步进电机跟踪异步电机的组态监控系统.doc

1、河南理工大学毕业设计(论文)说明书 摘要本设计旨在构建步进电机跟踪异步电机的组态监控系统。以北京亚控公司的力控组态软件为开发界面，以台达PLC、变频器、步进电机、异步电机为监控对象，通过系列的通讯协议和对象、脚本编辑完成系统设计。利用组态软件通过上位机向PLC、变频器发送多种控制信号，使异步电机完成相应动作。运用旋转编码器测出异步电机的速度后，反馈给PLC,在PLC的控制作用下使步进电机始终对异步电机的运转状态进行跟随。将异步电机和步进电机的速度实时显示在监控界面之上，最终完成组态监控系统的仿真设计。通过本设计的研究充分体现出了组态监控系统在实际运用中的高效、直观、便捷的优点。关键词： 步进电

2、机；组态监控系统；可编程控制器；变频器；编码器AbstractThe design aims to construct stepping motor tracking asynchronous motor configuration monitoring system. using the force control company control configuration software of Beijing interface for development, with delta plc, frequency converter, step motor, asynchronous m

3、otor for dynamic monitoring objects, through a series of communications protocol and object, script and edit system design. According to the configuration software features and function, and establish configuration control simulation picture, realize the configuration monitoring function, using the

4、configuration software by using computer plc, frequency converter to send a variety of control signal, make induction motor is complete the corresponding action, the use of rotary encoder measure of asynchronous motor speed feedback to plc in the control function of plc the stepping motor of asynchr

5、onous motor running always follow state, and measure the step motor rotate speed, will induction motor and the step motor speed real-time display in monitoring interface on, finally complete configuration of the monitor and control system of the simulation design. Fully reflected configuration monit

6、oring system in the practical application of high efficiency, intuitive, convenient advantages. Key words: Stepper motor ; configuration monitoring system ; programmable controller ; inverter; encoder 目 录1 绪论11.1 课题研究的背景及意义11.2 课题所涉及的问题在国内外研究的现状11.3 课题设计的主要内容12 组态监控系统整体方案的确定32.1系统硬件设计的整体方案32.2系统软件设计

7、的整体方案33 基于PLC的步进电机组态监控系统硬件设计53.1 步进电机的选型53.2 PLC选型83.3变频器选型103.4 旋转编码器的选型113.5 硬件系统组建144 PLC与变频器的通信184.1 变频器的参数设置184.2 程序连接185 组态监控系统设计235.1 新建工程项目245.3 定义I/O设备265.4 创建实时数据库275.5 动态连接295.6 脚本编辑335.7 组态监控画面346 组态监控系统误差分析与改善376.1 组态监控系统调试结果376.1.1 步进电机对异步电机的理论跟踪效果376.1.2 实际检测结果376.2 误差分析与改善386.2.1 速度信

8、号检测误差及改善386.2.2 PLC程序算法引起的误差及改进方法39结束语40参考文献41附录42致谢49II河南理工大学毕业设计（论文）说明文1 绪论1.1 课题研究的背景及意义基于步进电机良好的控制和准确定位特性，步进电机被广泛应用在精确定位方面，诸如数控机床，绘图机，自动控制计算装置等自动控制领域。目前，由可编程序控制器和微机组成的步进电机逻辑控制系统，已成为当今工程项目中采用的系统。采用PLC控制的步进电机可靠性高、维护方便、开发周期短，这种步进电机更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，已成为步进电机的发展方向。用组态软件对系统进行监控，充分发挥组态软件适应性强、

9、维护方便、易于扩展、经济的特点。1.2 课题所涉及的问题在国内外研究的现状国内研究状况：我国在步进电机研究方面起步较晚，但随着经济的飞速发展，城市化进程十分迅速，对电机的需求也与日俱增。现在，我国的电机行业已经具备了很强的生产能力，技术水平和产品质量正在稳步提高。在组态软件方面，自2000年以来，国内监控组态软件产品、技术、市场都取得了飞快的发展，应用领域日益拓展，用户和应用工程师数量不断增多。其中为人们广为熟知的有世纪星、三维力控、组态王等，已得到全面的推广和应用。利用组态监控软件对步进电机系统实时监控可以时刻知道步进电机的工作情况，在大型的系统中，只需要一人一电脑就可以掌握系统的运行情况，

10、从而可以节省大量的人力和物力。在以后的生活中，利用组态软件来监控步进电机的运行情况必然成为发展趋势。国外研究状况：20世纪初，随着船舶工业的发展，使得步进电机的技术得到了长足的进步。到了80年代后期，由于廉价的微型计算计以多功能的形态出现，步进电机的控制方式更加灵活多样。近年来，国外也在开始研究电机组态设计，如In Touch（万维公司）,IFix 智能设备公司由美国通用电气公司（GE）和日本Fanuc公司合资组建组态软件。计算机则通过软件来控制步进电机，通过组态软件监控的强大功能更好地发挥出电机的潜力。因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化时代趋势。1.3 课题设计

11、的主要内容本课题旨在构建步进电机跟踪异步电机的组态监控系统，主要由以下内容组成：（1） 组态监控系统整体方案的确定，包括系统硬件设计的整体方案和系统软件设计的整体方案；（2） 基于PLC的步进电机组态监控系统硬件设计；（3） PLC与变频器的通信，包括变频器的通信参数设置及程序连接；（4） 组态监控系统的设计；（5） 组态监控系统误差分析与改善。2 组态监控系统整体方案的确定2.1系统硬件设计的整体方案本课题选用的硬件设备有异步电机（一台）、五相步进电机驱动器（一台）、五相步进电机（一台）、台达VFD007M43B型变频器（一个）、台达DVP40ES00T2型PLC（一台）、旋转编码器（两台）

12、；需要实现基于PLC的步进电机对异步电机的实时跟随动作如：正转、反转，加速，减速，匀速，并通过人机对话在组态界面上显示模拟的动态效果。系统硬件设计方案，如图2-1 所示。 力控组态 上电开始步进驱动器台达变频器 台达PLC 三相异步电机五相步进电机增量式编码器绝对式编码器图 2-1 系统硬件设计方案图当给系统通上电源时，点击开始按钮，按正转按钮，异步电机开始转动。利用变频器设置一速度驱动三相异步电机，增量式旋转编码器，测出该速度传给台达PLC的寄存器1。同时PLC发出一定的脉冲控制五相步进电机驱动器，驱动五相步进电机。再利用绝对式旋转编码器，测出五相步进电机的速度，传给PLC的寄存器2。下载到

13、组态软件中，最后通过组态界面把两电机的速度动态的显示出来。2.2系统软件设计的整体方案利用组态软件通过上位机向PLC、变频器发送多种控制信号，使异步电机完成相应的动作。运用旋转编码器测出异步电动机的速度反馈给PLC,在PLC的控制作用下使步进电机始终对异步电机的运转状态进行跟随。同时测出步进电机的旋转速度，将异步电机和步进电机的速度实时显示在监控界面之上，最终完成组态监控系统的仿真设计。组态监控系统方案图如图2-2所示图2-2 系统组态监控设计方案图本课题是模拟的步进电机跟踪异步电机的组态监控设计，需要建立控制界面。在控制界面上建立有：开始/停止按钮，正转/反转按钮以及电源模块；模拟手操作器；

14、步进电机及步进电机速度显示仪表；异步电机及异步电机速度显示仪表；电机正/反指示灯；用来显示异步电机和步进电机的实时曲线表。通过系列的通讯协议和对象、脚本编辑，完成组态监控系统的仿真设计。 3 基于PLC的步进电机组态监控系统硬件设计3.1 步进电机的选型 步进电机作为一种感应电机，其工作原理是利用电子电路将直流电变成分时供电、多相时序控制电流。用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。工作时将电脉冲信号转变为角位移或线位移。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到一个脉

15、冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，达到调速的目的。 考虑到五相步进电机运行时震荡较小的特点，优先选用了混合式五相步进电机及五相步进驱动器。步进电机的型号为:“88 BYG 5 50 B”，型号说明如下：（1）“88”步进电机外径88mm；（2）“BYG”混合式步进电机；（3）“5”五相；“50”转子齿数；（4）“B”派生代号。用到的步进电机为五相十拍工作方式，步进驱动器脉冲分配方式为：“A-AB-B-BC-

16、C-CD-D-DE-E-EA-A”。该步进电机步距角为0.720，见式（3-1）： （3-1） 式中K为定子绕组通电方式系数，取其值为2；m为步进电机相数，取其值为5；分母中“50”为转子齿数。所用步进电机又有半步工作方式以进行细分，从而提高了步进电机的控制精度。半步工作状态步距角为0.360，此时步进电机旋转一周所需要的脉冲个数为1000个。（1） 步进驱动器步进电机的运行要有一个电子装置进行驱动,这种装置就是步进电机驱动器。它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移,控制系统每发一个脉冲信号,通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比,控制步进脉冲信号

17、的频率，可以对电机精确调速；控制步进电机脉冲的个数，达到对电机精确定位目的。设计用的步进电机驱动器是将市压220V降到40V,驱动将两相40V的电压转换为五相（根据步进电机型号确定）,PLC输出的脉冲数连到驱动上。 中达五相步进驱动器（ZD-HB5034）对应参数及端口介绍如图3-1所示：图3-1 五相步进驱动器说明通过查阅中达五相步进驱动器（ZD-HB5034）技术资料，最终确定了合理的接线方式和端口功能说明一起归纳如表3-1所示。表3-1 步进驱动器各端口接法标记符号TEST功能试机信号调节 注释试机用简单脉冲，正常工作时必须关闭（逆时针到头）CUR STOP锁定电流调节出厂时设定，建议不

18、要自行调整CUR相电流调节出厂时设定，建议不要自行调整COM公共端与F/H、FRE配合使用，作为控制信号公共端，接低电平F/H整步/半步切换信号整步（0.72）/半步（0.36）切换信号，高电平整步运行，默认为半步，整步控制时接+5V ERROR出错报警指示灯驱动器过压时，指示灯亮（红色报警指示灯）TIMMGO相原点指示灯每二十个脉冲，指示灯亮一次（黄色指示灯）POWER电源指示灯有电源输入时，指示灯亮（绿色指示灯）CP+，-步进脉冲信号要求输入TTL电平脉冲信号：低电平0-0.5V，高电平3.6-5VCW+，-方向控制信号接+5V电机反转，高于+5V需串限流电阻（本次设计中串入3k电阻）A、

19、B、C、D、E电机接线端 接五相步进电机的五个输入端AC电源输入端AC20-40V（本次用到的电源为交流40V）（2）步进电机在给步进驱动器配电时，必须确认驱动器供电电源不高于40V,否则驱动器上报警指示灯会点亮，驱动器不能正常工作，也可能会造成驱动器损坏。步进电机在运行之前要检查电机底座是否固定牢固，以避免电机在高速运行时发生振荡，损坏机身。为了使冷却循环效果良好，安装步进驱动器时，其上下左右与相邻的物品和挡板必须保持足够的空间，否则会造成机身过热，寿命缩短。3.2 PLC选型PLC（Programmable Logic Controller）即可编程控制器，也叫工控机。台达公司的PLC型号

20、有很多，如：ES/EX/SS/SA/SX/SC/EH/EH2/SV等，每种型号的PLC的输出形式不太一样，有晶体管（T）输出和继电器（R）输出。其工作时采用循环扫描的工作方式，依照从上到下，从左到右的形式进行扫描，根据输入寄存器的数据的变化来刷新输出寄存器的内容。客户可根据自己的具体需求来选择不同型号的PLC。 按输出接线分PLC有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出3种形式。鉴于本次设计任务在于进行步进控制设计，特选用台达ES晶体管型PLC，型号：DVP-40ESOOT2。DVP-40ESOOT2为台达PLC标准型主机，交流电源输入，晶体管输出，点数40，输入24点，输出16点。ES系列主机通

21、讯端口为内置RS232与RS485，兼容MODBUSASCII/RTU通讯协议；支持2点(Y0, Y1)独立高速脉冲输出功能，最高可达10kHz。ES系列PLC还内置高速计数器，可用于记录高速脉冲数以便进行测速。高速计数可以用3种模式实现，分别是1相1输入，又称为脉冲/方向(Pulse/Direction)模式；1相2输入，又称为正转/反转(FWD/REV)模式；2相2输入，又称为AB相(AB-phase)模式。 （1）DVP-40ES系列PLC配线方法DVP-ES系列PLC电源输入为交流220V输入，由实验室中常用220V交流电源经过流保护后（接入熔断器与断路器）再接入PLC输入端 。电源接

22、线端如图3-2所示。图3-2 电源接线图 输入点信号为直流电源DC输入，将输入公共端S/S与DVP-40ES自身提供的+24V端相接，接法如图3-3所示。图3-3输入点配线图此种接法为SINK模式接法，与之相对还有一种名为SOURCE的接法，与其完全相反，接线之前必须先查清PLC输入端为哪种接法，否则容易烧坏输入端电路。DVP系列PLC晶体管输出模块如图3-4所示。图3-4 输出点配线图 输出端口为NPN晶体管型输出，即由PLC内部电压（约5V左右）接在晶体管的基级与发射级间作为正向偏置电压，使输出回路导通。本设计的输出回路中要用到24V直流电，在PLC端口上有自带的24V直流电可以直接使用。

23、 （2）PLC通信参数设置 根据PLC技术手册，PLC通讯参数需要按照以下内容设定，确保PLC的通讯正常，具体参数如图3-5所示。 图3-5 PLC通讯参数设置设计中没有实现主机与PLC真正的通信传输，所以不需要下载线USB接口、台达DVP系列PLC编程电缆。如果在现实中有条件的情况下，要想主机与PLC通信，需要用到：台达编程下载线为USB接口、台达DVP系列PLC编程电缆,一端接电脑的USB接口，另一端插在台达PLC的RS232串行通信口上。在PC机上安装相应的串口驱动程序，则电脑会自动为所接USB借口分配一个COM口作为通信端口。建立好链接后，主机与PLC通信传输方式仍为RS232通信传输

24、，只是它占用的是主机的USB接口。3.3变频器选型变频器的英文译名是VFD（Variable-frequency Drive），是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。 （1）变频器硬件配置VFD-M系列变频器为台达高机能型变频器，是新一代高功能无感测向量型交流电机驱动器。具有功能齐全、调速精度高、稳定性好及可应用范围广等特点。可广泛应用于建筑、石化、冶金、钢铁、能源、电力、楼宇、环保等国民经济各行各业。本设计使用的变频器型号为VFD007M43B，型号说明如图3-6所

25、示。 图3-6 VFD型号说明 台达变频器跟PLC一样有不同的系列，使用时的要求也不同，本设计使用的是VFD-M系列变频器。在使用时要仔细看它的配线图，不要接错线，不然会烧坏变频器。下面简单的对几个重要的端子介绍一下：R、S、T(R/L1，S/L2，T/L3)为商用电源输入端，根据设计的需要接入380V的三相交流电源。U、V、W（U/T1，V/T2，W/T3）为交流电机驱动器输出与异步感应电动机相接。设计中使用的变频器相当于三相异步电机的驱动部分，通过变频器设定一频率来驱动三相异步电机的转动。根据正转/反转开关，三相异步电机按不同的方式转动，但最终三相异步电机是随着变频器设置的速度来转动的。3

26、.4 旋转编码器的选型旋转编码器是一种基于电磁感应原理的精密测量角位移的传感器，相当于检测元件，主要用来检测电机转角位置，并且可以换算成直线运行距离，把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。（1）增量式编码器增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出。编码器转轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时，可利用90度相位差的A、B两路信号进行倍频或更换高分辨率编码器。设计中使用的台达PLC内置高速计数器可支持1倍频，2倍频及

27、4倍频计数。 设计中使用到了韩国奥托尼克斯公司的E40S6-100-3-2-24增量式旋转编码器。该编码器为A、B、Z三线制NPN型输出，直流24V供电。其配线如表3-2所示。 表3-2 编码器配线线色 褐色端子名电源（+Vcc）黑色输出A相白色输出B相橙色输出Z相蓝色0V 此编码器屏蔽线的外芯不能与内部以及外壳连接而且A相、B相、Z相都为同一回路。在使用时，通常GND要接到0V，或者接地。编码器的分辨率为100，即编码器转轴转一圈，A、B两相输出端均输出100个脉冲。两相输出脉冲相位差为四分之一周期（A相周期），如图3-7所示。 图3-7 脉冲信号输出形式（2）绝对式编码器 绝对式编码器以光

28、电扫描分度盘(与转动轴相连)上的格雷码模型以确定绝对位置(转角位置)值，输出数码信号。因绝对型编码器的每一个位置是唯一的(即绝对的)，所以当掉电时，绝对型编码器的位置不会丢失。其数据码盘通过转轴与机械联动，一旦电源接通，它即可读出现时准确的位置信号，不需要退回到基准原点使系统从初始位置开始。它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。因此，绝对型编码器与增量型编码器相比，不存在掉电信号丢失问题。具有抗干扰能力强，可用于长期的定位控制的特点。绝对型编码器读出的信号可以是格雷码等数字信号，其错码几率较小，传输及计算的数据可靠性较高。设计中用到的绝对式

29、编码器共有八根信号线分别为格雷码的八位信号输出端，采用直流24V供电。其接线端各位对应关系如表3-3所示。表3-3：绝对式编码器配线线色红黑褐橙黄紫蓝绿灰白代表含义电源DC1224V0V(COMMON)2021222324252627绝对式编码器有一个缺点，因其输出信号线为8根，且必须全部接入PLC的输入端才能获得位置信号，会造成严重占用PLC输入口资源的现象。其次，绝对式编码器输出的8位格雷码位置信号接入PLC输入端后，不能直接参与数据传送或运算，需在程序中先将格雷码转换为二进制码才能够参与运算。二进制格雷码转换成自然二进制码,其法则是保留格雷码的最高位作为自然二进制码的最高位，而次高位自然

30、二进制码为高位自然二进制码与次高位格雷码相异或，而自然二进制码的其余各位与次高位自然二进制码的求法相类似。某二进制格雷码为Gn-1Gn-2G2G1G0；其对应的自然二进制码为Bn-1Bn-2B2B1B0，转换时最高位作保留，即见式（2-1）： Bn-1 = Gn-1 （3-2） 其他各位转换见式（2-2）： Bi-1 = Gi-1Bi （i=1,2，n-1） （3-3）例如二进制格雷码转换为自然二进制码按图3-8所示方式转换。图3-8 二进制格雷码与自然二进制码转换示例（3）绝对式编码器的特殊用法显然，使用8位二进制格雷码记录电机运转的位置信号能够测量电机的转速。但通过仔细观察绝对式编码器的输

31、出回路以及各信号线的信号输出方式，不难发现各个信号线输出端所输出的信号恰为均匀的高低电平相互切换的输出状态，即“0-1-0-1”均匀切换。如图3-9所示。 图3-9 绝对式编码器输出方式这也正是格雷码的一个重要的特点，8位的格雷码数据每向上计4个数，其最低位20位就交替改变一次，如由“0-1-0”,或由“1-0-1”改变一次。而21 位则是每计8个数，其状态交替改变一次。以此类推，22对应“32”,24对应“64”等等。可以根据这些特殊的信号输出形式，将8根信号线看作是8个不同频率的均匀的脉冲输出端口。这种特殊的输出形式与增量式编码器的A、B相脉冲输出形式如出一辙，只是分辨率稍低一些。绝对式编

32、码器在误差允许的情况下可以当作增量式编码器来使用，也就避免了需要将格雷码换为其他进制数据的繁琐过程，而且单接一根信号线就可以测出转速信号，节省了PLC的输入口资源。3.5 硬件系统组建上述论文中对设计所用的各个硬件设备做了选型，以下将分别论述在整个设计过程中需要完成的设备连接及通信设置以及控制任务的实现。 （1）电源模块设计中共用到台达DVP-ES系列 PLC一台，需配以220V两相交流电；ZD系列步进驱动器一台，配备40V交流电；VFD-M变频器一台，配备三相380V交流电；旋转编码器两个，均配置24V直流电。根据供电情况，由于PLC可以引出24V直流电，为了节约成本，所需的24V直流电可以

33、由PLC直接引出。我们可以从实验室电源处引用220V交流电源与380V三相交流电源。 （2）三相异步电机、步进电机与旋转编码器的连接设计中使用一台轴颈14mm异步电机，而编码器轴颈为6mm，同时编码器自带具有缓冲功能的内径6mm的皮胶管。为实现电机与编码器的对接需要一个联轴器，其具体尺寸如图3-10所示。图3-10 联轴器尺寸图联轴器一端插入编码器自带的皮胶管中，另一端套在异步电机的转轴之上，两端用不同大小的螺丝加以固定，步进电机与编码器的连接与之相同。这样电机运转时通过联轴器与旋转编码器同轴相连，编码器的转轴会以相同的转速旋转，并将此转速信号转化为一定频率的脉冲信号输出。 （3）PLC与旋转

34、编码器、步进驱动器的连接ES系列PLC的高速计数器，有3种计数模式，分别是1相1输入，又称为脉冲/方向(Pulse/Direction)模式；1相2输入，又称为正转/反转(FWD/REV)模式；2相2输入，又称为AB相(AB-phase)模式。三种计数模式及对应计数器分配如表3-4所示。表3-4 PLC计数器模式分配表输入X01相1输入1相2输入2相输入C235U/DC236-C237-C238-C241U/DC242-C244U/DC246UC247UC249UC251AC251AC251AX1-U/D-R-RDDDBBBX2-U/D-U/D-RR-RRX3-U/D-RS-S-S其中U、D分

35、别代表递增输入和递减输入；A、B分别表示A相输入和B 相输入；S表示开始输入，R为清零输入。设计使用的增量式旋转编码器为A、B、Z三线制输出型编码器，A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。A、A-，B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。可以采用C251高速计数器，2相2输入模式，将A、B两相分别接入到台达PLC的X0、X1输入端，能同时获得异步电机转速的大小与方向。PLC和旋转编码器的连线方式如图3-11所示。图3-11 编码器接线图 PLC的X0、X1输入端作为高速计数器的脉冲输入端。在该种模式下，若电机

36、正转，则计得的脉冲个数为正数（16进制有符号整型正数）；若电机反转，则计得的脉冲个数为负数形式（16进制有符号整型负数）。对于负责采集步进电机转速信号的绝对式编码器，可将其8根信号线完全接入PLC的输入端。步进电机每旋转一周白色线出现一次高电平，灰色出现2次高电平，依次3 4 5 6 7 8高电平。具体编程时，可以采用格雷码数制计数原理，将采集到的格雷码数制位置信号转换为二进制数据再参与计算；也可以采用脉冲计数原理，当做普通的增量式编码器来使用。X6是程序上的输入点，即控制C1的结点，绝对式编码器的蓝色线接到PLC的X6输入端口来检测步进电机的速度。设计最终是要完成步进电机对异步电机的速度跟踪

37、，由PLC输出高速脉冲控制步进驱动器以驱动步进电机运行。按照步进驱动器的接线标准，CP+、CP-转速控制回路和CW+、CW-方向控制回路需接入TTL电平脉冲信号：低电平0-0.5V，高电平3.6-5V；若脉冲控制信号的电压高于5V，则需串入一定阻值的电阻后再接入电路。设计中PLC输出脉冲高电平为24V，需串入3k的电阻。因为PLC输出的脉冲电压太高，需要减压，控制器才能接收到PLC输出的脉冲。电压太高，PLC输出的信号驱动器接收不到，必须按要求串联电阻，驱动器才能接收到PLC的信号。最终确定了PLC与步进驱动器的接线如图3-12所示。图3-12 PLC与步进驱动器接线图4 PLC与变频器的通信

38、4.1 变频器的参数设置设计中需要实现台达DVP-40ES系列PLC与一台台达变频器进行通信，台达DVP-40ES系列PLC和VFD-M系列变频器均自带有RS-485通信端口，两者之间采用RS-485通讯协议。如图4-1所示。台达PLC台达VFD-M系列变频器 RS485通讯图4-1 台达PLC与VFD-M系列变频器之间的通信台达PLC可以向VFD-M系列变频器中写入控制信号（启动方式及启动频率），并可以读取变频器中的当前频率值。若实现两者之间的通信，需要对它们进行通信设置。其中变频器具体参数设定如表4-2所示。表4-2 变频器参数设定NO.P00设定值03功能说明主频输入由串行通讯控制：（R

39、S485）P0103设置频率由通讯控制，键盘 STOP 有效P8801通讯地址1P8901通讯传输速度9600b/sP9201Modbus ASCII模型，资料格式（7，E,1）P00、P01两参数的设置是要实现变频器的控制方式及频率设定方式，设定为RS485串行通信控制方式，由PLC实现控制。P88设定通信地址，该地址由变频器的编号顺序决定。因本设计中PLC只控制一台变频器，所以应选择“1”。 P89、P92两参数为传输速率及传输数据格式的设定，因台达DVP-40ES系列PLC的通信格式为：ASCII码、数据长度7位、偶校验、停止位1、波特率9600 b/s，所以变频器的通信格式设置需与其完

40、全匹配。否则PLC无法与变频器进行通信，进行有效数据传输。4.2 程序连接利用PLC编程软件WPLsoft2.20编写程序，此软件有仿真功能，可以对编写的程序进行仿真来检查程序的正确性。程序流程图如图4-2所示 开始建立PLC和变频器的通信设置变频器的频率启动高速计数器输出高速脉冲存储步进电机的速度进行速度转换存储转换后的速度存储异步电机的速度将异步电机的速度转换为步进电机的脉冲图4-2 程序流程图 在PLC的程序编写过程中，也需要对台达PLC特殊继电器区、特殊寄存器区进行相应的设置，如图4-3所示。 图4-3 通信格式设置 对PLC的RS-485通讯口进行初始化，使其通讯格式为 MODBUS

41、 ASCII，9600，7，E，1。与先前的变频器 RS485通讯口通讯格式一致。PLC一开始运行，就进行比较比较，若C0=0，就一直反复地对变频器进行通讯的读写，如图4-4所示。图4-4 启动变频器当 M0为On时， MODRD K1 H2102 K2 指令被执行，PLC读取变频器的“主频率”和“输出频率” 以ASCII码字符形式存放在 D1073D1076中，并自动将其内容转化成16进制数值储存至D1050、D1051中。 当 M1为On时， MODWR K1 H2000 D26 指令被执行，变频器启动并按设定方向运转。 当 M2为On时， MODWR K1 H2001 D18 指令被执行

42、，将变频器的主频率设置为上位机传送过来的设定频率值。MODBUS 通讯只会出现4种情况，正常通讯完成对应通讯标志 M1127、通讯错误对应通讯标志：M1129、M1140、M1141。所以，在程序中通过对这4个通讯标志信号的 On/Off 状态进行计数，再利用C0的数值来控制3个MODBUS 指令的依次执行，保证通讯的可靠性。 程序的最后两行 MOV D1050 D0 是将变频器的主频率存储在D0中， MOV D1051 D1 是把变频器的输出频率存储于D1中，如图4-5所示。 图4-5 调节变频器的频率程序 M1000表示当PLC的开关处于“on”状态时M1000处于导通状态，T0的时基是1

43、00ms然后设置K10，K代表十进制，定时时间是100*10=1000ms=1s，同时使计数器C251的上限值为20000，即C251最多可以记20000个数。C251为高数计数器，计数脉冲形式为两相输入。在WPLsoft中以上程序部分均为RS485设置，实现台达PLC与台达变频的连接，实现的功能是利用PLC的三个寄存器分别控制异步电动机的正反转和设置变频器的频率。PLC的这三个寄存器的值通过力控的输入实现，也就是力控的三个按钮与这三个寄存器相连，通过力控的输入，向PLC的这三个寄存器写数据。组态软件和plc的连接实际上是组态可以读取PLC内部寄存器的值和可以改变PLC内部寄存器的值。组态可以

44、直接连到PLC的每个寄存器上，读取寄存器的值及这个数值与界面上的模型图相关，进行动画设置，图模型就可以按照寄存器内值的变化进行动作。组态有模拟量输入功能，用一个物体模型图与PLC的某一个寄存器相连，通过模拟量输入，输入数值来改变此寄存器的值。读取异步电机的速度程序如图4-6所示：图4-6 读取异步电机的速度程序本程序是1s的定时时间一到，我们把C251高速计数器记得值存到D2寄存器中，即是1s中异步电机发出了多少个脉冲。同时把C1计数器记得值送到D24寄存器中，C1记的是步进电机的旋转发出的脉冲数，四个脉冲数代表步进电动机旋转一周。步进电动机所连接的旋转编码器是绝对式编码器，共有八根线，步进电动机旋转一周共发出256个脉冲，步进电机旋转一周八根线分别输出，8,7,6,5,4,3,2,1次脉冲，软件中选用蓝线与PLC的X6端口接通，步进电动机旋转一周，X6接通四次，计数器记四次数据。速度转换程序如图4-7所示：图4-7速度转换程序此语句的意思是将步进电机1S内的得到脉冲转换成一分钟的转速。D24*60等于一分钟内得到的脉冲数，除以4得到一分钟步进电机旋转了多少转。步进电机