基于plc的步進電機控制課程設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了本實驗旨在完成使用PLC（Programmable Logic Controller）控制步進電機的整步運行、正反轉(zhuǎn)運行、快慢速運行以及定位運行。文中指出本次使用的編程思想主要為模塊化設計即為完成任務可對程序劃分為主程序及子程序。由于步進電機需要脈沖來運行，所以本程序使用PTO高速脈沖輸出脈沖。在定位程序中則應用到中

2、斷子程序命令。另外，本文為更好的闡述實驗內(nèi)容，加入了與之前完全不同的方式的對比實驗。在對比試驗中則應用計時器來完成步進電機的脈沖產(chǎn)生，另步進電機的各種功能則使用了一般的設計方式來實現(xiàn)。二者完成完全相同的功能。</p><p>　　關鍵詞：PLC 步進電機 PTO高速脈沖 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1

3、實驗內(nèi)容………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1實驗任務……………………………………………………………………1</p><p>　　1.2實驗要求 …………………………………………………………………1</p><p>　　2 實驗設備…………………………………………………………………………………2</p>

4、<p>　　2.1步進電機簡介…………………………………………………………………2</p><p>　　2.2 PLC簡介………………………………………………………………………2</p><p>　　3 設計過程…………………………………………………………………………………3</p><p>　　3.1設計思想…………………………………………………………

5、………………………3</p><p>　　3.2程序設計…………………………………………………………………………………4</p><p>　　4 對比實驗…………………………………………………………………12</p><p>　　4.1對比程序思想…………………………………………………………12</p><p>　　4.2對比程序……………

6、…………………………………………14</p><p>　　謝辭………………………………………………………………………………15</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………………16</p><p><b>　　1實驗內(nèi)容</b></p><p><b>　　1.1實驗任務&

7、lt;/b></p><p>　　本次實驗要求改變PLC脈沖輸出信號的頻率，實現(xiàn)步進電機的速度控制。同時按下K1、K2、K3按鈕，步進電機進行整步運行。按下慢/快按鈕，電機慢/快速運行。用PLC輸出脈沖的個數(shù)，實現(xiàn)步進電機的精確定位。在整步運行狀態(tài)下，設脈沖數(shù)為一固定值，并用計數(shù)器進行計數(shù)，實現(xiàn)電機的精確定位控制。按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作。</p><p><b>　　1

8、.2實驗要求</b></p><p>　　本設計要求使用步進電機。選用的步進電機為二項混合式，供電電壓24VDC，功率30W，電流1.7A，轉(zhuǎn)矩0.35NM，步矩角1.8º/0.9º,并配有細分驅(qū)動器，實現(xiàn)細分運行，減少震蕩。</p><p>　　本設計要求選用PLC設計出輸出頻率可變的控制程序，實現(xiàn)對步進電機的速度、方向、定位、細分等控制功能。</p

9、><p>　　本設計旨在培養(yǎng)綜合設計能力、創(chuàng)新能力、分析問題與解決問題的能力。掌握PLC控制的步進電機控制系統(tǒng)的構成及設計方法；掌握PLC控制程序設計、調(diào)試的方法。</p><p><b>　　2 實驗設備</b></p><p><b>　　2.1步進電機簡介</b></p><p>　　步進電機又

10、稱為脈沖電動機，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其功能是將脈沖電信號變換為相應的角位移或直線位移，即給一個脈沖電信號，電動機就轉(zhuǎn)到一個角度或前進一步。</p><p>　　步進電動機的角位移量θ或線位移量S與脈沖數(shù)k成正比，在負載能力范圍內(nèi)這些關系不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而波動。因而可適用于開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡化，步進電動機可以在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來調(diào)速；能夠快速啟動、反

11、轉(zhuǎn)和制動。它不需要變換能直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用微型計算機控制。</p><p>　　近幾十年來，數(shù)字技術和電子計算機的迅速發(fā)展為步進電機的應用開辟了廣闊的前景。在現(xiàn)代工業(yè)，特別是航空、導彈、無線電等工業(yè)中，要求加工的機械零件形狀復雜，數(shù)量多，精度高，利用人工操作不僅勞動強度大，生產(chǎn)效率低，而且要求精度難以達到。目前，我國已較多地將步進電機用于機械加工的數(shù)字程序控制機床中（即數(shù)控機床）；在繪圖機

12、、軋鋼機的自動控制，自動記錄儀表和數(shù)模變換等方面也得到很多的應用。</p><p><b>　　2.2PLC簡介</b></p><p>　　國際電工委員會（IEC）1987年2月頒布第三稿，終稿中對可編程控制器的定義是：</p><p>　　“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)

13、部存儲邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各類型機械的生產(chǎn)過程；而有關的外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)相連成一體，易于擴充其功能的原則設計?！?lt;/p><p>　　PLC的發(fā)展大致分為：初級階段、崛起階段、成熟階段、飛速發(fā)展階段和開放性、標準化階段。PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、體積小、容量大、速度快、易使用、性能高，信息化、軟PLC、標準化、與現(xiàn)場總線技

14、術緊密結合等方向發(fā)展。</p><p>　　初期的PLC主要在以開關量居多的電氣順序控制系統(tǒng)中使用，但20世紀90年代后PLC也被廣泛地在流程工業(yè)自動化系統(tǒng)中使用，一直到現(xiàn)在的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，PLC更是其中的主要角色，其應用面越來越廣。PLC之所以被廣泛使用，其主要原因是：價格低、抗干擾能力強，可靠性高、控制系統(tǒng)結構簡單，通用性強、編程方便，易于使用、功能強大、設計、施工、調(diào)試的周期短、維護方便。</p&

15、gt;<p>　　目前PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、制藥、電力、機械制造、汽車、批量控制、裝卸、造紙/紙漿、食品/糧食加工、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。</p><p><b>　　3設計過程</b></p><p><b>　　3.1設計思想</b></p><p>　　為實現(xiàn)實驗要求

16、本控制程序采用模塊化設計，分為主程序、子程序、和中斷程序。</p><p>　　參數(shù)定義及I\O接口地址分配如下：</p><p><b>　　表1</b></p><p><b>　　1程序完成功能：</b></p><p>　　當按下啟停開關是步進電機運行燈亮，步進電機以1000ms為周期整步運

17、行。</p><p>　　當按下正反轉(zhuǎn)按鈕時步進電機無論快慢反向運行。</p><p>　　當按下快速按鈕時步進電機以100ms為周期快速運行。</p><p>　　當按下慢速按鈕時步進電機以2500ms為周期慢速運行。</p><p>　　再次按下啟停按鈕步進電機停止運行，運行燈滅。</p><p><b>

18、;　　圖1</b></p><p><b>　　2程序完成功能：</b></p><p>　　當按下啟停按鈕時步進電機可以運行。</p><p>　　當按下定位按鈕是步進電機以1000ms為周期運行同時運行燈亮，運行3步后電機停止運行燈滅。（注：該步可重復操作。）</p><p>　　再次按下啟停按鈕步進電機

19、徹底停止。</p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　3.2程序設計</b></p><p>　　設計1程序如圖： </p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　程序Network 1與Network 2表

20、示當啟停鍵按下，按下快速按鈕由于Network 1中快速常閉開關斷開Network 1無法調(diào)用POTSBR1子程序，同時Network 2開始運行子程序POTSBR2由于M0.1的設計快速按鈕自鎖POTSBR2實現(xiàn)持續(xù)的運行。同理按下慢速按鈕時POTSBR2停止POTSBR1開始運行?？炻粹o之間互鎖，快慢鍵自身自鎖。</p><p><b>　　圖4</b></p><

21、p>　　Network 3主要負責按下啟停按鈕時運行燈亮滅，當無快慢信息輸入時POTSBR3運行，由于M0.0和M0.1兩個常閉開關，當按下快慢任意一鍵時POTSBR3停止。同時正反轉(zhuǎn)按鈕按下實現(xiàn)方向的變化 。</p><p>　　Network 1、2、3為并列的主程序，它們共同控制子程序的調(diào)用及一些基本功能。 </p><p>　　一程序子程序如下圖所示：</p>

22、<p>　　子程序中我們使用PLS Q0.0輸出高速脈沖。高速脈沖串輸出PTO和寬度可調(diào)脈沖輸出PWM都由PLS指令激活輸出。Q0.0的寄存器選用SMB67以及SMB68。SMW67為控制PTO\PWM脈沖輸出的基本功能，控制字節(jié)為16#8D。16#8D意為SM67控制字由低到高8位16進制數(shù)為1000 1101即允許脈沖輸出PTO模式下單管線異步更新，以ms為周期單位允許PTO更新輸出脈沖個數(shù)但脈沖周期不更新。SMW68為周

23、期值。</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　上圖為POTSBR1子程序圖中SMB67為16#8D，SMW68為2500，即將慢速運行周期設定為2500ms當調(diào)用該子程序時PLS由Q0.0輸出周期為2500ms的脈沖。</p><p><b>　　圖6</b></p><p>

24、;<b>　　圖7</b></p><p>　　上兩圖同理將快速脈沖周期定為100ms,正常速周期為1000ms。POTSBR1、2、3三個子程序分別等待調(diào)用。</p><p>　　由以上主程序及其子程序即可完成，要求中整步運行，按下慢\快按鈕，電機慢\快速運行。PLC輸出信號為驅(qū)動器方向電平的輸入信號，實現(xiàn)步進電機的方向控制。按下正\反轉(zhuǎn)按鈕，電機正\反轉(zhuǎn)運行。運行

25、燈指示啟停狀態(tài)。</p><p><b>　　2程序設計如圖：</b></p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　Network 1當按下啟停按鈕和定位按鈕時給POTSBR0一個上升沿將其觸發(fā)，為防止定位后下降沿再次觸發(fā)POTSBR0在定位開關和POTSBR之間加一P開關。</p><

26、;p>　　Network 2當按下定位按鈕時運行燈通過自鎖保持在定位期間始終亮。</p><p>　　Network 1、2為2號程序的主程序，二者共同保證子程序的調(diào)用及運行燈的工作。</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　上圖為2號程序的子程序。PLS設置同1號程序脈沖仍由Q0.0輸出，SMD72定為3意為PLS

27、輸出三個脈沖后程序停止。中斷程序名為INT_0，ENI開中斷。</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　上圖為中斷子程序INT_0當脈沖輸出數(shù)為3時中斷，此時運行燈狀態(tài)清零。</p><p>　　由上兩個子程序共同完成計數(shù)中斷從而實現(xiàn)定位。</p><p><b>　　4對比試驗</

28、b></p><p><b>　　4．1對比程序思想</b></p><p>　　完成實驗后我們加入了對比實驗，此次的實驗目的同上，只是設計思路不同。完成主實驗是我們采用了模塊化的設計思路，對完成任務的程序分為主程序和子程序。而此次的設計思路則不分主從，產(chǎn)生脈沖方式則改為計時器產(chǎn)生脈沖。</p><p>　　下圖為1任務程序圖：</

29、p><p><b>　　圖10</b></p><p>　　上圖為一程序運行燈與正反轉(zhuǎn)的控制程序，其設計與主實驗的程序完全相同。</p><p>　　下圖與上圖在該實驗中并列。下圖為正常速與快慢速運行的控制程序。其正常速度周期為1000ms，快速周期為100ms,慢速周期為2500ms。其各狀態(tài)速度同上。</p><p>&

30、lt;b>　　圖11</b></p><p><b>　　下圖為定位程序：</b></p><p><b>　　圖12</b></p><p><b>　　4.2實驗對比</b></p><p>　　經(jīng)過兩次以不同的設計思想對同一任務進行設計，體會到模塊化思想

31、有著極大的優(yōu)越性和先進性。在完成相同功能的前提下，模塊化程序設計時可以實現(xiàn)多人分工同時進行，大大提高了設計效率縮短了設計周期。在閱讀程序時，模塊化的程序會相對短小，便于閱讀。而PTO產(chǎn)生高速脈沖的方式相比于計時器也更為直觀和簡便。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　本次專業(yè)課程實踐已經(jīng)到了尾聲，感激之情溢于言表。從開始進入課題到論文的順

32、利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！</p><p>　　回想實踐這幾個周的經(jīng)過，我感慨頗多。剛接觸到實踐題目，大家都是一臉的迷茫不知如何開始。感謝姚老師，他為我們解答實踐過程中的難點，并悉心的指導的我的操作。在此我向姚老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。同時我還要感謝同組的同學們，感謝大家在我遇到困難和疑惑時真誠的幫助我、支持我。感謝學校給我們提供的方便條件開放實驗室給我

33、們進行課題。我要感謝在我人生中最美麗的四年里出現(xiàn)并給予我無私幫助的所有人，我向你們致以最誠摯的謝意！感謝你們！在論文即將完成之際我在這里再一次感謝我的導師，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。感謝我的同學們對我的幫助和指點。沒有他們的幫助和提供資料對于我一個并沒有明確思路和扎實基礎知識的人來說要想在短短的幾天的時間里充分理解并且靈活運用PLC知識并完成論文是幾乎不可能的

34、事情。非常感謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王永華．現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2003.</p><p>　　[2] 陳隆昌 閻治安 劉新正.控制電機[M].西安:西安電子科技大學出版社,2011.</p><p>　　[3]