毕业论文-基于plc三相六拍步进电机的控制系统设计

毕业论文-基于plc三相六拍步进电机的控制系统设计内容摘要：

制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以 继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。 用户在购到所需的 PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践 [1]。 PLC即可编程控制器（ Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。 在 1987 年国际电工委员会（ International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “ PLC 是一种专门为在 工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ” PLC 的组成 PLC的构成： PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入 /输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。 PLC 的硬件 系统结构如图 21所示： 江苏农林职业技术学院毕业设计（论文） 4 图 21PLC的硬件系统结构 从结构上分， PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。 固定式 PLC包括 CPU 板、 I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。 模块式 PLC包括CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 ① CPU 的构成 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。 进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成， CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关 电路。 内存主要用于存储程序及数据，是PLC 不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。 但工作节奏由震荡信号控制。 运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。 寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度， IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 ② I/O 模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（ I/O）完成的。 I/O模块集成了 PLC 的I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。 I/O 分为开关量输入（ DI），开关量输出（ DO），模拟量输入（ AI），模拟量输出（ AO）等模块 [12]。 常用的 I/O 分类如下： 曹祥：基于 PLC 三相六拍步进电机的控制系统设计 5 开关量：按电压水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（ 420mA,020mA）、电 压（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按 I/O 点数确定模块规格及数量， I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 ③ 电源模块 PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。 同时，有的还为输入电路提供24V 的工作电源。 电源输入类型有：交流电源（ 220VAC 或 110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。 ④ 底板或机架 大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体 [2]。 PLC 的工作原理 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。 完成上述三个阶段称作一个扫描周期。 在整个运行期间， PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一 ) 输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次 地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。 输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。 因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二 ) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段， PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 (梯形图 )。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右 、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生 变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 (三 ) 输出刷新阶段 江苏农林职业技术学院毕业设计（论文） 6 当扫描用户程序结束后， PLC 就进入输出刷新阶段。 在此期间， CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。 这时，才是 PLC的真正输出。 PLC 的特 点 ⑴ 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。 一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。 从 PLC的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。 此外， PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障 时可及时发出警报信息。 在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。 这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 ⑵ 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。 可以用于各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，现代 PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。 加 上 PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC组成各种控制系统变得非常容易。 ⑶ 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。 它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 ⑷ 系统的设计、建造工 作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。 这很适合多品种、小批量的生产场合。 ⑸ 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 PLC 的运用领域 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁 、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车。