太原理工大学阳泉学院—毕业设计说明书
第一章 绪论
1.1 PLC的发展及应用前景
PLC 工艺自从出现一直到今天，已经由最初的接线逻辑发展到了储存逻辑，目前被大量的应用到众多的行业之中。当今社会是一个高速发展的社会，目前的半导体工艺和电脑科技非常发达，PLC 借助这些技术的优势，已经可以非常好的处理网络接口了。总体来说，这项工艺很受行业人士的喜欢。这项系统是专门用于工艺生产工作的数控系统，它把电脑科技和自控工艺等技术有效的融合在一起，它是目前行业的关键设备，它的稳定性很高。此外，它还具有强大的抗干扰能力，编程步骤简单，而且易于维护。随着工艺不断发展，现今它的控制活动已经能够从原先的单一化逻辑控制发展到如今的持续性控制。
1.1.1 可编程控制器（PLC）的发展趋势
我们坚信这项技术一定会得更好的发展。从技术上来看，随着目前电脑等优秀的科学技术被广泛的应用到 PLC 上面，因此我们坚信不久的将来，就会出现运算速率更快，容量更加庞大，更为先进的产品。从规模上来说，完备的通信设备会更好地迎合各种工业控制场合的不同需求；从市场上来分析，今后的竞争将会更加的激烈，将会发生垄断现象，届时将会有全球通用的编程语言；通过分析网络的发展态势可以得知，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成的大型控制系统是可编程控制器技术的发展方向。伴随着计算机网络的高速发展，可编程控制器作为国际通用网络和自动化控制网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的大量领域发挥十分重要的作用。
1.1.2 可编程控制器（PLC）的应用领域
PLC 是以微计算机技术和通信技术和自动控制技术为基础发展起来的新的工业控制装置，随着微处理工艺的发展，这项技术必然会会在众多的行业之中获取良好的发展。当前它的应用范围非常广，比如：通用和专用机械，汽车制造，机床与工具，立体仓库，控制设备制造、控制与装置仪表，环保及文化娱乐等各个行业。而且还在朝着其它方向扩展。
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PLC 的自诊断占 18％，批量控制占26％，运动控制占 40％，过程控制占 58％，应用机械控制占 87％
1.1.3 PLC的应用前景
PLC制造商通过收购和联合大量的软件企业和发展软件产业。明显的提升了软件使用性能。大多的品牌都有与它们的设备相对应的平台甚至软件，将其有效的结合在一起，能够显著的提升系统的综合服务能力，而且节省投资，得到良好的控制体系，目前，PLC+网络+IPC+CRT 的模式被大规模应用。
可编程控制器（PLC）厂家在以前的CPU模板上提供物理层 RS232/422/485 接口的基础上，新添了很多不同的通讯接口，能够创造一体化的网络体系。近年来信息技术发展很快，用户对开放性有着更多的需求，而且此时的互联网也在迅速发展。例如：罗克韦尔 A-B公司大力主推的三层网络结构体系，即 Device Net、Ether Net，Contml Net。
工艺在发展的时候，生产厂家为了获得更多的市场份额，不断展开激烈的竞争。它们的标准不一样，所以无法很好的兼容在一起，这就导致用户在使用的时候非常不方便，而且会造成维护费用增加。以后市场必然会高度开放，这已经被大多数生产厂家意识到了，形成了长时期妥协与竞争的过程，而且这一过程还在继续。虽说目前的工具无法很好的兼容在一起，不过随着系统的进步，用户在使用的时候，已经能够较好的应用各种性质的产品了。
当前时期，该系统的网络水平以及运算速率等都明显的强化了，此时已经不再是单纯的用来进行逻辑控制了，更多的是用到过程控制之中。相关人士调查得出的结论是:目前除了石化等行业之外，这项系统在大部分的行业中都获取了良好的成就。
通过分析我们发现，该系统的优点非常明显，比如它的结构非常紧凑，它的功能很多，稳定性强，速率较快，最主要的是它的价位不高，因此不管是目前还是今后的很长一段时间之内，该系统都能够发挥出非常明显的意义，它的存在必将带动整个行业的进步。
1.2 提出问题
在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产还是在日常生活中，都大量地使用着各种各样的电动机。因此对电动机的控制变得越来越重要。电动机控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、永磁材料技术、自动控制技术、微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术化。
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的原理是通过对每相线圈中的电流和
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通电顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率可以改变步进电机的原先转速。也就是说:当步进驱动器接收到一个脉冲信号，驱动步进电机就按设定的方向转动一个固定的角度。通过改变脉冲个数即可以改变角位移量，以达到准确定位的目的。同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的，目前比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR)、永磁式步进电机(PM),混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.50;反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.50，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式步进电机和反应式步进电机的优点。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。
1.2.1 机床滑台类型及控制
在组合机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台： 1．液压滑台，用于切削量大、加工精度要求较低的粗加工序中；
2．机械滑台，用于切削量中等、具有一定加工精度要求的半精加工工序中； 3．数控滑台，用于切削量小、加工精度要求很高的精加工工序中。
可编程控制器（简称 PLC）以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于工业 自动控制中。特别是在组合机床自动生产线的控制及 CNC 机床的 S、T、M 功能控制中更显示出其卓越的性能。PLC 控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统，使该单元的控制系统成本降低70%~90%，甚至只占用自动线控制单元 PLC的3~5 个 I/O 接口及小于1KB的内存。特别是大型自动线中可以使控制系统的成本显著下降。
1.2.2 本文的工作目的及意义
毕业设计做了以下工作：
1.对数控滑台控制进行了系统的学习，包括PLC及步进电机的主要应用，实际的需求。 2.应用三菱公司的可编程控制器FZ2X-16MT及20BYJ46四相步进电机,在此基础上搭建了实际的控制模型。
3.深入研究了位置控制系统的算法，利用三菱系统高速、大存储、数据结构灵活等特点，实现了更简便的数控位置的PLC控制。
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4.根据要求设计了仿真，以实现程序的模拟。
1.2.3 本文的主要目的及意义
1.以数控滑台的逻辑控制为实例，对三菱系统的网络组态、系统配置和梯形图编程进行一次尝试，为今后的更好地开发三菱系统的工程应用积累经验。
2.以一种全新的编程思想进行PLC的梯形图编程，对于将来高性能的PLC的编程具有开拓性的意义。
3.对于数控滑台位置控制实现的研究也给后续的研究开辟了一个全新的方式，为更简捷完善的多轴位置控制的实现打下了坚实基础，对位置理论及其实现、位置控制在实际工程的应用都有很大的指导意义和参考价值。
1.3 系统功能
设计的目的是设计出一个以步进电机为基础控制系统。本系统采用FX2N系列PLC作为控制单元，通过按键实现对步进电机转动方向以及转动速度的控制，
设计的步进电机控制系统有以下功能： 1. 步进电机的启停控制 2．步进电机的正反转控制 3. 步进电机的加速控制 4. 步进电机的减速控制 5. 步进电机通电方式改变的控制
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第二章 PLC概述
2.1 PLC的产生与发展
可编程控制器PC（Programmable Controller）是由美国电气制造协会（NEMA）命名的，但是PC又可表示为个人计算机（Personal Computer），为了区别，人们常把可编程控制器称为PLC（Programmable Logic Controller）。它是以微处理器为基础，在传统的继电器控制技术基础上，综合了计算机技术、半导体集成技术、数字技术和通信网络技术而发展起来的新型控制器，用作数字控制的专用计算机。由用户编写程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，再通过数字量和模拟量的输入/输出（I/O）来控制各种生产过程。
2.1.1 PLC的产生及定义
20世纪60年代以前，用以对工业生产进行自动控制的装置是继电器-接触器控制系统。该系统存在一些缺陷。例如：系统的能耗较多，噪声大；通用性、灵活性差，工艺流程的更新需要大量的人力物力；不具备现代工业控制所需的数据通信、网络控制等功能。到了20世纪60年代以后，美国汽车制造业为适应市场需求不断更新汽车型号，要求及时改变相应的加工生产线。而汽车生产流水线基本上都采用传统的继电器—接触器控制，所以整个系统就必须更新设计和配置。汽车生产流水线的更换越来越频繁，原有的继电器—接触器控制系统就经常需要重新设计安装，这不但造成巨大浪费，而且新系统的安装费时，从而延长了汽车的设计生产周期。在这种情况下，采用传统的继电器—接触器控制就有许多不足。
1968年，美国GM（General Motors）公司首次公开招标要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出了著名的十项招标指标，即著名的“GN十条”。
如果说电子技术和电气控制技术是可编程控制器出现的物质基础，“GM十条”就是可编程逻辑控制器出现的技术要求基础，也是当今PLC最基本功能。
1987年2月，国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器（PLC）标准草案中对PLC做了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用
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