五相十拍步進電動機控制課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　第一章 引言2</b></p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設計3</p><p>　　2.1程序設計的基本思路3</p><p&

2、gt;　　2.2五相步進電動機的控制要求3</p><p>　　2. 3方案原理分析4</p><p>　　第三章 PLC控制系統(tǒng)設計5</p><p>　　3．1輸入輸出編址5</p><p>　　3.2選擇PLC類型6</p><p>　　3.3 PLC外部接線圖6</p><p&g

3、t;　　3.4 控制流程圖7</p><p>　　3.5 梯形圖程序設計9</p><p>　　3.6 語句表16</p><p><b>　　3.7主電路19</b></p><p>　　3.8電機正反轉(zhuǎn)控制圖20</p><p>　　3.9元件清單21</p><

4、;p>　　3.10 元件布置圖22</p><p><b>　　設計總結(jié)23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p>　　摘要 步進電機是一種控制精度極高的電機, 在工業(yè)

5、上有著廣泛的應用。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。基于PLC控制的步進電動機具有設計簡單，實現(xiàn)方便，參數(shù)設計置靈活等優(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計原理及方法進行分析。本文詳細的介紹了用PLC控

6、制步進電機系統(tǒng)的原理，及硬件和軟件設計方法。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。本文設計過程中使用了十六位移位寄存器，大大簡化了程序的設計，使程序更間湊，方便了設計。在實際應用中表明此設計是合理有效的。</p><p>　　關鍵詞: PLC；梯形圖；元件清單；五相十拍步進電機　</p><p><b>　　第一章 引

7、言</b></p><p>　　步進電機作為執(zhí)行元件，是電氣自動化的關鍵產(chǎn)品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機械等領域。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，不僅要設計復雜的控制程序和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計簡單，實現(xiàn)方便，

8、參數(shù)設計置靈活等優(yōu)點。步進電機廣泛應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>　　下面介紹一種基于PLC的步進電機PTO控制的方法。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設計&l

9、t;/p><p>　　2.1程序設計的基本思路</p><p>　　在進行程序設計時，首先應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)控制要求的基礎上，應使程序盡量簡潔﹑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

10、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移位指令為步進控制的主體進行程序設計，可較好的滿足上述設計要求。</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→A

11、B</p><p>　　反轉(zhuǎn)順序: ABC←BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB</p><p>　　2．用五個開關控制其工作：</p><p>　　1 號開關控制其運行 ( 啟 / 停 )。</p><p>　　2 號開關控制其低速運行 (轉(zhuǎn)過一個步距角需 0.5 秒)。</p><p>　　

12、3 號開關控制其中速運行 (轉(zhuǎn)過一個步距角需 0.1 秒)。</p><p>　　4 號開關控制其低速運行 (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><

13、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。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>

14、<p><b>　　1:運行過程中，</b></p><p>　　2:正反轉(zhuǎn)可隨時不停機切換；</p><p>　　3: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>

15、　　在實現(xiàn)控制要求的基礎上，應使程序盡量簡潔﹑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。</p><p>　　第三章 PLC控制系統(tǒng)設計</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及控制A、B

16、、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>　　3.2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><

17、p>　　PLC外部接線圖的輸入輸出設備、負載電源的類型等的設計就結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來設定。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>　　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

18、，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&g

19、t;　　Y</b></p><p>　　圖3—2 控制流程圖</p><p>　　3.5 梯形圖程序設計</p><p>　　3.5.1 步進控制設計</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

20、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、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系式：</p><p><b>　　正轉(zhuǎn)時</b

21、></p><p>　　A相 Q0.0=M1.1+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0</p><p>　　B相 Q0.1=M1.1+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+

22、M0.3</p><p>　　E相 Q0.4= M0.5+M0.4+M0.3+M0.2+M0.1</p><p><b>　　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</

23、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+M0.4+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)）</

24、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 梯形圖設計</p><p>　　啟停使用單按鈕控制。梯形圖設計如下，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

25、，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復位電機停止轉(zhuǎn)動。</p><p><b>　　3.6 語句表 <

26、/b></p><p><b>　　3.7主電路</b></p><p>　　3.8電機正反轉(zhuǎn)控制圖</p><p><b>　　3.9元件清單</b></p><p>　　3.10 元件布置圖</p><p><b>　　設計總結(jié)</b><

27、/p><p>　　機電控制技術(shù)是一門側(cè)重應用方向的學科。所以要多一點實踐。不要看不起小的項目，在其中你能總結(jié)出設計程序的邏輯思維方法，總結(jié)中不斷進步。</p><p>　　在學完PLC理論課程后我們做了課程設計，此次設計以分組的方式進行，每組有一個題目。由于平時大家都是學理論，沒有過實際開發(fā)設計的經(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習。我們基本學會了PLC設計的步聚和基本方

28、法。分組工作的方式給了我與同學合作的機會，提高了與人合作的意識與能力。</p><p>　　通過這次設計實踐。我學會了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可以廣義的認為是一臺背嵌入操作

29、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。達到這個水平你只能讀懂編好的程序，并可以設計一些工程需要程序。在一些大型程序中還需要用到數(shù)據(jù)庫的知識，LC入門很快但要不斷進取努力。</p><p>　　通過合作，我們的合作意識得到加強。合作能力得到提高。上大學后，很多同學都沒有過深入的交流，在設計的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個人互責一定的部分，同時在一定的階段共同討論，以解決分

30、工中個人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見，同時我們還向別的同學請教。在此過程中，每個人都想自己的方案得到實現(xiàn)，積極向同學說明自己的想法。能過比較選出最好的方案。在這過程也提高了我們的表過能力。</p><p>　　在設計的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學習的過程中，不是每一個問題都能自己解決，向老師請教或向同學討論是一個很好的方法，不是有句話叫做思而不學者殆。做事要學思結(jié)合。</p&

31、gt;<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　設計過程中我的指導老師給予了我很大的指導和幫助，在此我首先表示感謝。</p><p>　　本課題在選題及研究過程中老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。老師以其嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我

32、產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。在他的引導下，我認識了有了設計的思路，極大的開拓了我的學術(shù)視野，也為本篇設計打下了理論基礎。</p><p>　　在這次設計中老師又給我提出了許多寶貴的意見。雖然我遇到了許多困難，但是我及時的和老師討論這些問題，最終問題都迎刃而解了。減少了我在這次設計中的困惑和完成時間。在論文撰寫方面更是給予了方向性的指導和建設性的意見和建議。</p>

33、;<p>　　最后感謝在大學三年半期間，傳授我知識的老師們，感謝在學習和生活上給予我?guī)椭耐瑢W們，沒有他們的幫助就沒有我今天的成績。經(jīng)過兩周的學習，本次課程設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個在校學生，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，畢竟這次設計是我第一次進行電氣全面和系統(tǒng)的設計，疏漏和不足之處在所難免，可能存在許多細節(jié)未做到及時處理，請老師指正，以幫助我不斷提高，不斷進步。我相信通過這次全面系統(tǒng)的設計以及在這個過程中各

34、位老師的不斷點撥，在今后的工作中我一定會做到更好。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]張萬忠，劉明芹.電氣與plc控制技術(shù).北京:化學工業(yè)出版社，2003[2]程子華，PLC原理與實例分析.北京:國防工業(yè)出版社，2006[3]廖常初，PLC編程及應用.北京: 機械工業(yè)出版社，2005[4]高欽和，可編程控制器應用技術(shù)及其設計