基于PLC的运动控制系统设计.doc

1 绪论 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制是按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的，1968年美国通运公司提出取代电气控制装置要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程逻辑控制器。随着个人计算机发展起来后，为了方便，也为了反映可编程逻辑控制器的功能特点，可编程控制器定名为PLC。 　　PLC控制运动系统是数控化工业生产的关键组成部分，研究PLC控制运动系统可进一步提高其在工业生产中的应用。PLC作为简单化了的计算机，功能完备、灵活、通用、控制系统简单易懂、价格便宜、可现场修改程序、体积小、硬件维护方便、价格便宜等优点，在全世界广泛应用，为生产生活带来巨大效益方便。因此，通过研究PLC来控制运动，即可实现精确定位控制，又能降低控制成本，还有利于维护。以往的电动机需要靠驱动器来控制，随着技术不断发展完善，PLC通过自身输出脉冲接入并控制电动机，这样就有利于对运动精确控制。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展的最快时期，年增长率一直保持为30—40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人及接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入运动控制领域，在某些应用上取代了在运领域处于统治地位的DCS系统。基于电动机良好的控制和准确定位特性，被广泛应用在精确定位方面，诸如数控机床、绘图机、扎钢机、自动控制计算装置、自动记录仪表等自动控制领域。PLC具有通用性强、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来时无法取代的。 本控制系统设计是由系统硬件设计和系统软件设计两部分组成。其中，硬件设计主要包括步进电动机的工作原理分析、步进电动机的驱动设计及PLC工作原理及PLC作用驱动器且驱动步进电动机运动原理设计。软件设计包括主程序以及其他辅助控制程序设计，最终实现对步进电动机转角、转速、及转向控制。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机，研究PLC步进电机的控制系统，对提高控制精度、提高响应速度提高等重要意义。PLC）简介 2.1PLC的基本概述 2.1.1PLC的定义 可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(简称PC)的简称混淆，所以将可编程控制器任简称PLC。 PLC即可编程控制器，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。” 2.1.2PLC的基本组成 PLC是一种面向工业环境设计的专用计算机，它具有一般计算机类似的结构，也是由硬件和软件组成。由中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口、编程器、电源等几部分组成。PLC内部硬件结构框图如图2.1所示。 a.中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的核心，他通过地址总线、数据总线、控制总线与存储器、I/O接口相连，其主要作用是执行系统控制软件，从输入接口读取各个开关状态，根据梯形图程序进行逻辑处理，并将处理结果输出到输出接口。 b.存储器 PLC的存储器是用来存储数据或程序的。存储器中的程序包括系统程序和应用程序。系统程序用来管理控制系统的运行，解释执行应用程序，存储在只读存储器ROM中。应用程序即用户程序，一般存放在随机存储器RAM中，由后备电池维持其在一定时间内不丢失。也可将用户程序固化到只读存储器中，永久保存。 c.电源 电源的作用是吧外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。有的电源单元还向外提供24V直流电，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。电源单元还包括掉电保护电路和后备电池电源，以保持RAM在外部电源断电后存储内容不丢失。PLC的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。 图2.1 PLC的硬件结构框图 d.I/O接口电路 I/O接口是CPU与现场I/O设备联系的桥梁。输入接口接收和和采集输入信号。