五相十拍步進電動機控制課程設(shè)計

1、<p>　　西門子PLC課程設(shè)計</p><p>　　題目：五相十拍步進電動機控制設(shè)計與調(diào)試 </p><p>　　姓名： </p><p>　　班級： </p><p>　　學(xué)號： </p>

2、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要…………………………………………………………………………………………2</p><p>　　第一章 引言……………………………………………………………………………3</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計……………………………………………………………4</

3、p><p>　　2.1程序設(shè)計的基本思路…………………………………………… 4</p><p>　　2.2五相步進電動機的控制要求………………………………………4</p><p>　　2.3方案原理分析………………………………………………………4</p><p>　　2.3.1 功能要求………………………………………………… 4</p&g

4、t;<p>　　2.3.2 性能要求………………………………………………… 5</p><p>　　第三章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………………… 6</p><p>　　3．1輸入輸出編址………………………………………………………6</p><p>　　3.2選擇PLC類型………………………………………………………6&

5、lt;/p><p>　　3.3 PLC外部接線圖……………………………………………………7</p><p>　　3.4 控制流程……………………………………………………………7</p><p>　　3.5 梯形圖程序設(shè)計……………………………………………………8</p><p>　　3.5.1 步進控制設(shè)計………………………………………………9&

6、lt;/p><p>　　3.5.2 梯形圖設(shè)計…………………………………………………11</p><p>　　3.6 語句表………………………………………………………………17</p><p>　　3.7主電路圖……………………………………………………………18</p><p>　　3.7電機正反轉(zhuǎn)控制圖…………………………………………………18

7、</p><p>　　3.9元件清單……………………………………………………………19</p><p>　　3.10元件布置圖……………………………………………………… 19</p><p>　　總結(jié)………………………………………………………………………………………… 20</p><p>　　參考文獻……………………………………………………

8、………………………………21</p><p>　　附錄一………………………………………………………………………………………22</p><p>　　附錄二………………………………………………………………………………………23</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　步進電機是一種控制精度極高的電機,

9、 在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。步進電動機具有快速起停、精確步進和定位等特點，所以常用作工業(yè)過程控制及儀器儀表的控制元件?；赑LC控制的步進電動機具有設(shè)計簡單，實現(xiàn)方便，參數(shù)設(shè)計置靈活等優(yōu)點。矩角特性是步進電機運行時一個很重要的參數(shù)，矩角特性好，步進電機啟動轉(zhuǎn)矩就大，運行不易失步。改善矩角特性一般通過增加步進電機的運行拍數(shù)來實現(xiàn)。本文主要是介紹采用可編程控制器(PLC) 對五相十拍步進電機進行控制的設(shè)計原理及方法進行分析。本文詳細的介紹了用

10、PLC控制步進電機系統(tǒng)的原理，及硬件和軟件設(shè)計方法。其內(nèi)容主要包括I/O地址分配、PIC外部接線圖、控制流程圖、主電路圖、梯形圖、元件清單以及語句表。本文設(shè)計過程中使用了十六位移位寄存器，大大簡化了程序的設(shè)計，使程序更間湊，方便了設(shè)計。在實際應(yīng)用中表明此設(shè)計是合理有效的。</p><p>　　關(guān)鍵詞: PLC；梯形圖；元件清單；五相十拍步進電機　</p><p><b>　　第

11、一章 引言</b></p><p>　　步進電機作為執(zhí)行元件，是電氣自動化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機械等領(lǐng)域。步進電動機具有快速起停、精確步進和定位等特點，所以常用作工業(yè)過程控制及儀器儀表的控制元件。目前，比較典型的控制方法是用單片機產(chǎn)生脈沖序列來控制步進電機。但采用單片機控制，不僅要設(shè)計復(fù)雜的控制程序和I/O接口電路，實現(xiàn)比較麻煩。基于PLC控制的步進電動機具有設(shè)計簡單，實

12、現(xiàn)方便，參數(shù)設(shè)計置靈活等優(yōu)點。步進電機廣泛應(yīng)用于對精度要求比較高的運動控制系統(tǒng)中，如機器人、打印機、軟盤驅(qū)動器、繪圖儀、機械閥門控制器等。矩角特性是步進電機運行時一個很重要的參數(shù)，矩角特性好，步進電機啟動轉(zhuǎn)矩就大，運行不易失步。改善矩角特性一般通過增加步進電機的運行拍數(shù)來實現(xiàn)。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p>　　2.1程序設(shè)計的基本思路</p>

13、<p>　　在進行程序設(shè)計時，首先應(yīng)明確對象的具體控制要求。由于CPU對程序的串行掃描工作方式，會造成輸入輸出的滯后，而由掃描方式引起的滯后時間，最長可達兩個掃描周期，程序越長，這種滯后越明顯，則控制精度就越低。因此，在實現(xiàn)控制要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)使程序盡量簡潔﹑緊湊。另一方面，同一控制對象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發(fā)生變化，此時，要求程序修改方便、簡單，即要求程序有較好的柔性。以SIMATIC移位指令為步進

14、控制的主體進行程序設(shè)計，可較好的滿足上述設(shè)計要求。</p><p>　　2.2五相步進電動機的控制要求：</p><p>　　1．五相步進電動機有五個繞組: A、B、C、D、E ,</p><p>　　正轉(zhuǎn)順序: ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB</p><p>　　反轉(zhuǎn)順序: ABC←BC←BCD←CD←

15、CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB</p><p>　　2．用五個開關(guān)控制其工作：</p><p>　　1 號開關(guān)控制其運行 ( 啟 / 停 )。</p><p>　　2 號開關(guān)控制其低速運行 (轉(zhuǎn)過一個步距角需 0.5 秒)。</p><p>　　3 號開關(guān)控制其中速運行 (轉(zhuǎn)過一個步距角需 0.1 秒)。</p>&l

16、t;p>　　4 號開關(guān)控制其低速運行 (轉(zhuǎn)過一個步距角需 0.03 秒)。</p><p>　　5 號開關(guān)控制其轉(zhuǎn)向 ( ON 為正轉(zhuǎn)，OFF 為反轉(zhuǎn) )。</p><p>　　2. 3方案原理分析</p><p>　　2.3.1 功能要求</p><p>　　對五相六拍步進電機的控制，主要分為兩個方面：五相繞組的接通與斷開順序控制。

17、正轉(zhuǎn)順序：ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB 反轉(zhuǎn)順序：ABC←BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB以及每個步距角的行進速度。圍繞這兩個主要方面，可提出具體的控制要求如下：</p><p><b>　　可正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；</b></p><p>　　運行過程中，正反轉(zhuǎn)可隨時不停機切換；</p><

18、;p>　　步進三種速度可分為高速（0.05S），中速（0.3S）,低速（0.5S）三檔，并可隨時手控變速；</p><p><b>　　2.3.2性能要求</b></p><p>　　在實現(xiàn)控制要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)使程序盡量簡潔﹑緊湊。另一方面，同一控制對象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發(fā)生變化，此時，要求程序修改方便、簡單，即要求程序有較好的柔性。

19、</p><p>　　第三章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　3．1輸入輸出編址</b></p><p>　　控制步進電機的個輸入開關(guān)及控制A、B、C、D、E五相繞組工作的輸出端在PLC中的I/O編址如表1所示。</p><p>　　表1 I/O地址分配表</p><p>　　3

20、.2選擇PLC類型</p><p>　　根據(jù)上圖的I/O分配表通過查閱手冊選擇S7-200 CPU222基本單元（8入/6出）1臺</p><p>　　3.3 PLC外部接線圖</p><p>　　PLC外部接線圖的輸入輸出設(shè)備、負載電源的類型等的設(shè)計就結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來設(shè)定。步進電動機采用五相十拍控制外部接線圖如圖3—1所示。</p><p&

21、gt;　　圖3—1步進電動機采用五相十拍控制外部接線圖</p><p><b>　　3.4 控制流程圖</b></p><p>　　由于上述具體控制要求，可作出步進電機在運行時的程序框圖，如圖3—2所示。以工作框圖為基本依據(jù)，結(jié)合考慮控制的具體要求，首先可將梯形圖程序分為4個模塊進行編程，即模塊1：步進速度選擇；模塊2：起動、停止；模塊3：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；模塊4：移位控制

22、功能模塊；模塊:5：A、B、C、D、E五相繞組對象控制。然后，將各模塊進行連接，最后經(jīng)過調(diào)試、完善、實現(xiàn)控制要求。</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖3—2 控制流程圖</p><p>　　3.5 梯形圖程序設(shè)計</p>

23、;<p>　　3.5.1 步進控制設(shè)計</p><p>　　采用移位指令進行步進控制。首先指定移位寄存器MW0，按照五相十拍的步進順序，移位寄存器的初值見表2。</p><p>　　表2 移位寄存器初值</p><p>　　每右移1位，電機前進一個布局角（一拍），完成十拍后重新賦初值</p><p>　　其中M1.2、M1.3、

24、M1.4、M1.5、M1.6和M1.7始終為“0”。據(jù)此，可作出移位寄存器輸出狀態(tài)及步進電機正反轉(zhuǎn)繞組的狀態(tài)真值表，如表3.1、3.2所示。從而得出五相繞組的控制邏輯關(guān)系式：</p><p><b>　　正轉(zhuǎn)時</b></p><p>　　A相 Q0.0=M1.1+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0</p><p>　　B相 Q0.1=M1

25、.1+M1.0+M0.7+M0.1+M0.0</p><p>　　C 相Q0.2=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.5</p><p>　　D相 Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5+M0.4+M0.3</p><p>　　E相 Q0.4= M0.5+M0.4+M0.3+M0.2+M0.1</p><p><b>　　

26、反轉(zhuǎn)時</b></p><p>　　A相 Q0.0=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.0</p><p>　　B相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.2+M0.1+M0.0</p><p>　　C相 Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0</p><p>　　D相 Q0.3=M0.6+M0.5+M

27、0.4+M0.3+M0.2</p><p>　　E相 Q0.4=M1.0 +M0.7+M0.6+M0.5+M0.4</p><p>　　表3.1 移位寄存器輸出狀態(tài)及步進電機繞組狀態(tài)真值表（正轉(zhuǎn)）</p><p>　　表3.2 移位寄存器輸出狀態(tài)及步進電機繞組狀態(tài)真值表（反轉(zhuǎn)）</p><p>　　3.5.2 梯形圖設(shè)計</p>

28、;<p>　　啟停使用單按鈕控制。梯形圖設(shè)計如下，首先，按SB2(SB3或SB4)初次選擇一種步進速度， 五相步進電動機的速度由定時器T33控制，把三個值50、10、3分別送到VW100可得到低速、中速、高速三種速度。再按SB1，M2.0得電，移位寄存器賦初值，電機開始轉(zhuǎn)動，且定時器開始計時，到設(shè)定值時，T33得電動作，移位寄存器值右移一位，C21計數(shù)一次，然后T33重新計時。計數(shù)十次后動作C21使移位寄存器重新賦值，依次

29、循環(huán)。QS控制正反轉(zhuǎn)，ON時I0.4得五相步進電動機正轉(zhuǎn)，OFF時 I0.4失電五相步進電動機為反轉(zhuǎn)。再按一下SB1，C20動作，M20失電，C21復(fù)位電機停止轉(zhuǎn)動。</p><p><b>　　3.6 語句表</b></p><p><b>　　3.7主電路圖</b></p><p>　　3.8電機正反轉(zhuǎn)控制圖</

30、p><p><b>　　3.9元件清單</b></p><p>　　3.10 元件布置圖</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　在本次設(shè)計中，我需要的以前沒有學(xué)到過的知識，于是圖書館和INTERNET成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不覺中

31、我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會使我受益非淺。</p><p>　　通過學(xué)習(xí)PLC理論課程后，在做課程設(shè)計能檢測我的學(xué)習(xí)成果和知道自己的不足，此次設(shè)計每個人一個題目。由于平時大家都是學(xué)理論，沒有過實際設(shè)計和調(diào)試的經(jīng)驗，拿到的時候都不知道怎么做。但通過各方面的查資料并學(xué)習(xí)。我基本學(xué)會了PLC設(shè)計的步聚和基本方法。也鍛煉了自己獨

32、立做事的能力，怎么去查找資料，怎么去利用手中的資料，怎么樣很好的寫一篇PLC論文。</p><p>　　在這次設(shè)計實踐之中，我學(xué)會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設(shè)計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視。在課程設(shè)計過程中我了解到，PLC并不是一門單一的編程技術(shù)，它是一門系統(tǒng)專業(yè)課程。PLC可以廣義的認(rèn)為是

33、一臺背嵌入操作系統(tǒng)的高可靠性PC機。首先需要精深PLC本身的編程語言梯形圖、語句表語言。然后根據(jù)程序在實驗室進行調(diào)試，使其達到預(yù)期的程度。最后，依照調(diào)試結(jié)果寫論文。不斷的鍛煉自己的動手和思維能力。</p><p>　　在設(shè)計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。</p>

34、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]程子華，PLC原理與實例分析.北京:國防工業(yè)出版社，2006[2]廖常初，PLC編程及應(yīng)用.北京: 機械工業(yè)出版社，2005[3]高欽和，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)及其設(shè)計實例.北京:高等教育出版社，2004[4]李緩，PLC原理與應(yīng)用.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005[5] 林明星，電氣控制及可編程序控制器[

35、M ].北京：機械工業(yè)出版社，2004[6] 周淑珍、高鴻斌, PLC分析與設(shè)計應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2004[7] 王玉中, 電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù).河南：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2006</p><p>　　[8] 張新軍,電氣控制與PLC技術(shù)及應(yīng)用.濟源：濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院出版社，2006[9] 張進秋主編.可編程控制器原理及應(yīng)用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004[10] 江秀漢、湯楠主編

36、.可編程序控制器原理及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版，200</p><p>　　[11] 阮友德 電氣控制與PLC實訓(xùn)教程 人民郵電出版社</p><p>　　[12] 李俊秀 可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[13] 陳新華主編.電工技術(shù)與可編程序控制器實踐.北京：機械工業(yè)出版社，2002</p><p

37、><b>　　附錄一</b></p><p>　　對PLC對步進電機的控制期刊的分析與想法</p><p>　　PLC對步進電機的控制的期刊見附錄二</p><p>　　通過閱讀該期刊，PLC對步進電機的控制由PLC控制驅(qū)動電路，在由驅(qū)動電路控制步進電機的轉(zhuǎn)數(shù)，繼而驅(qū)動負載。通過調(diào)節(jié)步進電機的頻率來控制其轉(zhuǎn)數(shù)，也可調(diào)節(jié)輸人脈沖的周期就可以

38、控制步進電機的運動速度。可以根據(jù)步進電機的輸出位移量確定PLC輸出的脈沖個數(shù)，即可實現(xiàn)對步進電機的步數(shù)控制?；旧峡梢赃_到無級調(diào)速，該期刊采用三菱PLC控制，然而我們可以采用西門子s7-200實現(xiàn)控制。</p><p>　　大體思路及其方法如下：</p><p>　　步進電機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。主要由人機界面、PLC控制器、步進電機驅(qū)動器及步進電機組成。</p>&l

39、t;p>　　由于步進電機本身的結(jié)構(gòu)特性決定了它要實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)必須有加速過程。如果啟動時突然加載高頻脈沖，電機會產(chǎn)生嘯叫、失步、甚至不能啟動。在停止階段也是這樣的，當(dāng)高頻突降到零時，電機也會產(chǎn)生嘯叫和振動。所以在加速和停止時，都必須有一個加速和減速階段。</p><p>　　我的具體做法為：首先控制步進電機，使之穩(wěn)步啟動，然后高速運動（電機正常工作時的速度），到達指定位置，減速之后低速運行一段時間，然后停止。

40、后退過程同與前進過程相同，電機工作過程如圖所示：</p><p>　　控制系統(tǒng)中PLC用來產(chǎn)生控制脈沖;通過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進電機的轉(zhuǎn)角進而控制伺服機構(gòu)的進給量;同時通過編程控制脈沖頻率。采用驅(qū)動器對輸出脈沖進行放大。進給方向控制即步進電機的轉(zhuǎn)向控制。步進電機的轉(zhuǎn)向可以通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來實現(xiàn)，或經(jīng)