刘振
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目录
1.可编程控制器简介…………………………………..3 2.伺服电机及步进电机简介…………………………..6
3.plc控制步进电机的方法研究……………………….9
4.三相异步电机的plc控制…………………………...13
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1 可编程控制器简介
可编程控制器是60 年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC
（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、
计时、计数等顺序控制功能。PLC 的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、
通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，
控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入
控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。
随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70 年代中
期以后，PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路 也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC 已不再是逻辑判断
功能，还同时具有数据处理、PID 调节和数据通信功能。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设
计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、
定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制 各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合
的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、
通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。
可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，
因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方
面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货
要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很
快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂
自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。
1.1 PLC 的结构及各部分的作用
无毒的
可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处
理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输
出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。
1.1.1 中央处理单元（CPU）
CPU 作为整个PLC 的核心，起着总指挥的作用。CPU 一般由控制电路、运算
器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU 通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU 正弦波信号发生器的
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功能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。
1.1.2 存储器（RAM、ROM）
存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。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；存放工作
数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有按摩锤RAM、EPROM 和EEPROM。RAM 是
一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM
中的用户程序可方便地修改。RAM 存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半
导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。EPROM、
EEPROM 都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。
1.1.3 输入输出单元（I/O 单元）
I/O 单元实际上是PLC 与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O 单
元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC 输入接口的输入器件是各种开关、按钮、
传感器等。PLC 的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有
交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。
1.1.4 电源
PLC 电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转
换成内部工作电压。PLC 内有一个稳压电源用于对PLC 的CPU 单元和I/O 单元供
电。
1.1.5 编程器
编程器是PLC 的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC 的存储器，
还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC 的工作状态。除此以外，在个人
计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC 编程。利用微
机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。
1.2 PLC 的工作原理
PLC 采用循环扫描的工作方式，在PLC 中用户程序按先后顺序存放，CPU 从
第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断
循环。PLC 的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程
序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC 处于停状态
时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC 处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
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1.2.1 输入处理
输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并
将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接
着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信
号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输
入处理阶段才能被读入信息。
1.2.2 正二十面体的展开图程序执行
根据PLC 梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执
行程序。遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从
熔断器盒
用户程序涉及到输入输出状态时，PLC 从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的
对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行
逻辑运算，存入有关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存
的内容，会随着程序执行过程而变化。
1.2.3 输出处理
程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y 寄存器的状
态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使
输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。
1.3 PLC 编程语言
1.3.1 梯形图编程语言
梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电器控制系统中常用的继电
器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。
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。
电脑针织机1.3.2 语句表编程语言
指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语
言易懂易学。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。
1.3.3 控制系统流程图编程图
控制系统流程图是一种较新的编程方法。它是用像控制系统流程图一样的功
能图表达一个控制过程，目前国际电工协会(IEC)正在实施发展这种新式的编程
标准。
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1.4 小结
本章介绍了可编程控制器的组成、工作原理及PLC 的编程语言。根据以上介
绍，可以看出PLC 的特点：编程方法简单易学；功能强，性能价格比高；硬件配
套齐全，用户使用方便，适应性强；可靠性高，抗干扰能力强；系统的设计、安
装、调试工作量少；维修工作量小，维修方便；体积小，能耗低。
因此，PLC 的应用领域十分广泛，主要应用于开关量逻辑控制、运动控制、
闭环过程控制、数据处理及通信联网等。
2 伺服系统及步进电机简介
伺服系统主要研究内容是机械运动过程中涉及的力学、机械学、动力驱动、
伺服参数检测和控制等方面的理论和技术问题。伺服系统对自动化、自动控制、
电气工程、机电一体化等专业既是一项基础技术，又是一项专业技术，因为它不
仅分析各种基本的变换电路，而且结合生产实际，解决各种复杂定位控制问题，
如机器人控制、数控机床等，它是运动控制系统及现代电力电子技术相结合的交
叉学科，是力学、机械、电工、电子、计算机、信息和自动化等学科和技术领域
的综合，这些技术出现的新进展都使它向前迈进一步，其技术进步是日新月异的。
2.1 伺服系统的作用及组成
节能减排
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在自动控制系统中，使输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的
系统称为随动系统，亦称伺服系统。数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的
位置和速度作为控制量的自动控制系统。
数控机床进给伺服系统的作用在于接受来自数控装置的指令信号，驱动机床
移动部件跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确，这就要求是高质量的速
度和位置伺服。数控机床的精度和速度等技术指标往往主要取决于伺服系统。
数控机床伺服系统的一般结构如图2-1 所示。它是一个双闭环系统，内环是
速度环，外环是位置环。速度环中用作速度反馈的检测装置为测速发电机、脉冲
编码器等。速度控制单元是一个独立的单元部件，它由速度调节器、电流调节器、
及功率驱动放大器等个部分组成。位置环是由CNC 装置中的位置控制模块、速度
控制单元、位置检测及反馈控制等各部分组成，位置控制主要是对机床运动坐标
轴进行控制。轴控制是要求最高的位置控制，不仅单个轴的运动速度和位置精度
的控制有严格要求，而且在多轴联动时，还要求各移动轴有很多的动态配合，才
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能保证加工效率、加工精度和表面粗糙度
2.2 伺服系统的分类
伺服系统按调节理论分类可分为开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服
系统；按使用的驱动元件分类可分为步进伺服系统、直流伺服系统、交流伺服系
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