目 录
一. 绪论?????????????????????????????????（4） 二. PLC应用应注意的问题?????????????????????????（5） （一）工作环境?????????????????????????????（5） （二）安装与布线????????????????????????????（5） （三）I/O端的接线???????????????????????????（5） （四）外部安全电路???????????????????????????（6） （五）PLC的接地????????????????????????????（6） （六）冗余系统与热备用系统??????????????????????（6） 三. 可编程序控制器的基本结构???????????????????????（7） （一）基本结构????????????????????????????（7） （二）可编程序控制器的工作原理???????????????????（11） （三）S7-200系列可编程序控制器性能简介?????????????（14）四. 步进电动机??????????????????????????????（16）
（一）步进电动机的特点???????????????????????（16）
（二）反应式步进电动机的结构???????????????????（16） （三）反应式步进电动机的工作原理?????????????????(18)
五. 电机的PLC控制????????????????????????????（22）
（一）调速控制????????????????????????????（22） （二）调速控制???????????????????????????（24） (三) 步进电动机的位置控制????????????????????（25）
结论?????????????????????????????????????（27） 致谢词????????????????????????????????????（28） 参考文献???????????????????????????????????（29） 英文资料???????????????????????????????????（30）
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PLC定位单元在运动控制领域的应用
[摘 要] PLC是基于计算机技术和自动控制理论发展而来的，它既不同于普通的计算机，又不同于一般的计算机控制系统，作为一种特殊形式的计算机控制装置，它在系统结构，硬件组成，软件结构以及I/O通道，用户界面诸多方面都有其特殊性。
本文还对电机控制技术的发展状况作了简要的叙述，同时对电机控制中的关键技术，作了最简洁、最基本的描述。叙述了电动机传动系统中所涉及的动力学内容。由于PLC的运行可靠，编程方便等优点叙述了利用PLC对步进电机的位置控制系统的设计思想和实现过程，并给出了PLC的程序流程图。 [关键词] 电机控制 PLC 位置控制 步进电动机
Application of PLC positioning unit in the field of motion control
[Abstract]
PLC is according to the calculator technique and control the theories development
automatically since then of, it since differ from the common calculator, and then differ from the general calculator control system, being a kind of calculator of special form control device, it is in the system structure, the hardware constitute, the software structure and the input/output passage, the customer interface is various to all have it the special in many ways.
This text returns the description that controls the technical development condition to make the synopsis to the electrical engineering, controlling the medium key technique to the electrical engineering at the same time, making the most simple and direct and the most basic description. Describing the electric motor spreads to move the system in the dynamics contents involve. Because the PLC movement is dependable, the plait distance convenient etc. advantage describes to make use of the PLC to carry out the process towards treading the design thought that controls the system into the position of the electrical engineering and, and give PLC procedure flow chart.
[Key words] PLC VR position control stepping motor
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一 绪论
近年来，随着大规模集成电路的发展，以微处理机为核心组成的可编程控制器得到了迅速的发展，在电动机的运行控制、电磁阀的开闭、产品的计数、温度压力等的设定和控制等方面，可编程控制器正发挥着越来越大的作用。
可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称为PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件。日本电气控制学会曾对可编程控制器作了一个定义：可编程控制器是将逻辑运算，顺序控制，时序和计数以及算术运算等控制程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入输出部件，对生产设备和生产过程进行控制的装置。 PLC是基于计算机技术和自动控制理论发展而来的，它既不同于普通的计算机，又不同于一般的计算机控制系统，作为一种特殊形式的计算机控制装置，它在系统结构，硬件组成，软件结构以及I/O通道，用户界面诸多方面都有其特殊性。
从原理上说，可编程控制器和计算机是一致的，为了和工业控制相适应，PLC采用扫描原理来工作，也就是对整个程序进行一遍又一遍的扫描，直到停机为止。之所以采用这样的工作方式，是因为PLC是由继电器控制发展而来的，而CPU的扫描用户程序的时间远远短于继电器的动作时间，只要采用循环扫描的办法就可以解决其中的矛盾。循环扫描的工作方式是PLC区别于普通的计算机控制系统的一个重要方面。
虽然各种PLC的组成各不相同，但是在结构上是基本相同的，一般由CPU、存储器、输入输出设备(I/O)和其他可选部件组成。其他的可选部件包括编程器，外存储器，模拟I/O盘，通信接口，扩展接口等。CPU是PLC的核心，它用于输入各种指令，完成预定的任务，起到了大脑的作用，自整定、预测控制和模糊控制等先进的控制算法也已经在CPU中得到了应用；存储器包括随机存储器RAM和只读存储器ROM，通常将程序以及所有的固定参数固化在ROM中，RAM则为程序运行提供了存储实时数据与计算中间变量的空间；输入输出系统（I/O）使过程状态和参数输入到PLC的通道以及实时控制信号输出的通道，这些通道可以有模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出、脉冲量输入等，使PLC的应用十分广泛。
早期的PLC主要用于顺序控制上。所谓顺序控制，就是按照工艺流程的顺序，在控制信号的作用下，使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作。PLC的应用大大促进了流水线技术的发展。
今天的PLC已经开始用于闭环控制，不仅如此，随着其扩展能力和通信能力的发展，它也越来越多地应用到了复杂的分布式控制系统中。PLC自1969年问世以来，它按照成熟而又有效的继电器控制概念和设计思想，不断利用新科技，新器件，尤其和现在飞速发展的计算机技术相联系，逐步形成一门较为独立的新兴技术和具有特色的各种系列产品，同时也逐步发展成为一类解决自动化问题的有效而且便捷的方式。PLC自身具有的完善的功能，模块化的结构，以及开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高的特点和较高的性价比，使其在工业生产中的应用前景越发看好，而且随着集成电路的发展和网络时代的到来，PLC必将能够有更大的用武之地。
现在的主要的PLC的厂商都集中在日本和美国等发达国家，国内生产和制造PLC的工艺技术都还落后于这些国家。作为实现工业自动化的不可缺少的部分，大力发展PLC对于我国来讲是很重要的，也有深远的意义。
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二 PLC应用应注意的问题
PLC是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。但是，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，都不能保证PLC的正常运行，因此在使用中应注意以下问题。 (一)工作环境
1． 温度
PLC要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风。 2． 湿度
为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）
3． 震动
应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。 4． 空气
避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。 5． 电源
PLC供电电源为50Hz、220（1±10%）V的交流电，对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。 （二）安装与布线
1． 动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应 采用双胶线连接。
2． PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装 在同一个开关柜内。
3． PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
4． PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外界信号的干扰。
5． 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。
（三）I/O端的接线 1． 输入接线
（1） 输入接线一般不要超过30米。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。 （2） 输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。
（3） 尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。 2． 输出连接
（1） 输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电
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压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
（2） 由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。
（3） 采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。
（4） PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。 （四）外部安全电路
为了确保整个系统能在安全状态下可靠工作，避免由于外部电源发生故障、PLC出现异常、误操作以及误输出造成的重大经济损失和人身伤亡事故，PLC外部应安装必要的保护电路。 1. 急停电路。对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得PLC发生故障时，能将引起伤害的负载电源可靠切断。
2. 保护电路。正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护；往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。
3. 可编程控制器有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。但当可编程控制器CPU故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成伤害的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外电路加以防护。
4. 电源过负荷的防护。如果PLC电源发生故障，中断时间少于10秒，PLC工作不受影响，若电源中断超过10秒或电源下降超过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开；当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。
5. 重大故障的报警及防护。对于易发生重大事故的场所，为了确保控制系统在重大事故发生时仍可靠的报警及防护，应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出，以使控制系统在安全状况下运行。 （五） PLC的接地
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。PLC的接地线与机器的接地端相接，接地线的截面积应不小于2mm2 ，接地电阻小于100Ω；如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接上专用地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开；若达不到这种要求，也必须做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近PLC。 （六）冗余系统与热备用系统
在石油、化工、冶金等行业的某些系统中，要求控制装置有极高的可靠性。如果控制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成极大的经济损失。但是仅靠提高控制系统硬件的可靠性来满足上述要求是远远不够的，因为PLC本身可靠性的提高是有一定的限度。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。
1.冗余控制系统
在冗余控制系统中，整个PLC控制系统（或系统中最重要的部分，如CPU模块）由两套完全相同的系统组成。两块CPU模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主CPU，另一块是备
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