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PLC在运动控制系统中的应用与优势
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更新于2024-07-01
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"基于PLC的运动控制系统设计 (2).docx" 本文主要探讨了基于PLC(可编程逻辑控制器)的运动控制系统设计。PLC作为一种先进的自动化控制设备,起源于1960年代,旨在替代传统的电气控制装置,提供更灵活、通用的控制解决方案。随着技术的发展,PLC不仅在逻辑控制方面表现出色,而且在处理模拟量、数字运算、人机交互以及网络通信方面的能力得到了显著提升,使得它能够涉足运动控制领域,甚至在某些情况下可以替代DCS(分布式控制系统)。 PLC控制运动系统的核心在于其能够实现精确定位和降低成本。通过与驱动器配合,PLC可以直接输出脉冲来控制电动机,从而实现对运动的精确控制。这种控制方式广泛应用于需要精密定位的场合,如数控机床、绘图机、钢铁加工设备、自动控制系统等。 在系统设计中,硬件部分涵盖了步进电动机的分析、驱动设计以及PLC的工作原理和如何驱动步进电动机。步进电机因其独特的定位特性,常用于需要精确角度和速度控制的应用。而软件设计则包括主程序和辅助控制程序的开发,以实现对步进电动机的全面控制,包括转角、转速和转向。 随着微电子技术和计算机科学的进步,步进电动机和PLC的结合使得控制系统更加智能化和高效。深入研究PLC对步进电动机的控制不仅可以提高控制精度,还能提升系统的响应速度,优化能源利用,对于工业自动化控制的未来发展具有重大意义。 在PLC运动控制系统的实际应用中,其通用性、易用性、高可靠性和抗干扰能力使其在各种工业环境中占据主导地位。未来,随着技术的不断创新,PLC将在自动化控制领域继续发挥关键作用,为生产效率和产品质量的提升做出贡献。
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即在用户程序执行过程中,只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生
变化,而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有
可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到
这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈
的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
c. 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后, PLC 就进入输出刷新阶段。在此期
间, CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出
电路驱动相应的外设。这时,才是 PLC 的真正输出。
2.2PLC 控制系统的设计基本原则
a.最大限度的满足被控对象的控制要求。
b.在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。
c.保证控制系统安全可靠。
e.考虑到生产的发展和工艺的改进在选择 PLC 容量时应适当留有余量。
2.3PLC 软件系统及常用编程语言
PLC 软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程
序、诊断程序等,主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言,诊断机器故障。系
统软件由 PLC 厂家提供并已固化在 EPROM 中,不能直接存取和干预。
用户程序是用户根据现场控制要求,用 PLC 的程序语言编制的应用程序(也就是逻
辑控制)用来实现各种控制。STEP7 是用于 SIMATIC 可编程逻辑控制器组态和编程的标准
软件包,也就是用户程序,我们就是使用 STEP7 来进行硬件组态和逻辑程序编制,以及
逻辑程序执行结果的在线监视。
a.PLC 提供的编程语言—标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言,它有以
下特点:
(1)它是一种图形语言,沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一
些图形符号构成,左右的竖线称为左右母线。
(2)梯形图中接点(触点)只有常开和常闭,接点可以是PLC 输入点接的开关也可
以是 PLC 内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。
(3)梯形图中的接点可以任意串、并联,但线圈只能并联不能串联。
(4)内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载,只能做中间结果供
CPU 内部使用。
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(5)PLC 是按循环扫描事件,沿梯形图先后顺序执行,在同一扫描周期中的结果留
在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。
b.语句表语言,类似于汇编语言。
c.逻辑功能图语言,沿用半导体逻辑框图来表达,一般一个运算框表示一个功能左
边画输入、右边画输出。
2.4PLC 的特点
a.可靠性高 抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现
代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,
具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一
些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说,使用 PLC
构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百
甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC 带有硬件故障自我检测功能,出现故障
时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,
使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的
可靠性也就不奇怪了。
b.配套齐全 功能完善,适用性强。PLC 发展到今天,已经形成了大、中、小各种
规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代
PLC 大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大
量涌现,使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能
力的增强及人机界面技术的发展,使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。
c.易学易用 深受工程技术人员欢迎。PLC 作为通用工业控制计算机,是面向工矿
企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形
符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以
方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使
用计算机从事工业控制打开了方便之门。
d.系统的设计、建造工作量小 维护方便,容易改造。PLC 用存储逻辑代替接线逻
辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维
护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很
适合多品种、小批量的生产场合。
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