基于PLC的XY轴位移控制系统方案设计书3.docx
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基于PLC的XY轴位移控制系统方案设计书3
基
于
PLC
的
Z
轴
位
移
控
制
系
统
设
计
姓名：
班级：
11电气2班
指导老师：
郭红
摘要
随着电子信息产业的迅速发展，SMT技术已经成为电子组装技术中不可或缺的一部分。
SMT技术是指将表面贴装的电子组件，直接焊接于印刷电路底版的表面上，与传统插装工艺不同,SMT工艺的元件及焊点均在同一表面上。
并具有微型化、大规模化、自动化的优点。
当今绝大部分现代工业中的电器，电子产品都离不开SMT技术的应用。
本设计是采用S7—200控制三相六拍的反应式步进电机，通过软件设计移位脉冲频率来控制步进电机的匀速前进。
移位寄存器指令MW0的低八位按照三相六拍的步进顺序进行赋值来控制步进动机的转动。
关键词
贴片机、位移、S7-200PLC、步进电机
第1章绪论
1.1设计背景
随着电子信息产业的迅速发展，SMT技术已经成为电子组装技术中不可或缺的一部分。
SMT技术是指将表面贴装的电子组件，直接焊接于印刷电路底版的表面上，与传统插装工艺不同,SMT工艺的元件及焊点均在同一表面上。
并具有微型化、大规模化、自动化的优点。
当今绝大部分现代工业中的电器，电子产品都离不开SMT技术的应用。
而贴装工艺更是SMT工序中不可或缺的一道。
贴片机的组主要作用是将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上。
位于SMT生产线中印刷机的后面，一般为高速机和泛用机按照生产需求搭配使用。
然而在SMT生产过程中往往会遇到很多问题，包括设备问题和工艺问题，设备问题可以用买入新机器的方法来解决。
而工艺问题往往复杂和多样化。
在生产过程中，可以通过对贴装设备、贴装前准备、贴装过程的操作进行优化来达到提高质量的要求，工艺的优化不仅能大大的提高生产效率和产品质量，同时降低了成本，创造了更大价值。
是大多数企业不断努力的方向。
SMT是SurfaceMountedTechnology表面组装技术（表面贴装技术）的缩写，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。
SMT工艺技术的特点可以通过其与传统通孔插装技术（THT）的差别比较体现。
二者的差别体现在基板、元器件、组件形态、焊点形态和组装工艺方法各个方面。
表面组装技术之所以在电子行业中如此流行，概括起来有以下几点优势：
易于实现微型化。
信号传输速度高。
高频特性好。
易于实现自动化生产。
材料成本低。
简化工序，降低成本。
正是由于电子产品的日益小型化，功能的复杂化，集成度的密集化这些发展要求推动了SMT表面贴装技术在业界的发展，SMT技术也日益完善。
美国是SMT和SMD的发明地，并一直重视在投资类电子产品和军事装备领域发挥SMT高组装密度和高可靠性能方面的优势，具有很高的水平。
我国SMT的应用起步于80年代初期，最初从美、日等国成套引进了SMT生产线用于彩电调谐器生产。
我国的ＳＭＴ事业起步较晚但是发展非常迅猛，在2000年不完全统计，我国约有40多家企业从事SMC/SMD的生产，全国约有300多家引进了SMT生产线，不同程度的采用了SMT。
经过十年的发展ＳＭＴ在中国的发展也具有相当的规模。
2010金融危机洗礼之后的SMT产业开始强势复苏，与欧美传统强国相比，中国的SMT产业可谓“风景这边独好”，全球的SMT产业均把目光投向中国，作为电子制造大国的中国开始向着电子制造强国的目标坚实迈进，中国的SMT产业充满了活力，我国的SMT发展形势一片大好，在竞争激烈的发展道路上充满了机遇与挑战。
所以本设计以社会需求为基础向着为社会创造更大的价值而努力；以SMT中的贴片这一过程把它细分为X-Y轴位移系统并以此系统为依据经行设计。
1.2系统设计的任务
本设计应用西门子系列S7-200PLC对45BF008三相步进电动机通过YKA2404MC驱动器进行控制。
步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。
步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。
步进电机具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，已成为运动控制领域的主要执行元件之一。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个行业的控制领域都将有广泛应用。
而现在的可编程控制器（通常称PLC）是一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能，能充分适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高，是目前广泛应用的控制装置之一。
本设计是采用S7—200控制三相六拍的反应式步进电机，通过软件设计移位脉冲频率来控制步进电机的匀速前进。
移位寄存器指令MW0的低八位按照三相六拍的步进顺序进行赋值来控制步进动机的转动。
围绕这两个主要方面，可提出具体的控制要求如下:
1）电动机正转启动；
2）运行过程中电机按照所编程序运行；
3）停止时，应对移位寄存器清零，使每次起动均从零点开始。
Z轴位移控制系统在SMT中的应用如图1
图1
图2
工作原理：
一号电动机固定在零点丝杠方向为X轴方向二号电动机固定在一号电动机的丝杠上，当一号电动机启动时二号电动机在一号电动机的丝杠上移动，当一号电动机到达指定位移处停止不动时，二号电动机启动沿Y轴方向固定在二号电动机的丝杠移动。
到达指定位置后停止两秒返回。
到达零点准备下一次贴片。
第2章Z轴位移控制系统工作原理
2.1PLC控制步进电机
2.1.1PLC控制步进电机的方法
通电换向这一过程称为脉冲分配。
例如：
三相步进电机的三相三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、C、D相的通断。
如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。
如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。
两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。
调整发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。
在本设计中直接使用PLC控制步进电机，可使用PLC产生控制步进电机所需要的各种时序的脉冲。
三相步进电机可采用三种工作方式：
三相单三拍，三相双三拍，三相单六拍。
这三种方式的主要区别是:
电机绕组的通电、放电时间不同。
工作方式是单三拍时通电时间最短，双三拍时允许放电时间最短，六拍时通电时间和放电时间最长。
因此，同一脉冲频率时，六拍的工作方式出力最大。
而且，电机是三拍的工作方式时，其分辨率为3度，六拍的工作方式时，分辨率是1.5度。
所以，在本课题中，我们采用三相六拍的工作方式，在这种控制方式下工作，步进电机的运行特性好，步进电机分辨率最高。
可根据步进电机的工作方式，以及所要求的频率（步进电机的速度），并使用PLC产生各种时序的脉冲。
例如：
本设计采用西门子S7-200PLC控制三相步进电机的过程。
控制步进电机最重要的就是要产生出符合要求的控制脉冲。
西门子PLC本身带有高速脉冲计数器和高速脉冲发生器，其发出的频率最大为10KHz，能够满足步进电动机的要求。
对PLC提出两个特性要求。
一是在此应用的PLC最好是具有实时刷新技术的PLC，使输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高。
其目的是使脉冲能有较高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。
二是PLC本身的输出端口应该采用大功率晶体管，以满足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求。
如下图所示：
图3步进电机的PLC直接控制
2.2步进电机概述
步进电动机是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数模转换元件。
在经历了一个大的发展阶段后，目前其发展趋于平缓。
然而，由于电动机的工作原理和其它电动机有很大的差别，具有其它电动机所没有的特性。
因此，沿着小型、高效、低价的方向发展。
步进电动机由此而得名。
步进电动机的运行是在专用的脉冲电源供电下进行的，其转子走过的步数，或者说转子的角位移量，与输入脉冲数严格成正比。
另外，步进电动机动态响应快，控制性能好，只要改变输入脉冲的顺序，就能方便地改变其旋转方向。
这些特点使得步进电动机与其它电动机有很大的差别。
因此，步进电动机的上述特点，使得由它和驱动控制器组成的开环数控系统，既具有较高的控制精度，良好的控制性能，又能稳定可靠地工作。
因此，在数字控制系统出现之初，步进电动机经历过一个大的发展阶段[3]。
向由绕组通电的顺序决定。
2.2.1步进电机的基本参数
1.电机固有步距角
它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。
电机出厂时给出了一个步距角的值，这个步距角可以称之为“电机固有步距角”，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。
2.步进电机的相数
步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。
电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。
在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。
如果使用细分驱动器，则“相数”将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。
3.保持转矩
保持转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。
它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。
由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。
比如，当人们说2Nm的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2Nm的步进电机。
4.钳制转矩
钳制转矩是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。
由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有钳制转矩。
2.3PLC的发展概述
可编程控制器（简称PLC）是种数字运算操作的电子系统，是在20世纪60年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。
它采用可编程序的存储器，其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。
PLC自产生至今只有30多年的历史，却得到了迅速发展和广泛应用，成为当代工业自动化的主要支柱之一。
产生和发展过程现代社会要求生产厂家对市场的需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。
老式的继电器控制系统已无法满足这一要求，迫使人们去寻找一种新的控制装置取而代之。
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同:
1）中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
2）存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
2.3.1PLC技术在步进电机控制中的应用
随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛
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