国家职业资格电工技师课程PLC控制步进电机编程

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（一）PLC是怎么控制伺服电机的？

先看一个例子：

基于PLC与步进电机小车自动运行

运动小车装置介绍：丝杠、运动托盘、光栅尽、步进电动机、多个位置检测传感器等。

系统分析：运动托盘由步进电动机通过丝杠传动。步进电机与模拟电机比较实现精密位置控制。位置检测传感器可检测运动托盘至这个位置的开关量。光栅尺用来对运动托盘进行位置精确检测。

PLC采用晶体管输出的FX系列PLC,不能使用继电器输出的PLC.相对于步进电机，伺服电机主要用于精确定位，实际工作中的控制伺服器，其实就是通过位置闭环控制对伺服电机的位置控制。典型的有速度控制和转矩控制。

运动控制系统组成

理论上，电机的模拟速度控制一般都是有变频器实现，而速度公式大家应当记得。而用伺服电机做速度控制，主要是用于数控脉冲快速加减速或是速度精准控制的场合，相对于传统的变频器控制技术，伺服电机要求加加速度在几毫米内达到几千转，由于伺服都是闭环的，脉冲信号控制的速度非常稳定。

步进电动机是运动控制系统执行机构，将电脉冲转化为角位移的执行机构，前一部分是步进驱动器，当步进驱动器收到一个脉冲信号，驱动步进电动机转动规定的角位移，一个角位置是微米级，通过控制百万个脉冲个数来控制角位移量，实现精确定位，同时通过控制脉冲信号频率来控制电机速度与加速度，达到调速目的。

最后是脉冲信号产生的控制器，可以单片机，也可以PLC,还可以数字电路等。

转矩控制主要是控制伺服电机的输出转矩，原因源于变频器理论，并且比伺服电机的速度控制响应快。

我们课程主要针对应用以上两种控制的项目，实际上伺服驱动器可以理解为变频器，再加PLC输入输出模块原理都是用模拟量控制。

伺服电机核心问题还是位置控制，位置控制有两个物理量需要控制，那就是速度检测和位置检测及控制，准确理解就是控制电机如何按照规定时间与路径到达规定的地方，误差在毫米级并准确的停下。

例如：伺服驱动器通过接收的脉冲频率和数量来控制伺服电机运行的距离和速度。比如，我们约定伺服电机每10000个脉冲转一圈。如果PLC在一分钟内发送10000个脉冲，那么伺服电机就以1r/min的速度走完一圈，如果在一秒钟内发送10000个脉冲，那么伺服电机就以60r/min的速度走完一圈。

最后：PLC是通过控制发送的脉冲来控制伺服电机的，用物理方式发送脉冲，也就是使用PLC的晶体管输出加入伺服电机，一般单机PLC采用直接联机方式。而网络化PLC是通过通讯编程的方式把脉冲要求的个数和频率传递给伺服驱动器。

作为国家职业资格电工技术人才，上述两种方式都必须掌握，单机方案是基础，网络化编程是通信技术关健，实现的渠道不一样，结果应当实质是一样的，对我们编程训练来说，必须掌握技术要点。

步进电动机驱动器细分设定有６位设定开关，D1测试，D2单双脉冲选择，D3D4D5D6确定细分数。

对于PLC程序编写，语法格式差别很大，日系三菱PLC是采用ST指令的方式，而欧系西门子PLC是采用功能块的形式。最后产生机器码完全是一样的，比如要控制伺服走一个绝对定位编程，我们就需要先进行系统分析控制PLC的输出通道，脉冲数，脉冲频率，加减速时间，以及需要知道伺服驱动器什么时候定位完成，是否设置限位开关等等。无论哪种PLC位置控制编程，核心就是对上述几个物理量的控制和运动参数的读取设置，只是不同PLC实现方法不一样。

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（二）如何设计一个伺服系统？

从工业30到工业40，PLC将何去何从？

PLC可编程逻辑控制器，是一种具有微处理器的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载存储器内存储与运行。PLC通常作为重要的底层控制部件应用在SCADA和DCS系统中，用于实现工业设备的具体操作与工艺控制，是工控系统的重要基础。 在工业现场，由于最靠近底层工业设备，工控系统软硬件在企业推进智能制造的过程中，起着至关重要的作用。

众所周知，工业3.0是指电子信息化时代，即广泛应用电子与信息技术，使制造过程自动化控制程度进一步大幅度提高，从20世纪60-70年代开始并一直延续至现在。PLC伴随着工业3.0 这个时代一路走来，成为工业3.0最具代表性的工业产品之一。

1968年1月，美国Bedford Associates公司在Richard Morley领导下开发了一种可编程控制器，支持用梯形图逻辑编程。同年10月，Bedford Associates创建新公司Modicon来推动新的可编程控制器的产业化，新产品命名为Modicon 084。

1969年11月在得知通用汽车公司的要求后，Dick Morley为通用汽车展示Modicon 084, 获得通用汽车的青睐，随后通用汽车将其用于对金属切割、钻孔、材料处理和装配等环节进行控制。Dick Morley被普遍认为是“PLC之父”。

Dick Morley（右2），1968年 图源：radwell

1971年，Allen Bradley公司的工程师Odo Josef Struger和Ernst Dummermuth开发了新一代控制器，型号为Bulletin 1774，命名为 Programmable Logic Controller (PLC)，采用专用的编程终端T3，该结构申请了美国专利US3942158。Odo Josef Struger后来成为IEEE会士，Rockwell公司技术副总裁，为Allen Bradley公司的PLC架构设计和PLC编程语言国家标准的制定做出重要贡献。

回顾PLC的发展历史，其成功体现在两个方面： 一是用计算机来解析过去用继电器实现的逻辑控制；二是采用梯形图逻辑编程，使原来的电气工程技术人员能在自己原有的技术基础上采用计算机编程。

PLC是工业产业经济发展背景下的产物，它为工业技术领域带来了一次革新，使可编程程序成为了工业生产设备提高运行效率的关键，为实际工业生产起到了重要的推动作用。

随着工业4.0、智能制造时代的到来，企业对产线自动化、网络化与智能化的要求更高，PLC最大的问题在于其封闭和专用的特性。在工业互联网蓬勃发展的今天，其封闭性与专用性，成为PLC向前发展的最大阻力。

下一代PLC的架构肯定会向更开放、分布式、具有充分的可互操作性和内在信息安全的方向发展，其软件环境一定要大量地吸取和采用开源云计算软件技术，并结合工业自动化的要求和特点，从而走出一条具有持久生命力的开发之路。

1、网络化。 网络化和加强通讯功能是PLC近些年发展的1个关键方位，往下可与好几个PLC控制站、好几个I/O架构联接；往上可与工业计算机、以太网接口、MAP网等联接，组成全部加工厂的自动化技术自动控制系统。

2、高可靠性。 自动控制系统的可信性日渐变成工程设计行业受关心的聚焦，PLC已经自确诊技术性、冗余技术、试错技术性普遍地应用于目前产品中，很多企业已发布了高可靠性的冗余系统。

3、多功能性。 PLC的功能越来越多，以便融入各种各样独特功能的必须，在原来智能化控制模块的基本上，各企业相继发布了新的程序模块。

4、小型化、成本低、简易实用。 很多企业也刚开始高度重视小型化、成本低、简易实用的系统软件。原先许多只生产中、大中型PLC产品的厂家，正在逐步发布这行的产品。

5、控制与管理功能集成化。 为了实现智能化大生产的控制与管理的必须。PLC将普遍选用互联网解决技术性、无线通信网络和图形光电技术，使PLC系统软件的生产管控功能和信息化管理功能合为一体。

6、编程语言向高层次发展。 PLC的编程语言在原来的梯形图语言、次序功台语言和命令语言的基本上，不断完善，并向高层次发展。运用PC编程技术的软PLC已经越来越流行。

总而言之，PLC的发展趋势正向着网络化、国产替代、高可靠性、多功能方向发展；也朝着小型化、成本低、简易实用方向发展。

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