PLC維修的發展概述

可編程控制器(簡稱PLC)是種數字運算操作的電子系統，是在20世紀60年代末面向工業環境由美國科學家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器，其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、計數和算術運算等操作指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都是按易于與工業控制系統形成一體、易于擴充其功能的原則設計的。PLC自產生至今只有30多年的歷史，卻得到了迅速發展和廣泛應用，成為當代工業自動化的主要支柱之一。產生和發展過程現代社會要求生產廠家對市場的需求做出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規格、低成本和高質量的產品。老式的繼電器控制系統已無法滿足這一要求，迫使人們去尋找一種新的控制裝置取而代之。

PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同:

1）中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。

為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統，或采用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。

2）存儲器存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器[7]。

2.3PLC技術在步進電機控制中的應用

隨著微電子技術和計算機技術的發展，可編程序控制器有了突飛猛進的發展，其功能已遠遠超出了邏輯控制、順序控制的范圍。繼續沿著小型化的方向發展。隨著電動機本身應用領域的拓寬以及各類整機的不斷小型化，要求與之配套的電動機也必須越來越小。對電動機進行綜合設計。即把轉子位置傳感器，減速齒輪等和電動機本體綜合設計在一起，這樣使其能方便地組成一個閉環系統，因而具

有更加優越的控制性。向五相和三相電動機方向發展，目前廣泛應用的二相和四相電動機，其振動和噪聲較大，而五相和三相電動機具有優勢性。而就這兩種電動機而言，五相電動機的驅動電路比三相電動機復雜，因此三相電動機系統的性能價格比要比五相電動機更好一些[8]。

目前利用可編程序控制器（即PLC技術）可以方便地實現對電機速度和位置的控制，方便地進行各種步進電機的操作，完成各種復雜的工作，它代表了先進的工業自動化革命，加速了機電一體化的實現。

用PLC對步進電機也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，現對步進電機的控制[9]。

步進電機是一種將電脈沖信號轉換成直線位移或角位移的執行元件，每當對其施加一個電脈沖時，其輸出軸便轉過一個固定的角度。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數成正比，其轉速與單位時間內輸入的脈沖數(即脈沖頻率)成正比，其轉向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關。所以只要控制指令脈沖的數量、頻率及電機繞組通電的相序，便可控制步進電機的輸出位移量、速度和轉向[10]。PLC直接控制步進電機系統由PLC和步進電機組成，PLC具有實時刷新技術，輸出信號的頻率可以達到數千赫茲或更高，使得脈沖分配能有很高的分配速度，充分利用步進電機的速度響應能力，提高整個系統的快速性。并且，PLC有采用大功率晶體管的輸出端口，能夠滿足步進電機各相繞組數10V級脈沖電壓、1A級脈沖電流的驅動要求。

有以上步進電機的工作原理以及工作方式我們可以看出：

控制步進電機最重要的就是要產生出符合要求的控制脈沖。三菱PLC本身帶有高速脈沖計數器和高速脈沖發生器，其發出的頻率最大為10KHz，能夠滿足步進電動機的要求。對PLC提出兩個特性要求。一是在此應用的PLC最好是具有實時刷新技術的PLC，使輸出信號的頻率可以達到數千赫芝或更高。其目的是使脈沖能有較高的分配速度，充分利用步進電機的速度響應能力，提高整個系統的快速性。二是PLC本身的輸出端口應該采用大功率晶體管，以滿足步進電機各相繞組數十伏脈沖電壓、數安培脈沖電流的驅動要求[12]。如下圖所示：

步進電機的三菱PLC控制

圖2-4步進電機的PLC直接控制

2.4本章小結

本章闡述了步進電機的主要特點與工作原理，并介紹了PLC的發展狀況以及PLC技術在步進電機控制中所發揮的巨大作用。