。特殊是大型自動(dòng)線中可以使掌握系統(tǒng)的成

本顯著下降。

2PLC掌握的數(shù)控滑臺結(jié)構(gòu)

一般組合機(jī)床自動(dòng)線中的數(shù)控滑臺采納步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)伺

服機(jī)構(gòu)。采納PLC掌握的數(shù)控滑臺由可編程掌握器、環(huán)行脈沖

安排器、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Zl、Z2應(yīng)當(dāng)實(shí)行消隙措施，避開產(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)當(dāng)依據(jù)該單元的加

工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。采納滾珠絲杠副，具有

傳動(dòng)效率高、系統(tǒng)剛度好、傳動(dòng)精度高、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，但

成本較高且不能自鎖。

3數(shù)控滑臺的PLC掌握方法

數(shù)控滑臺的掌握因素主要有三個(gè)：

3.1行程掌握

一般液壓滑臺和機(jī)械滑臺的行程掌握是采用位置或壓力傳感器

（行程開關(guān)/死擋鐵）來實(shí)現(xiàn)；而數(shù)控滑臺的行程則采納數(shù)字掌

握來實(shí)現(xiàn)。由數(shù)控滑臺的結(jié)構(gòu)可知，滑臺的行程正比于步進(jìn)電機(jī)

的總轉(zhuǎn)角，因此只要掌握步進(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)角正比于所輸入的掌握脈

沖個(gè)數(shù)；因此可以依據(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/d(1)

式中DL——伺服機(jī)構(gòu)的位移量(mm)

d一一伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量(mm/脈沖)

3.2進(jìn)給速度掌握

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;因此可以依據(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)給方向掌握

進(jìn)給方向掌握即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向掌握。步進(jìn)也機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過

轉(zhuǎn)變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電挨次來轉(zhuǎn)變其轉(zhuǎn)向；如三相步進(jìn)電機(jī)

通電挨次為A-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...挨次通電時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此可以通

過PLC輸出的方向掌握信號轉(zhuǎn)變硬件環(huán)行安排器的輸出挨次來

實(shí)現(xiàn)，或經(jīng)編程轉(zhuǎn)變輸出脈沖的挨次來轉(zhuǎn)變步進(jìn)電機(jī)繞組的通電

挨次實(shí)現(xiàn)。

4PLC的軟件掌握規(guī)律

由滑臺的PLC掌握方法可知，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)的掌握。因此在掌握軟件上設(shè)置一個(gè)脈沖總數(shù)

和脈沖頻率可控的脈沖信號發(fā)生器；對于頻率較低的掌握脈沖，

可以采用PLC中的定時(shí)器構(gòu)成，如圖2所示。脈沖頻率可以通

過定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)掌握脈沖周期，脈沖總數(shù)掌握則可以設(shè)置一

脈沖計(jì)數(shù)器CIO。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)4000~600