梯形图的设计应注意以下三点：

(1)梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。

(2)梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。

(3)输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点可供内部编程使用。

2.4. 开环伺服系统

这是一种比较原始的伺服系统。这类数控系统将零件的程序处理后，输出数据指令给伺服系统，驱动机床运动，没有来自位置传感器的反馈信号。最典型的系统就是采用步进电机的伺服系统，它一般由环形分配器、步进电机功率放大器、步进电动机、配速齿轮和丝杠螺母传动副等组成。数控系统每发出一个指令脉冲，经驱动电路功率放大后，驱动步进电动机旋转一个固定角度（即步距脚），再经传动机构带动工作台移动。这类系统信息流是是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制。

2.4.1 步进伺服系统

随着计算机技术的发展，除功率驱动电路之外，其他硬件电路均可由软件实现，从而简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的可靠性。但步进电动机的耗能太大，速度也不高，当其在脉冲当量δ为1μm时，最高移动速度仅有2mm/min，且功率越大移动速度越低，所以主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造中2.4.2 步进电机工作原理

步进电机是一种将电子数字脉冲信号转变为机械运动的电磁增量运动器件。典型的电机绕组固定在定子上，而转子则由硬磁或软磁材料组成。当控制系统将一个电脉冲信号经功率装置加到定子绕组中，电机便会沿一定的方向旋转一步。脉冲的频率决定电机的转速。电机转动的角度与所输入的电脉冲个数成正比；因此，只要简单地改变输入脉冲的数目，就能控制步进电机的转子运行角度，从而达到位置控制的目的。

2.4.3步进电机的控制

步进电机的最显著的优势是不需要位置反馈信号就能够进行精确的位置控制。这种开环控制形式省去了昂贵的位置传感器件，只需对输入指令脉冲信号计数，就能知道电机的位置。图2-4-3所示的是一个步进电机开环控制的基本组成，它包括驱动电路、脉冲发生器和能使电机绕组按特定相序励磁的脉冲分配器。

3.实验系统的简介及调试

3.1系统组成

HJD-4型机电一体化教学实验系统由个人计算机、电控柜以及微加工中心等几个部分组成。个人计算机是整个控制系统的上位机，完成两大功能：

(1)通过232串行通讯线与HDJ-2型控制系统中的PLC串行通讯板连接，形成两级控制系统，实现对PLC的监控及两级控制 ；

(2)通过SC-09编程电缆与PLC连接，实现PLC的编程、程序的输入输出、监控等。

HDJ-2型控制系统控制核心为PLC，包括继电器接触器系统、PLC、位置控制模块（1PG和20GM）、交流伺服控制系统、步进电动机控制系统、交流变频调速系统统、控制面板和面板接线端子等，如图3-1所示：

电控柜通过接线端子与微加工中心连接，实现对微加工中心的控制。

3.2控制系统的电源控制

控制系统的主电路如图3-2所示。其主要操作如下：

(a) 控制电路、风扇和照明灯电

(d) PLC与各控制系统的连接

(e)  控制系统的控制

图3-2  主电路图

3.2.1操作步骤

(1) 将控制系统上的电源插头接到～380V的电源上。

(2) 合上电源总断路器QS（电源总开关位于操作台下部的右边），如图4-4所示，控制电路电源接通，电柜风扇通电，操作电柜侧边的开关可控制照明灯点亮和熄灭；

(3) 合上断路器QF1，用操作面板上的电源开关使PLC、24V和5V控制电压接通电源，使所有的短路器的输入端接通交流电源。

(4) 如果要使步进电动机控制系统接通电源，在(3)的基础上，首先合上短路器QF2；然后用PLC控制程序控制PLC的输出接点Y30为1，从而使KM2的线圈得电，主触头导通，步进电动机控制系统接通电源

(5) 如果要使伺服电动机控制系统接通电源，在(3）的基础上，首先合上短路器QF3，交流然伺服电动机控制系统的控制电压接通，然后用PLC控制程序控制PLC的输出接点Y31为1，从而使KM3的线圈得电，主触头导通，交流伺服电动机控制系统主回路接通电源（详细使用说明请参考“交流伺服定位性能测试实验”实验说明）；

(6) 如果要使交流变频调速系统接通电源，在(3）的基础上，首先合上短路器QF4，然后用PLC控制程序控制PLC的输出接点Y32为1，从而使KM4的线圈得电，主触头导通，交直流调速系统接通电源（详细使用说明请参考“三相异步电动机变频调速性能测试实验”实验说明）。

(7) 如果要使正反转电动机实现正反转，在(3）的基础上，首先合上短路器QF5，然后用PLC控制程序控制PLC的输出接点Y33或Y34为1，从而使KM5或KM6的线圈得电，主触头导通，正反转电动机正转或反转（详细使用说明请参考“三相异步电动机正反转控制实验”实验说明）。

(8) 如果要使油泵电动机接通电源，在(3)的基础上，首先合上断路器QF7，然后用PLC控制程序控制PLC的输出接点Y35为1，从而使KM7的线圈得电，主触头导通，油泵电动机接通电源（详细使用说明请参考“液压系统的PLC控制实验”实验说明）。

3.3 交流伺服控制系统

在系统中，PLC的脉冲输出端（Y0或Y1）以及脉冲方向输出端（除Y0、Y1以外的其他输出端）为交流伺服控制系统的脉冲/方向信号，从而对Y轴进行定位控制，其主要参数设定如表3-3-1所示。

表3-3-1  交流伺服控制系统主要参数设定

微型加工中心的C轴为旋转工作台，它的传动机构为蜗轮蜗杆（蜗轮蜗杆的减速比为1：38，即蜗杆旋转38转，蜗轮旋转1转）。

    本实验采用可调速脉冲输出指令“DPLSR”，通过PLC的Y1输出端产生脉冲给步进电机驱动器SH-20402A，驱动步进电机M按升降速方式运行。而步进电机则驱动蜗轮蜗杆，再由蜗轮蜗杆带动C轴旋转。（说明：本实验所用PLC为FX2N-128MT，属于晶体管输出型，其输出端Y0、Y1均可产生高速脉冲 ，其频率为10KHZ以下。）

当步进电机带动刀库旋转时，为避免C轴与Z轴发生碰撞而损坏，应在实验之前将Z轴移开！

可调速脉冲输出指令“DPLSR”可控制步进电机按升降速方式运行，其使用方法如下 ：  

其中:S1的设定范围为：10—20000HZ ；S2的设定范围为：110—2，147，483，647PLS；S3的设定范围为：500ms以下；D的规定：（1）．只能为Y0或Y1；（2）．一定为晶体管输出。

驱动器SH-20402A为细分驱动器，可实现1、2、4、8、16、32、64细分（其中：1时为整步，2为半步）。本实验采用64细分，驱动器向步进电机发64个脉冲，步进电机走一步。

驱动器向步进电机每发送64*200个脉冲，步进电机旋转1圈。又因蜗轮蜗杆的减速比为1 ：38（蜗杆旋转38转，蜗轮旋转1转），因此，要使C轴旋转1圈，驱动器须向步进电机发射64*200*38个脉冲 。

3.4 PLC控制步进电机旋转台梯形图

PLC控制步进电机旋转台程序如图3-4所示，当常开触点X0变为常闭触点时，线圈Y30通电，驱动器启动。当X1的常开触点接通后，辅助继电器M2通电，驱动器向步进电机发送频率为500HZ的12800个脉冲，线圈Y1和Y2通电，旋转台正转。当X2的常开触点接通后，辅助继电器M1、M2通电，此时M1的常闭触点变为常开触点，驱动器向步进电机发送脉冲，线圈Y1通电而线圈Y2断电，旋转台反转。

四、结论与展望

通过调试实现了步进电动机的正传、反转等基本功能，并对用PLC进行步进电动机的设计有了初步了解，更熟悉了步进电动机的基本功能和工作原理。步进电动机的现实应用更加广泛，多用于数控车床和机器人系统中．在现代工业，特别是航空、航天、电子等领域中，要求完成的工作量大，任务复杂，精度高，利用人工操作不仅劳动强度大，生产效率低，且难以达到所要求的精度，还有一些工作环境是对人体健康有害的或人类无法到达的，这就需要数控机床和机器人来完成这些工作．另外，在计算机外设和办公室自动化设备中也大量运用步进电机，如磁盘驱动、打印机、绘图仪和复印机等。

此外，有关PLC的编程也很重要，它需要有很清晰地思路，并且知道每一部分的具体链接该怎样构造，所以说，理论联系实际的重要性着实让我深有体会。

五、心得体会及建议

作为一名电子信息专业的学生而言，这次PLC的课设不仅巩固了学过的专业课知识，而且还让我在实践中认识到了自己的许多不足之处。这次的课程设计历时一个月，在这一个月的日子里，虽然有许多困难，但是经过小组成员的共同学习和努力可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。以前在上课的时候，老师经常强调在写一个程序的时候，一定要事先设计思路写出来，但是我刚开始总觉得没必要这样做，觉得很浪费时间。但是，这次课程设计完全改变了我以前的那种错误的认识，任何一个简单的程序都很有必要把思路给构造出来，画程序方框图是很有必要的，而且一定要动手去写才行。因为通过程序方框图，在做设计的过程中，我们每一步要做什么，每一步要完成什么任务都有一个很清楚的思路，而且在写程序的过程中也会发现哪里不懂，哪里需要改进，同时也有利于测试过程中查错。

其次，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

在这次课程设计中，我们还遇到了很多编程问题，但是最后在同学的帮助和自己参阅书籍的努力下，问题都一一解决了，我会再接再厉，继续努力的。

六、附录

(1)硬件要求

CPU：Intel Celeron400以上；

内存：不小于64M；

显示器：800×600以上，颜色设置为256色以上；

串行通讯口：两个。

(2)软件要求

操作系统平台：Win98/WinMe/Win2000/WinXP；

应用软件：FXGPWIN、FXVPS-E、Visual Basic 6.0、Flash5.0、MedWin等 。

七、参考文献

【1】 钱平主编.交直调速系统.第一版.北京：机械工业出版社.2002.

【2】 王季铁主编.微特电机应用技术手册.第一版.上海：上海科学技术出版社.2003.

【3】 郭庆鼎主编.现代永磁电动机交流伺服系统.第一版. 北京：中国电力出版社.2006.

【4】 赵俊生主编.数控机床控制技术基础.第一版.北京：化工出版社.2006.

【5】 廖常初主编.PLC编程及应用. 第一版.北京：机械工业出版社.2006.

【6】 郭庆鼎，王成元主编.交流伺服系统.第一版.北京：机械工业出版社.1994.

【7】 廖效果，刘又午编著.数控技术. 第一版.武汉：湖北科学技术出版社.2000.

【8】 王爱玲，白恩远，赵学良编著.现代数控机床.第三版.现代数控机床. 北京：国防工业出版社.2004.

【9】 电力电子及电气传动实验台实验指导书. 第一版.杭州求是科教设备有限公司.2001.