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电磁铁推拉力测试系统——控制部分设计,电磁铁,拉力,测试,系统,控制,部分,设计
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湘潭大学兴湘学院目录第一章 引言11.1 电磁铁概述11.2 课题背景及意义11.3 国内外基本研究情况11.4 课题的主要研究内容1第二章 理论知识介绍32.1 PLC简介32.1.1 PLC的结构及各部分的作用42.1.2 PLC的工作原理52.1.3 PLC编程语言52.2 步进电机及其发展62.3 步进电机的结构和工作原理72.4 步进电机的特点8第三章 元器件选择及I/O分配103.1 系统基本框图的确定103.1.1 元器件的选择113.1.2 雷赛ND1182 步进驱动器113.1.3 雷赛110HS20两相混合式步进电机153.2 系统控制过程173.3 控制系统的I/O点及地址分配17第四章 系统控制过程设计18结束语26参考文献2734第一章 引言1.1 电磁铁概述电磁铁在我们的日常生活中到处可见，应用非常广泛，生活中我们越来越离不开它。电磁铁是一种电器，它被广泛应用于机床、起重机等大型机电设备中。电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。衔铁的动作可使其他机械装置发生联动。当电源断开时，电磁铁的磁性随之消失，衔铁或其他零件即被释放。电磁铁在生产中的应用极为普遍，工业上常用来制动机床和起重机的电动机。当接通电源时，电磁铁动作而拉开弹簧，把抱闸提起，于是放开装在电动机轴上的制动轮，这时电动机便可自由转动。当电源断开时，电磁铁的衔铁落下，弹簧便把抱闸压在制动轮上，电动机就被制动。在起重机中采用这种方法，可以避免由于工作过程中的断电而使重物滑下造成的事故。随着机械工业的发展，在机床中也常用电磁铁操纵气动或液压传和控制变速机构。电磁吸盘和电磁离合器也都是电磁铁的具体应用此外，现代物流业的集装流程中，也使用电磁铁进行起重提放钢材等。不论是机床、起重机，还是物流装卸的电磁继电器和接触器，电磁铁的任务是开闭电路，起到一个开关的作用。1.2 课题背景及意义电磁铁是一种基于电磁系统产生电磁力，使衔铁做机械运动，从而对外做功的电-机转换器，因此，电磁铁力特性成为表征其主要性能的基本特性。作为一个转换元件，电磁铁的静态力特性直接影响到由它所构成的元件及装置的整体性能，国内外有许多机构、学者都曾做过电磁铁的推拉力测试，可以测试量电磁铁的静动态力和位移特性。有的结构复杂，精度不高，且难以测量出双向电磁铁的静动态力特性。因此，对电磁铁进行推拉力的测试是非常必要的。1.3 国内外基本研究情况电磁铁被广泛应用于工业生产和日常生活之中，其作用不容忽视。电磁铁的特性中力的特性是很重要的一部分，因此对电磁铁进行推拉力测试具有非常的实际意义。国内外已经有很多学者和机构对其进行研究和探讨过。此次，本人在前人的基础上，基于PLC控制步进电机和滚珠丝杆组成的机构，应用力传感器技术，再一次尝试对电磁铁的推拉力测试进行学习研究，以更好的学习掌握所学的相关内容。1.4 课题的主要研究内容电磁铁推拉力测试系统控制部分设计，其主要工作内容是：1）确定电磁铁测力系统的方案及系统的各组成部件首先拟定一个大致方案，初步确定各组成部件的型号。再分析了解各组成部分的功能用途，掌握各部件的使用方法和工作原理。最后讨论系统的可行性、连续性、完整性，不断修正系统，确保系统能正常、稳定的工作。握PLC基本指定和程序设计的方法。要弄清步进电机、驱动器的工作原理和其参数特性以及他们之间的接线问题。最终学会如何用PLC对步进电机实现精确的速度控制、正转、反转等。2）对电磁铁测力系统的控制部分进行学习和研究为实现PLC对步进电机的精确控制，一定要掌握PLC应用技术的核心内容，如各种控制线路图、功能图、梯形图、时序图、语句表等，掌握PLC的基本指定和程序设计的方法；要弄清楚步进电机、驱动器的工作原理和参数特性以及他们之间的接线问题，最终学会如何用PLC对步进电机实现精确地速度控制、正转、反转等。3）其他工作要知道力传感器、位移传感器、滚珠丝杠和显示终端的工作原理和特征参数，最终得到不同距离时电磁铁推拉力的大小 对本课题的研究，预期要达到能用PLC实现对步进电机的精确速度控制、正转、反转等，熟悉步进电机、驱动器、滚珠丝杠、推拉力传感器、位移传感器、电磁铁的工作原理和特征参数，最终得到电磁铁在每隔0.2mm时所对应的推拉力大小的目标。其中关键的理论和技术是PLC应用技术在工程实现.中程序设计的方法，技术指标要达到精确的控制。其使用的方案是用电磁铁 、位移传感器、力传感器、滚珠丝杠、显示终端、步进电机、驱动器、电源所组成的系统进行电磁铁的推拉力测试。第二章 理论知识介绍2.1 PLC简介自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。 通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。2.1.1 PLC的结构及各部分的作用可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。（一）中央处理单元（CPU）CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU的功能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。（二）存储器存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。（三）输入输出单元（I/O单元）I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。（四）电源PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。（五）编程器编程器是PLC的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。2.1.2 PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。（一）输入处理输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。（二）程序执行根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。（三）输出处理程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。2.1.3 PLC编程语言（一）梯形图编程语言梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电器控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。梯形图的设计应注意以下三点：(1)梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。(2)梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。 (3)输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点可供内部编程使用。（二）语句表编程语言指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。（三）控制系统流程图编程图控制系统流程图是一种较新的编程方法。它是用像控制系统流程图一样的功能图表达一个控制过程，目前国际电工协会(IEC)正在实施发展这种新式的编程标准。2.2 步进电机及其发展步进电机又称脉冲电机或阶跃电机，是一种将电脉冲信号转变为角位移或直线位移的电磁元件，从能量的转换角度看，它和普通电机无异。国外一般称为Stepmotor或Stepping motor，Pulse motor，Stepper servo，Stepper等等。步进电机是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电机，也可看作是在一定频率范围内转速与控制频率同步的同步电机。步进电机的工作过程为，每输入一个脉冲信号，则改变一次励磁状态使转子转过一定角度，若没有脉冲信号输入，则转子保持在某一位置静止不动。步进电机原始模型起源于1830年至1860年间，工作的机理是基于最基本的电磁铁作用，步进电机的控制是从1870年前后开始的，应用于氢弧灯的电极输送机构中，这被认为是最初的步进电机。此后，在电话自动交换机中广泛使用了步进电机。不久又在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中广泛使用。随着永磁材料的发展，在20世纪60年代后期，各种实用性步进电机应运而生，半导体技术的发展又推动了步进电机在众多领域的应用。在近30年间，步进电机迅速发展并成熟起来。步进电机已经能与直流电机、异步电机，以及同步电机并列，从而成为电动机的一种基本类型。上世纪50年代后期，我国开始进行步进电机的研究及制造。从50年代后期到60年代后期，主要是科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。这些产品以多段结构三相反应式步进电机为主。70年代初期，步进电机的生产和研究有所突破。主要在驱动器设计方面和反应式步进电机本体设计研究方面。70年代中期至80年代中期为产品发展阶段，主要是新品种高性能电机不断被开发。自80年代中期以来，由于对步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及其驱动器作为产品广泛利用。步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5 度 或15 度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5 度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8 度而五相步进角一般为 0.72 度。这种步进电机的应用最为广泛。2.3 步进电机的结构和工作原理步进电机是机电一体化的关键部件之一，被广泛应用于需要精确定位、同步、行程控制等场合。一、步进电动机有三线式、五线式、六线式三种，但其控制方式均相同，必须以脉冲电流来驱动。若每旋转一圈以200个励磁信号来计算，则每个励磁信号前进1.8 度，其旋转角度与脉冲数成正比，正、反转可由脉冲顺序来控制。二、步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁,其中全步励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称1-2相励磁。图为步进电动机的控制等效电路，适应控制A、B、/A、/B 的励磁信号，即可控制步进电动机的转动。每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。因此，依序不断送出脉冲信号，即可步进电动机连续转动。分述如下：A、1 相励磁法：在每一瞬间只有一个线圈导通。消耗电力小，精确度良好，但转矩小，振动较大，每送一个励磁信号可走1.8 度。若欲以1 相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图2-1所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。 图2-1 1相励磁法B、2 相励磁法：在每一瞬间会有二个线圈同时导通。因其转矩大，振动小，故为目前用最多的励磁方式，每送一励磁信号可走1.8 度。若以2 相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转 图2-2 2相励磁法C、1-2 相励磁法：为1 相与2 相轮流交替导通。因分辨率提高，且运转平滑，每送一励磁信号可走0.9 度，故亦广泛被采用。若以1 相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图2-3所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。 图2-3 1-2 相励磁法步进电动机的负载转矩与速度成反比，速度愈快负载转矩愈小，当速度快至其极限时，步进电动机即不再运转。所以在每走一步后，程序必须延时一段时间。2.4 步进电机的特点步进电机由于它的运行原理、驱动原理及控制方式的特殊性，使其具有如下特点：(1)步进电机只能在一定脉冲电源供电下才能运行。(2)采用脉冲供电方式，即励磁绕组上施加的不是一个恒定的直流或交流电压，而是采用电子开关断续加以直流电压。(3)电机的转速与脉冲频率保持严格的同步关系。(4)定位能力高，具有自锁能力。(5)具有较大的加速转矩，其性能的提高与控制方式、驱动电路的参数等有密切关系。(6)正反转及变速响应性好，易于启动、停止。(7)电机本体部件少，无刷，可靠性高；(8)步距角选择范围大，可在几十角分至180范围内选择，在小步距角情况下，通常可以在超低速下高转矩稳定运行，通常可以不经减速器直接驱动负载。(9)同时用一台控制器控制几台步进电机可使它们完全同步运行。速度可在相当宽范围内平滑调节。(10)步进电机带惯性负载的能力较差。(11)由于存在失步和共振，因此步进电机的加速、减速方法根据利用状态不同而复杂化。(12)不能直接使用普通的交流电源驱动。第三章 元器件选择及I/O分配3.1 系统基本框图的确定电磁铁推拉力测试系统的基本框图如图3-1所示 图3-1 系统基本框图系统测试原理如图3-2所示1-力传感器安装座2-测试台3-步进电机4-滚珠丝杆副5-移动工作台6-力传感器7-被测电磁铁8-工件安装座9-工件安装工作台图3-2 系统测试原理图3.1.1 元器件的选择PLC选用西门子S7-200 CPU222 PLC系列，无需扩展。步进电机选用雷赛公司110HS20两相混合式步进电机。驱动器选用与步进电机相配套的雷赛ND1182 步进驱动器。滚珠丝杆型号为2504-4，导程角4mm。力传感器为上海天沐NS-WL1型拉压力传感器。离合器型号为天津市首达永恒离合器厂DLY0-20A。显示终端选用国光CJ6812系列液晶显示终端3.1.2 雷赛ND1182 步进驱动器驱动器接口和接线介绍P1 端口控制信号接口描述如图3-3所示图3-3 P1端口控制信号接口P2 端口强电接口描述如图3-4所示图3-4 P2端口强电接口输入接口电路输入接口电路（共阳极接法）控制器集电极开路输出如图3-5所示图3-5 输入接口电路（共阳极接法）控制器集电极开路输出西门子PLC 系统和驱动器共阳极的连接如图3-6所示图3-6 西门子PLC 系统和驱动器共阳极连接控制信号时序图为了避免一些误动作和偏差，PUL、DIR 和ENA 应满足一定要求，如图3-7所示： 图3-7 控制信号时序图注释：（1）t1：ENA（使能信号）应提前DIR 至少5s，确定为高。一般情况下建议ENA+和ENA-悬空即可。（2）t2：DIR 至少提前PUL 下降沿5s 确定其状态高或低。（3）t3：脉冲宽度至少不小于1.2s。（4）t4：低电平宽度不小于1.2s。ND1182两相步进电机的典型接线如图3-8所示 图3-8 ND1182两相步进电机的典型接线工作（动态）电流设定四位拨码开关SW5-SW8 一共可设定16 个电流级别，参见下表3-1。表3-1 ND1182驱动器工作（动态）电流设定输出峰值电流输出均值电流SW5SW6SW7SW80.7A0.5Aoffoffoffoff1.2A0.86Aoffoffoffon1.72A1.23Aoffoffonoff2.2A1.57Aoffoffonon2.75A1.96Aoffonoffoff3.28A2.34Aoffonoffon3.75A2.68Aoffononoff4.22A3.01Aoffononon4.72A3.37AOnoffoffoff5.2A3.71AOnoffoffon5.78A4.13AOnoffonoff6.25A4.46AOnoffonon6.78A4.84AOnonoffoff7.31A5.22AOnonoffon7.81A5.58AOnononoff8.2A5.86AOnononon细分设定细分精度由SW1-SW4 四位拨码开关设定，参见表3-2所示。表3-2 ND1182驱动器细分设定步数/转SW1SW2SW3SW4200onononon400offononon800onoffonon1600offoffonon3200ononoffon6400offonoffon12800onoffoffon25600offoffoffon1000onononoff2000offononoff4000onoffonoff5000offoffonoff8000ononoffoff10000offonoffoff20000onoffoffoff25000offoffoffoff3.1.3 雷赛110HS20两相混合式步进电机技术规格如图3-9所示图3-9雷赛110HS20两相混合式步进电机技术规格外形尺寸如图3-10所示 图3-10雷赛110HS20两相混合式步进电机外形尺寸接线图如图3-11所示 图3-11 雷赛110HS20两相混合式步进电机接线图3.2 系统控制过程电磁铁推拉力测力系统的控制过程：步进电机的步进角是1.8度，步进电机每转一圈需要200个脉冲，滚珠丝杠每转一圈前进4mm。正转、反转行程是30mm，所以一个单行程需要1500个脉冲。现拟定让步进电机正转，用100个高速脉冲让步进电机的速度从0到一个稳速，然后稳速运行1300个脉冲，再用100个脉冲让步进电机从稳速到0。再让步进电机反转，整个反转过程同正转一样，步进电机正转，反转各一次，用高速计数器实时记录脉冲个数值。3.3 控制系统的I/O点及地址分配 控制系统的I/O点及地址分配如图3-12 图3-12 控制系统的I/O点及地址分配第四章 系统控制过程设计主程序网络1如图4-1。 图4-1 主程序网络1主程序网络1中SM0.1是首次扫描接通，用于初始化，也就是说PLC启动后第一次扫描置位Q0.1，即给步进驱动器方向端子高电平，步进处于正转状态。S就是置位指令，就是将此置为1。下面的R就是复位指令，将位置为0主程序网络2如图4-2。 图4-2 主程序网络2主程序网络2中，SM0.1还是初次扫描接通，即PLC接通瞬间第一次扫描周期调用高速输出子程序，至于为什么用SM0.1调用，这是因为西门子PLC中高速输出的程序调用必须用脉冲调用，也就是说子程序不能处于一直调用状态。而复位Q0.0这是高速输出子程序的格式，防止Q0.0处于高电平而不能进行高速输出。因为除了正转调用高速输出外，在正转结束后电机还要反转，也就是需要二次调用高速输出子程序，因为SM0.1只有PLC初次扫描时接通，以后都处于关闭状态，所以二次调用需要用到另外一个中间位，这里本人用了M0.0（也可以是其他中间位），前面说过，高速输出子程序的调用必须是脉冲调用，所以M0.0不能一直接通，而是接通瞬间又要关闭，故后面加一个上升沿|P|复位掉M0.0，这样M0.0接通时调用高速输出，然后又断开，这样就形成了一个脉冲来调用高速输出子程序，M0.0的置位是在后面做的，后面再讲。如图4-3所示的主程序网络3中，由于还要对当前输出的脉冲进行实施观测，所以还需要对脉冲进行高速计数，这里就是调用高速计数的子程序，至于为什么用SM0.1，解释同高速输出，这个子程序的调用也必须是脉冲调用。 图4-3 主程序网络3高速输出子程序中网络1中（如图4-4所示），SM0.0是PLC中一个特殊寄存器，就是一直接通的一个开关。MOV就是写数据的指令，就是将数据写入地址。这是对脉冲三段输出的轮廓表格式字写入，因为PTO脉冲输出是有一个加速段，一个匀速段，一个减速段，一共三段，所以要对这三段的参数进行设置。西门子PLC脉冲输出PTO三段输出的参数设置格式就是这个样子的。这是西门子PLC规定的。VB500（首地址，这个首地址也可以是其他地址），这里写入的是一个字节，固定为3，意思就是三段输出；VW501，下一个地址，这里是写入的一个字，写入的是初始周期，本人这里写入的是300微秒，VW503是加速段平均变化周期，写入-2意思是每个脉冲周期大小减2，周期减小，脉冲输出频率就会增加，步进速度 加快；VD505，这里写入的是一个双字，是加速段的脉冲数，按照设计要求是100个脉冲，写入100；VW509是匀速段的脉冲输出周期，这里写入100微秒，VW511是匀速段平均变化周期，但是因为匀速段周期是不变的，所以这里固定写入0；VD513是匀速段的脉冲个数，按设计要求是1300个脉冲，写入1300；VW517是减速段的初始周期，也就是匀速段的周期，100微秒；VW519是减速段平均变化周期，写入2，即每个脉冲周期加2，这样脉冲频率就会慢慢降低，电机速度就会 下降；VD521是减速段的脉冲数，按设计要求是100个，写入100。 图4-4 高速输出子程序中网络（接上一页） 图4-5 高速输出子程序网络2高速输出子程序网络2中（如图4-5），SMB67是高速PTO脉冲输出的控制字，控制字各个位的意思如图4-6所示： 图4-6 高速脉冲输出控制字由于用的是Q0.0作为脉冲输出，所以要用到SMB67，而不是SMB77，SMB67是一个字节，有8个位组成，分别是SM67.0SM67.7，每个位的意思如上图所示。这里写入的是2#10100000，这是一个二进制数，也就是只有SM67.7和SM67.5为1，其他几个位都是0，这个意思就是启用PTO/PWM高速脉冲输出（SM67.7为1），选择PTO模式（SM67.6为0），多段操作（SM67.5为1），异步更新（SM67.4为0，这个参数一般不常用，影响不大），周期单位选择为微秒（SM67.3为0），脉冲计数无更新（SM67.2为0.，因为脉冲数都在多段轮廓表里规定过了，所以不需要更新），脉宽无更新（SM67.1为0，PTO输出的脉宽是不变的，占空比一直都是50%，所以这个参数只针对PWM模式才有效），周期无更新（SM67.0为0，周期值轮廓表已规定，这里不需要更新）。SMW168这里要写入前面我们三段轮廓表的首地址，首地址是VB500，所以这里写入数据500，至于为什么写到SMW168里面，这是西门子PLC规定的。ATCH这是连接中断，INT0是进入中断子程序INT0，19是中断号，19号中断就是PTO0输出完成。这个指令的意思就是Q0.0的PTO脉冲输出完成后程序就进入中断子程序INT0进行一周期的扫描。PLS是脉冲输出的指令，在前面对各种参数设置完成后就要调用这个指令开始脉冲输出了。 图4-7 高速计数子程序高速计数子程序如图4-7所示，用SM0.1调用，这是西门子PLC高速计数的格式，规定是SM0.1调用，SMB37，这个地址里是写入高速计数的控制字，如图4-8所示。一般采用的是计数器HSC0，所以控制字是SMB37，同上面讲到的高速输出控制字，这个控制字也是一个字节，由8位组成，为SM37.0-SM37.7。这里写入的数据是16#F8，这是一个十六进制数，换成二进制就是2#11111000，意思就是启用HSC，更新当前计数值（因为下面要想当前计数值里写入数据0，所以要更新），更新预设值（理由同计数值），更新方向（因为我们这里只是计数当前输出脉冲，并不管脉冲的方向，所以这里无所谓），向上计数（就是增计数，每给驱动器一个脉冲，计数值就加1），其他三个位用不到。 图4-8 高速计数的控制字HDEF是定义高速计数器的模式，参数HSC为0的意思就是使用高速计数器HSC0，参数MODE是9的意思就是采用模式9，模式的意思如图4-9。模式9是A/B相正交计数器，因为有AB两相，所以采用了模式9，这样A相就接I0.0，B相就接I0.1。 图4-9 （接上一页）SMD38这个地址里放的是当前计数值，因为计数从0开始计数，所以写入0。SMD42这个地址放的是预设值，这个一般用于高速计数中断，因为用不到高速计数中断，所以这里的预设值只需要大于前面输出脉冲个数的最大值就可以了。HSC就是调用高速计数了，在各种参数都写入规定好后就要调用了。 图4-10 中断子程序INTO网络1中断子程序INT0网络1如上图4-10所示，前面说过这个中断子程序是PTO高速输出完成后所要扫描的程序，网络1的意思就是在PTO高速输出完成后，也就是正转完成后，复位掉方向输出Q0.1，即这时驱动器的方向控制端子为低电平，电机进入反转状态，因为反转也需要脉冲驱动，并且也是加速、匀速、减速三个阶段，并且加减速的各种参数以及脉冲数都和正转是相同，所以需要二次调用高速脉冲输出，所以这里置位M0.0、M0.0置位后，在主程序网络2中高速输出子程序的前面又接通了，所以就实现了二次调用。至于为什么在置位M0.0前面加上一个Q0.1的常开点，这是因为如果不加这个常开点在反转脉冲输出结束后程序再次进入中断子程序，再次置位M0.0，这样就会出现三次调用高速输出，电机就会在反转结束后再次转动，与要求不符，所以加个Q0.1的常开点，这样在第一次正转结束后进入中断时，因为此时是正转状态方向Q0.1是1（在主程序网络1中初始化置位），所以这个时候Q0.1的常开点是接通的，就能成功置位M0.0实现高速输出子程序的二次调用，而在反转脉冲输出完成后进入中断时，这是是反转状态，Q0.1是0，Q0.1的常开点是断开的，所以这时就不能置位M0.0，就不会出现三次调用。 图4-11 中断子程序INT0网络2中断子程序INTO网络2如上图4-11所示，在正转脉冲输出完成后进入中断，然后就将0写入SMD38，前面说过SMD38这个地址的数据是高速计数的当前值，所以正转结束进入中断后就清零当前值，为下次反转做准备；同样反转结束后也是清零，为下次使用电机正传的计数做准备。SMB37是16#C0，这是高速计数的控制字，各个位的意思前面已经介绍过，16#C0换算成二进制数就是2#11000000，即启用高速计数，更新当前值。因为要重新清零当前值，所以要对当前值更新的这个位置1。下面就是调用HSC0，前面对当前值的更改只有在调用这个HSC指令后才能生效。至此整个设计过程结束。符号表见图3-12结束语本次毕业论文设计是基于PLC控制步进电机，借助于力传感器技术实现对电磁铁推拉力测试，是在指导老师的指导和严格监督下完成的。通过这次设计，本人对所学的知识在实际应用中有了更感性的认识和全新的体会。本次论文设计让我学会了怎样实现PLC对步进电机的控制。对PLC、步进电机、电磁铁等有了更深刻了解。学会了用PLC编程、PLC的基本指令及其功能指令。理解了步进电机、驱动器、电磁铁等的工作原理和使用方法。这次毕业设计不仅增强了我的专业方面的能力，在与小组成员的合作
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