项目5 步进电机控制系统.docx

项目5 步进电机控制系统.docx

《项目5 步进电机控制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《项目5 步进电机控制系统.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

项目5步进电机控制系统

项目5：

步进电机控制系统

【学习目标】

1．掌握PLC处理的数据的形式。

2．掌握PLC功能指令的作用、表示形式。

3．会分析功能指令编写的程序。

4．掌握利用传送、比较、移位、跳转等常用功能指令进行程序设计的方法和技能。

【任务描述】

步进电机控制要求如下：

步进电机的控制方式是采用四项双四拍的控制方式，每步旋转150，每周走24步。

电机正转时的供电时序是：

DCCBBAAD

电机反转时供电时序是：

ABBCCDDA

【相关知识点】

一．算术与逻辑运算指令

算术运算指令包括加、减、乘、除运算和常用的数学函数变换；逻辑运算指令包括逻辑与、或和取反等。

1．算术运算指令

（一）加/减运算

加/减运算指令是对符号数的加/减、双整数加/减运算和实数加/减运算。

（1）加/减运算指令格式

加/减运算6种指令的梯形图指令格式如表5-1所示。

表5-1加/减运算指令格式

LAD

功能

IN1+IN2=OUT

IN1-IN2=OUT

梯形图加/减运算指令采用指令盒格式，指令盒由指令类型，使能端EN，操作数（IN1、IN2）输入端，运算结果输出OUT，逻辑结果输出端ENO等组成。

（2）指令类型和运算关系

①整数加/减运算（ADDI/SUBI）使能EN输入有效时，将两个单字长（16位）符号整数（IN1和IN2）相加/减，然后将运算结果送OUT指定的存储器单元输出。

②双整数加/减运算（ADDDI/SUBDI）使能EN输入有效时，将两个双字长（32位）符号证书（IN1和IN2）加/减，运算结果送OUT指定的存储器单元输出。

③实数加/减运算（ADDR/SUBR）使能EN输入有效时，将两个双字长（32位）符号数IN1和IN2相加/减，运算结果送OUT指定的存储器单元输出。

（3）加/减运算IN1、IN2、OUT操作数的数据类型：

INT、DINT、REAL。

（4）对标志位的影响

加/减运算指令影响特殊标志的算术状态位SM1.0～SM1.2,并建立指令盒能量流输出ENO.

算术状态位（特殊标志位）SM1.0（零），SM1.1（溢出），SM1.2（负）

SM1.1用来指示溢出错误和非法值。

如果SM1.0和SM1.2的状态无效，原始操作数不变。

如果SM1.1不置位，SM1.0和SM1.2的状态反映算术运算的结果。

ENO（能量流输出位），当输入使能EN有效，运算结果无效时，ENO=1，否则ENO=0（出错或无效）。

使能流输出ENO断开的出错条件：

SM1.1=1（溢出），0006（间接寻址错误），SM4.3（运行时间）。

（5）加法运算应用举例

【例1】求2000加100的和，2000在数据存储器VW100中，结果存入VW200。

图5-1例1题图

（二）乘/除运算

乘/除运算是对符号数的乘法运算和除法运算。

包括有整数乘/除运算，双整数乘/除运算，整数乘/除双整数输出运算和乘/除运算等。

（1）乘/除运算指令格式

表5-2乘/除运算指令格式

LAD

功能

乘法运算

除法运算

乘/除运算指令采用同加减运算类似的指令盒格式。

指令分为MULI/DIVI整数乘/除运算，MULDI/DIVDI双整数乘/除运算，MUL/DIV整数乘/除双整数输出，MULR/DIVR实数乘/除运算等8种类型。

LAD指令执行的结果：

乘法IN1*IN2=OUT

除法IN1/IN2=OUT

（2）指令功能分析

①整数乘/除法指令（MULI/DIVI）

使能EN输入有效时，将两个单字长（16位）符号整数IN1和IN2相乘/除，产生一个双字节长（16位）整数结果，从OUT（积/商）指定的存储器单元输出。

②双整数乘/除法指令有效时，将两个双字长（32位）符号整数IN1和IN2相乘/除，产生一个双字长（32位）整数结果，从OUT（积/商）指定的存储器单元输出。

③整数乘/除双整数输出指令（MUL/DIV）

使能输入EN有效时，将两个单字长（16位）符号整数IN1和IN2相乘/除，产生一个双字长（32位）整数结果，从OUT（积/商）指定的存储器单元输出。

整数除法产生的32位结果中低16位是商，高16位是余数。

④实数乘/除法指令（MULR/DIVR）

使能输入EN有效时，将两个双字节（32位）符号实数IN1和IN2相乘/除，产生一个双字长（32位）实数结果，从OUT（积/商）指定的存储器单元输出。

（3）操作数寻址范围

IN1、IN2、OUT操作数的数据类型根据乘/除法运算指令功能分为INT/（WORD）、DINT、REAL。

（4）乘/除运算对标志位的影响

①乘/除运算指令的结果影响算术状态位（特殊标志位）：

SM1.0（零），SM1.1（溢出），SM1.2（负），SM1.3（被0除）。

乘法运算过程中SM1.1（溢出）被置位，就不写输出，并且所有其他的算术状态为0。

（整数乘法产生双整数指令输出不会产生溢出）。

②使能流输出ENO=0断开的出错条件是：

SM1.1（溢出），SM4.3（运行时间），0006（间接寻址错误）。

（5）乘/除运算应用举例

【例2】乘/除法指令的应用，程序如图5-2所示。

图5-2例2题图

2．数学函数变换指令

数学函数变换指令包括平方根、自然对数、指数、三角函数等几个常用的函数指令。

（一）平方根/自然对数/指数指令

平方根/自然对数/指数指令格式及功能表5-3。

表5-3平方根/自然对数/指数指令格式

LAD

STL

功能

SQRTIN,OUT

求平方根指令

SQRT（IN）=OUT

LNIN,OUT

求（IN）的自然对数指令

LN（IN）=OUT

EXPIN,OUT

求的指数指令

EXP（IN）=OUT

（1）平方根指令（SQRT）

平方根指令是把一个双字长（32位）的实数开方，得到32位得实数运算结果，通过OUT指定的存储器单元输出。

（2）自然对数（LN）

自然对数指令将输入的一个双字长（32位）实数的值取自然对数，得到32位的实数运算结果，通过OUT指定的存储器单元输出。

当求解以10为底的常用对数时，用实数除法指令将自然对数除以2.302585即可。

（LN10≈2.302585）

【例3】求以10为底，150的常用对数，150存于VD100，结果放到AC1（应用对数的换底公式求解lg

150=ln150/ln10）。

如图5-3所示。

（3）指数指令（EXP）

指数指令将一个双字长（32位）实数IN的值取以e为底的指数，得到32位的实数运算结果，通过OUT指定的存储器单元输出。

该指令可与自然对数指令想配合，完成以任意数为底，任意数为指数的计算。

可以利用指数函数求解任意函数的x次方（yx=exlny）。

例如：

7的4次方=EXP[4*LN（7）]=2401

8的3次方根=81/3=EXP[LN（8）*（1/3）]=2

图5-3例3题图

（二）三角函数

三角函数运算指令包括正弦（SIN）、余弦（COS）和正切（TAN）指令。

三角函数指令运行时把一个双字长（32位）的实数弧度值IN分别取正弦、余弦、正切，得到32位的实数运算结果，通过OUT指定存储器单元输出。

三角函数运算指令格式见表5-4。

表5-4三角函数运算指令格式

LAD

STL

功能

SININ，OUT

COSIN，OUT

TANIN，OUT

SIN（IN）=OUT

COS（IN）=OUT

TAN（IN）=OUT

【例4】求65゜的正切值。

图5-4例4题图

（三）数学函数变换指令对标志位的影响及操作数的寻址范围

（1）平方根、自然对数、指数、三角函数运算指令执行的结果影响特殊存储器位：

SM1.0（零），SM1.1（溢出），SM1.2（负），SM1.3（被0除）。

（2）能流输出ENO=0的错误条件是：

SM1.1（溢出），SM4.3（运行时间），0006（间接寻址错误）

（3）IN、OUT操作数的数据类型为REAL。

3．增1/减1计数

增1/减1计数器用于自增、自减操作，以实现累加计数和循环控制的等程序的编制。

梯形图为指令盒格式，增1/减1指令操作数长度可以是字节（无符号数）、字或双字（有符号数）。

指令格式见表5-5。

表5-5增1/减1计数指令格式

LAD

功能

字节、字、双字增1

字节、字、双字减1

IN1+1=OUT

IN1-1=OUT

（一）字节增1/减1（INCB/DECB）

字节增1指令/减1指令（INCB/DECB）用于使能输入有效时，把一个字节的无符号输入数IN加1/减1，得到一个字节的运算结果，通过OUT指定的存储器单元输出。

（二）字增1/减1（INCW/DECW）

字增1（INCW）/减1（DECW）指令，用于使能输入有效时，将单字长符号输入数IN端加1/减1，得到一个字的运算结果，通过OUT指定的存储器单元输出。

（三）双字节增1/减1（INCDW/DECDW）

双字增1/减1（INCDW/DECDW）指令用于使能输入有效时，将双字长符号输入数IN加1/减1，得到双字的运算结果，通过OUT指定的存储器单元输出。

IN、OUT操作的数据类型为DINT。

4．逻辑运算指令

逻辑运算是对无符号数进行的逻辑处理，包括逻辑与、逻辑或、逻辑异或和取反等运算指令。

按操作数长度可分为字节、字和双字逻辑运算。

IN1、IN2、OUT操作数的数据类型：

B、W、DW。

下面以字节操作逻辑运算指令格式为例讲解，其他的字和双字同字节相似，见表5-6。

表5-6逻辑运算指令格式

LAD

功能

与、或、异或、取反

（一）逻辑与指令（WAND）

逻辑与操作指令包括字节（B）、字（W）、双字（DW）等3种数据长度的与操作指令。

逻辑与指令功能：

使能输入有效时，把两个字节（字、双字）长的逻辑输入数按位相与，得到的一个字节（字、双字）逻辑运算结果，送到OUT指定的存储器单元输出。

（二）逻辑或指令（WOR）

逻辑或操作指令包括字节（B）、字（W）、双字（DW）等3种数据长度的与操作指令。

逻辑或指令功能：

使能输入有效时，把两个字节（字、双字）长的逻辑输入数按位相或，得到的一个字节（字、双字）逻辑运算结果，送到OUT指定的存储器单元输出。

（三）逻辑异或指令（WXOR）

逻辑异或操作指令包括字节（B）、字（W）、双字（DW）等3种数据长度的与操作指令。

逻辑异或指令功能：

使能输入有效时，把两个字节（字、双字）长的逻辑输入数按位相与，得到的一个字节（字、双字）逻辑运算结果，送到OUT指定的存储器单元输出。

（四）取反指令（INV）

取反指令包括字节（B）、字（W）、双字（DW）等3种数据长度的取反操作指令。

取反指令功能：

使能输入有效时，将一个字节（字、双字）长的逻辑数按位取反，得到的一个字节（字、双字）逻辑运算结果，送到OUT指定的单元输出。

【例5】字或、双字异或、字求反、字节与操作编程举例。

图5-5例5题图

二．数据处理指令

数据处理指令是可以进行复杂的数据处理和实现特殊用处的指令，包括数据的传送、交换、填充和移位指令等。

1．数据传送

数据传送的指令有字节、字、双字和实数的单个传送指令，还有以字节、字、双字为单位的数据块的成组传送指令，用来实现各存储器单元之间数据的传送和复制。

（一）单个数据传送

单个传送指令一次完成一个字节、字或双字的传送。

指令格式参见表5-7。

表5-7数据传送格式

LAD

STL

功能

MOVIN,OUT

IN=

OUT

功能：

使能流输入EN有效时，把一个输入IN单字节无符号数、单字长或双字长符号数送到OUT指定的存储器单元输出。

数据类型分别为B、W、DW。

使能流输出ENO=0断开的出错条件是：

SM4.3（运行时间），0006（间接寻址错误）。

（二）数据块传送

数据块传送指令一次可完成N个数据的成组传送。

指令类型有字节、字或双字等3种。

指令格式参见表5-8。

表5-8数据块传送指令格式

LAD

功能

字节、字和双字块传送

功能：

（1）字节的数据块传送指令，使能输入EN有效时，把从输入IN个字节数据传送到以输出字节OUT开始的N个字节中。

（2）字的数据块传送指令，使能输入EN有效时，把从输入IN字开始的N个字的数据传送到以输出字OUT开始的N个字的存储区中。

（3）双字节的数据块传送指令，使能输入EN的有效时，把从输入IN双字节开始的N个双字节的数据传送到以输出双字节OUT开始的N个双字节的存储区中。

（三）传送指令的数据类型和断开条件

IN，OUT操作数的数据类型分别为B、W、DW；N（BYTE）的数据范围0～255；IN、OUT操作数地寻址范围见S7-200系统手册。

使能流输出ENO=0断开的出错条件是：

SM4.3（运行时间），0006（间接寻址错误），0091（操作数超界）。

【例6】将变量存储器VW100中内容送到VW200中。

图5-6例6题图

2．字节变换/填充指令

字节变换/填充指令格式见表5-9。

表5-9字节变换/填充指令格式

LAD

STL

功能

SWAPIN

FILLIN,OUT,N

字节交换

字填充

（一）字节变换指令（SWAP）

字节变换指令用来实现字的高、低字节内容交换的功能。

使能输入EN有效时，将输入IN的高、低字节交换的结果输出到OUT指定的存储器单元。

IN、OUT操作数的数据类型为INT（WORD）。

使能流输出ENO=0断开的出错条件是：

SM4.3（运行时间），0006（间接寻址错误）。

（二）字节填充指令（FILL）

使能输入EN有效时，用字输入数据IN填充从输出OUT指定单元开始的N个字节存储单元。

N（BYTE）的数据范围0～255。

IN、OUT操作数的数据类型为INT（WORD）。

使能流输出ENO=0断开的出错条件是：

SM4.3（运行时间），0006（间接寻址错误），0091（操作数超界）。

【例7】将从VW100开始的256个字节（128个字）存储单元清零。

图5-7例7题图

3．移位指令

移位指令是使字节数据、位组合的字数据向指定方向循环、移位的指令，分为左、右移位和循环左、右移位及寄存器移位指令三大类。

移位指令最大移位位数N≤数据类型（B、W、DW）对应的位数，移位位数（次数）N为字节型数据。

（一）左、右移位指令

左、右移位指令数据存储单元与SM1.1（溢出）端相连，移出位被放到特殊标志存储器SM1.1位。

移位数据存储单元的另一端补0。

移位指令格式见表5-10。

表5-10移位指令格式

LAD

功能

字节、字、双字左移

字节、字、双字右移

（1）左移位指令（SHL）

使能输入有效时，将输入的字节、字或双字IN左移N位后（右端补0），将结果输出到OUT所指定的存储单元中，最后一次移出位保存在SM1.1。

（2）右移位指令（SHR）

使能输入有效时，将输入的字节、字或双字IN左移N位后，将结果输出到OUT所指定的存储单元中，最后一次移出位保存在SM1.1。

（二）循环左、右移位

循环移位是将移位数据存储单元的首尾相连，同时又与溢出标志SM1.1连接，SM1.1用来存放被移出的位。

指令格式见表5-11。

（1）循环左移位指令（ROL）

使能输入有效时，字节、字或双字IN数据循环左移N个位后，将结果输出到OUT所指定的存储单元中，并将最后一次移出位送SM1.1。

（2）循环右移位指令（ROR）

使能输入有效时，字节、字或双字IN数据循环右移N个位后，将结果输出到OUT所指定的存储单元中，并将最后一次移出位送SM1.1。

表5-11循环移位指令格式

LAD

功能

字节、字、双字循环左移位

字节、字、双字循环右移位

（三）左右移位、循环移位指令对标志位、ENO的影响及操作数的寻址范围

移位指令影响的特殊存储器位：

SM1.0（零）；SM1.1（溢出）。

如果移位操作使数据变为0，则SM1.0置位。

使能流输出ENO=0断开的出错条件是：

SM4.3（运行时间），0006（间接寻址错误）。

N、IN、OUT操作数的数据类型为B、W、DW。

【例8】将VD0右移2位送AC0。

图5-8例8题图

4．寄存器移位指令

寄存器移位指令是一个移位长度可指定的移位指令。

寄存器移位指令格式见表5-12。

表5-12寄存器移位指令格式

LAD

STL

功能

SHRBDATA,S_BIT,N

寄存器移位

梯形图中DATA为数值输入，指令执行时将该位的值移入寄存器。

S-BIT为寄存器的最低位。

N个移位寄存器的长度（1～64），N个正值时左移位（由低位到高位），DATA值从S-BIT位移入，移出位进入SM1.1，N为负值时右移位（由高位到低位），S-BIT移出到SM1.1，另一端补充DATA移入位的值。

每次使能有效时，整个移位寄存器移动一位，最高位的计算方法：

﹝N的绝对值-1+（S-BIT的位号）﹞/8，余数即是最高位的位号，商与S-BIT字节号之和即是最高位的字节号。

如：

经计算它的最高位的值应该为：

M2.1。

使能流输出ENO=0断开的出错条件是：

SM4.3（运行时间），0006（间接寻址错误），0091（操作数超界），0092（计数区错误）。

三．程序控制类指令

程序控制类指令用于程序运行状态的控制，主要包括系统控制、跳转、循环、子程序调用、顺序控制等指令。

1．系统控制类指令

系统控制类指令主要包括暂停、结束、看门狗等指令，指令格式见表5-13。

表5-13系统控制类指令

LAD

STL

功能

STOP

暂停指令

END/MEND

条件/无条件结束指令

WDR

看门狗指令

（一）暂停指令（STOP）

使能输入有效时，立即终止程序的执行。

指令执行的结果使CPU工作方式由RUN切换到STOP方式。

在中断程序中执行STOP指令，该中断立即终止，并且忽略所有挂起的中断，继续扫描程序的剩余部分，在本次扫描的最后，将CPU由RUN切换到STOP。

（二）结束指令（END/MEND）

梯形图结束指令不连在左侧母线时，为条件结束指令（END）。

直接连在左侧电源母线时，为无条件结束指令（MEND）。

条件结束指令在使能输入有效时，终止用户程序的执行返回主程序的第一条指令指行（循环扫描工作方式）。

无条件结束指令执行时（指令直接连在左侧母线，无使能输入），立即终止用户程序的执行，返回主程序的第一条指令执行。

注意：

结束指令只能在主程序中使用，不能在子程序和中断服务程序中使用。

（三）看门狗复位指令（WDR）

当使能输入有效时，将看门狗定时器复位。

若使能输入无效，看门狗定时时间到，程序将中止当前指令的执行，重新启动，返回到第一条指令重新执行。

若程序扫描周期超过300ms，最好使用看门狗复位指令，重新触发看门狗定时器，可以增加一次扫描时间。

注意：

使用WDR指令时，要防止过度延迟扫描完成时间，否则，在终止本扫描之前，下列操作过程将被禁止（不予执行）：

通信（自由端口方式除外）、I/0更新（立即I/0除外）、强制更新、SM更新（SM0，SM5～SM29不能被更新）、运行时间诊断、中断程序中的STOP指令。

扫描时间超过25s，10ms和100ms定时器将不能正确计时。

【例9】暂停、结束、看门狗指令应用程序。

图5-9例9图

2．跳转指令

跳转指令的指令格式见表5-14。

表5-14跳转指令格式

LAD

STL

功能

JMPn

LBLn

跳转指令

跳转标号

跳转指令（JMP）和跳转地址标号指令（LBL）配合实现程序的跳转。

使能输入有效时，使程序跳转到指定标号n处执行（在同一程序内），跳转标号n=0～255。

使能输入无效时，程序顺序执行。

【例10】跳转指令应用程序。

图5-10例10图

指令说明:

1.跳转指令和标号指令只能在同一程序块中,如主程序、同一个子程序和同一个中断程序。

不能在不同的程序块中互相跳转。

2.在执行跳转指令后，被跳过程序段中的各元器件状态如下：

（1）计数器停止工作，当前值存储器保持跳转前的计数值。

（2）定时器因刷新方式不同而工作状态不同。

分辨率为1ms和10ms的定时器会一直保持跳转前的工作状态，原来工作的继续工作，到设定值之后其位的状态也会改变，输出触点动作，当前值存储器一直累计到最大值32767才停止。

分辨率为100ms的定时器，跳转期间停止工作，但不会复位，存储器里的值为跳转时的值，跳转结束后，如输入条件允许，可继续计时，但已失去准确计时的意义。

所以跳转程序段里定时器慎用。

3．循环指令

循环指令用于描述一段程序的重复循环执行。

由FOR和NEXT指令构成程序的循环体。

循环指令的指令格式见表5-15。

表5-15循环指令的指令格式

LAD

STL

功能

FORIN1,IN2,IN3

NEXT

循环开始

循环结束

FOR指令标记循环的开始，NEXT指令为循环体的结束指令。

FOR指令为指令盒形式，主要参数有使能输入EN，当前值计数器INDX，循环次数初始值INIT，循环计数终止FINAL。

当使能输入EN有效，循环体开始执行，执行到NEXT指令时返回，每执行一次循环体，当前计数器INDX增1，达到终值FINAL时，循环结束。

【例11】循环指令应用程序。

图5-11例11图

使用说明：

（1）FOR/NEXT指令必须成对出现。

（2）FOR/NEXT可以循环嵌套，嵌套最多为8层，但各个嵌套之间不可有交叉现象。

（3）每次使能输入（EN）重新有效时，各个参数端将自动复位。

（4）当初值大于终值时，循环体不被执行。

4．子程序调用指令

通常将具有特定功能、并且多次使用的程序段作为子程序。

子程序可以多次被调用，也可以嵌套（最多8层），还可以递归调用（自己调自己）。

与子程序有关的操作有：

建立子程序、子程序调用和子程序返回。

1.建立子程序的方法：

在编程软件的程序数据窗口的下方有主程序（OBI）、子程序（SUB_n）、中断服务程序（INT_O）的标签，点击子程序标签即可进入SUB_n子程序显示区，也可以通过指令树的项目进入子程序SUB_n显示区。

添加一个子程序时，可以用编辑菜单的插入项增加一个子程序，子程序编号n从0开始自动向上生成。

2.子程序调用和子程序返回两大类指令，子程序返回又分条件返回和无条件返回。

子程序调用指令用在主程序或其它调用子程序的程序中，子程序的无条件返回指令在子程序的最后网络段，梯形图指令系统能够自动生成子程序的无条件返回指令，用户不需输入。

子程序指令的指令格式见表5-16。

表5-16子程序指令的指令格式

LAD

STL

功能

CALLSBR0

CRET

RET

子程序调用

子程序条件返回

自动生成无条件返回

【例12】子程序指令应用程序。

图5-12例12图

使用说明：

（1）当一个子程序被调用时，