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1 引言

某進口設備大面積的嚴重損壞。經過修理，更換了一大批電子元件，才勉強恢復原有的技術指標。但其工作已不是很可靠。由于該設備已停產，并且沒有相關的代替設備.為配合生產需要，我們投入了對該設備的研制。原設備完全由晶體管電路構成，考慮到研制周期及可靠性等因素。我們決定采用PLC(Fx2N-32T)和觸摸屏(MT506S)控制技術重新進行設計。

2 功能概述

該設備實質上就是一臺專用的測控步進電機裝置的設備。步進電機裝置由步進電機及其相關電路組成。該設備功能包括:距離(工作步數)設定、啟動、位置顯示及清零，(自動、手動)連續或單次運行，(自動、手動)回原點，步進電機欠電流檢測報警，原點到位顯示等。

3 裝置原理介紹

3.1 系統工作原理

系統工作原理如圖1所示。圖中觸摸屏作為人機界面,用來顯示并進行操作;PLC作為控制器,接收觸摸屏的設定數據并進行邏輯處理,再控制步進電機。步進電機裝置是受控對象，不能進行修改。它包括多種電源形式:步進電機工作在－24V三相雙三拍直流矩形波的供電方式，還包括＋12V、－12V、+5V等電壓和極性不同的信號。為了使多種信號的檢測和驅動、步進電機裝置相匹配，增加了信號的轉換電路。

圖1 系統工作原理框圖

3.2 轉換電路原理

信號轉換電路的部分電路，如圖2，3所示。

圖2中,當5V或0V信號到達電阻R1后，通過光電耦合器使PLC輸入1信號接通，此時電機回原點運行的過程中開始計數,記錄運行步數。當+12V信號到達“±12V信號”后, 首先點亮發光管D6，然后通過光電耦合器U1-3使PLC輸入3接通，指示到達原點，電機停止運行;當-12V信號到達“±12V信號”后,通過光電耦合器U1-2使PLC輸入2接通，超出設定極限。當-12V信號到達“-12V信號2”通過光電耦合器U1-3使PLC輸入接通，指示到達原點，電機停止運行。

圖2 信號轉換電路

圖3 步進電機驅動電路

3.3 電流檢測原理

在步進電機驅動器中，內置了電流檢測電路。電機發生斷電或欠電流運行時，發出報警信號，使系統停止運行。檢測原理是利用三相雙三拍步進電機的工作特性，在任意時刻均有兩相得電。只要檢測任意時刻流過公共地線的電流大于相應額定電流的2/3即可認為工作正常，如小于相應額定電流的2/3，則認為欠電流運行。電路原理和時序圖，如圖3，4所示。

圖3中，R是電流檢測電阻，C用于消除競爭。在圖4中IN表示三相雙三拍電機流過公共點電流檢測電阻的額定工作電流;In表示檢測電流的門限，In=2/3IN;I表示電機的實際工作電流。ALM表示欠電流報警。系統運行后，當I≥In時，ALM報警，直到故障排除，系統復位后報警解除。圖4中的細實線表示ALM未報警時的時序圖。

圖4 電流波形圖

3.4 觸摸屏的軟件設計

(1) 首頁:打開電源開關后，提示輸入登錄密碼。正確輸入密碼后，自動進入首頁。設備進入準備狀態。

(2) 輸入窗口:輸入窗口主要用于設定并進行操作。包括鍵盤和主要操作控件，操作者可以直接對設備進行操作。

(3) 配方數據窗口:對于經常用到的操作數據，可以按照提供的格式存放到配方卡記憶體里面,當需要時把它調出來，而不需要臨時輸入數據，可以大大地提高操作效率。

(4) 控制窗口:控制窗口主要用于對設備的基本功能的操作和顯示。包括一個隱藏的小鍵盤窗口，可以在需要設定數據時彈出。

(5) 元件檢查窗口:用于對PLC內部關鍵元件的監測，以便出錯時查找故障。

(6) 梯形圖檢查窗口:用于對PLC梯形圖的實時監控(由于MT506S不具備直接顯示PLC內部梯形圖的功能，故采用了單獨制作顯示PLC各元件的方法組合成關鍵部分梯形圖)。

3.5 PLC的軟件設計

PLC程序流程圖如圖5所示。

系統初始化后,完成了距離設定,選擇運行方式后.再看系統是否有故障或是否到達原點。當完全準備妥后，分別執行自動或手動操作。在按設定距離執行自動往返運行的過程中，當中間執行斷開操作后，系統保持運行方向，運行到設定距離，保持顯示，然后停止運行;當執行復位操作后，系統首先運行顯示歸零(計數清零)，然后停止運行。在執行手動運行中，當到達設定距離后，系統保持顯示，并停止運行;當運行中執行斷開操作，方向不變，到達設定距離后，系統保持顯示并停止運行;當執行復位操作，則運行顯示歸零(計數清零)，然后停止運行。

圖5 PLC程序流程框圖

4 結束語

控制器采用觸摸屏和PLC來實現,縮短了開發周期，提高了運行的可靠性，尤其適合此類要求工程周期短，可靠性高，批量小的設備開發。另外，軟件的靈活性還有利于設備的改造和升級。