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1 引 言

    PLC（Programmable Logic Controller）是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器。它的高可靠性，簡(jiǎn)單直觀的編程方式，及越來越完善的功能使得它在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。其中，在很多自動(dòng)控制系統(tǒng)中都是由PLC來控制步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)PLC發(fā)送脈沖信號(hào)和方向信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器通過PLC的脈沖輸出口接收脈沖信號(hào)和方向信號(hào)來控制步進(jìn)電機(jī)工作，一個(gè)脈沖信號(hào)可以使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度，那么脈沖數(shù)和頻率之間一定存在某種關(guān)系，步進(jìn)電機(jī)的頻率曲線直觀的反映了這種關(guān)系。在中藥自動(dòng)配藥系統(tǒng)的開發(fā)與研制中通過PLC控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)，保證了取藥小車能準(zhǔn)確到達(dá)取藥位置取藥的目的。如果脈沖數(shù)和頻率設(shè)置不當(dāng)，取藥小車不僅運(yùn)行速度慢，還可能出現(xiàn)抖動(dòng)、噪音大、加快機(jī)器磨損等不良因素，從而影響了整個(gè)系統(tǒng)的工作效率，因此對(duì)步進(jìn)電機(jī)的頻率曲線進(jìn)行優(yōu)化是很有必要的。

2 可編程控制器（PLC）基本結(jié)構(gòu)及工作原理

    PLC從結(jié)構(gòu)上分為固定式和組合式（模塊式）。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等；模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，各模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。CPU是PLC的控制中樞，由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成。輸入模塊通過接收和采集信號(hào)輸入至CPU 處理；輸出模塊接收由CPU成功處理的信息并控制接觸器、數(shù)字顯示裝置等輸出設(shè)備。此外，PLC的編程裝置用來生成用戶程序，常用的手持式編程器用來給小型PLC編程，一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)。國際電工委員會(huì)（IEC）于1994年公布了PLC的編程語言標(biāo)準(zhǔn)（IEC113123），該標(biāo)準(zhǔn)定義了5種PLC編程語言：梯形圖LAD（Ladder Diagram）、語句表STL（Inst ruction List）、功能塊圖FBD（Function Block Diagram）、結(jié)構(gòu)文本ST（St ructured Text）、順序功能圖SFC（Sequential Function Chart）。使用編程軟件可在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、順序功能圖等程序，并可實(shí)現(xiàn)不同的編程語言的相互轉(zhuǎn)換，程序被編譯后下載到PLC的存儲(chǔ)器中。PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作，CPU根據(jù)存儲(chǔ)器中的用戶程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，在沒有中斷或跳轉(zhuǎn)指令的情況下，CPU開始按順序逐條執(zhí)行程序，進(jìn)行各信號(hào)之間的邏輯運(yùn)算，最后將結(jié)果寫入輸出過程映像寄存器，信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，從而使外部負(fù)載通電工作。

3 步進(jìn)電機(jī)及其頻率曲線

    步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域，其驅(qū)動(dòng)電源的輸出受外部脈沖信號(hào)和方向信號(hào)控制。步進(jìn)電機(jī)的功用是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，即每一個(gè)脈沖信號(hào)可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，這個(gè)角度稱為步距角。脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度，通過變化脈沖發(fā)生器的頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速。許多工業(yè)控制中要求機(jī)床、機(jī)械手等設(shè)備具有上下、前后、左右等各方向上的運(yùn)動(dòng)，而方向信號(hào)則決定了旋轉(zhuǎn)的方向。就一個(gè)傳動(dòng)速比確定的具體設(shè)備而言，無需距離、速度信號(hào)反饋環(huán)，只需控制脈沖的數(shù)量和頻率即可控制設(shè)備移動(dòng)部件的移動(dòng)距離和速度，而方向信號(hào)可控制移動(dòng)的方向。因此，對(duì)于控制精度要求不是很高的應(yīng)用場(chǎng)合，用開環(huán)方式控制是一種較為簡(jiǎn)單而又經(jīng)濟(jì)的電氣控制技術(shù)方案。

    設(shè)置好步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)及其頻率參數(shù)可以提高整個(gè)控制系統(tǒng)的工作效率。其脈沖數(shù)和頻率參數(shù)具有如圖1所示的關(guān)系。

圖1 步進(jìn)電機(jī)頻率曲線

    圖1充分體現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后加速、勻速、減速的運(yùn)動(dòng)過程，但是在工業(yè)控制領(lǐng)域中，考慮到機(jī)器的磨損程度、運(yùn)動(dòng)是否平滑、機(jī)器是否有噪聲污染等客觀原因決定了僅僅這三段曲線是不夠的，實(shí)際情況會(huì)復(fù)雜很多，通常會(huì)采用7段、11段甚至更多段曲線來解決那些由于機(jī)器自身原因產(chǎn)生的抖動(dòng)、噪音大、啟動(dòng)吃力等不良問題。