PLC课程设计步进电动机.doc_第1页
PLC课程设计步进电动机.doc_第2页
PLC课程设计步进电动机.doc_第3页
PLC课程设计步进电动机.doc_第4页
PLC课程设计步进电动机.doc_第5页
已阅读5页,还剩13页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

沈阳理工PLC课程设计1概述11.1步进电动机11.1.1步进电动机的原理11.1.2步进电动机特点11.2 可编程序控制器的控制系统设计21.2.1 PLC控制系统的设计原则21.2.2 S7-200PLC系统的基本组成21.3 移位寄存器指令(SHRB)42 硬件设计52.1 控制要求52.2 选择PLC型号52.3 系统设计流程示意图52.4 I/O分配表72.5 I/O接线图73.软件设计83.1 程序设计的主要内容83.2 设计梯形图83.2.1 梯形图编程语言概述83.2.2梯形图指令程序93.4 设计指令表103.4.1 指令表编程语言概述103.4.2 指令表指令程序104 调试125结束语16参考文献171概述步进电机的控制系统由可编程控制器、环行脉冲分配器和步进电机功率驱动器组成。控制系统中PLC用来产生控制脉冲;通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲,控制步进电机的转角进而控制伺服机构的进给量;同时通过编程控制脉冲频率既伺服机构的进给速度;环行脉冲分配器将可编程控制器输出的控制脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕组。PLC控制的步进电机可以采用软件环行分配器,也可以采用硬件环行分配器。采用软环占用的PLC资源较多,特别是步进电机绕组相数M4时,对于大型生产线应该予以充分考虑。采用硬件环行分配器,虽然硬件结构稍微复杂些,但可以节省占用PLC的I/O口点数,目前市场有多种专用芯片可以选用。1.1步进电动机1.1.1步进电动机的原理将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机。这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步,所以又称脉冲电动机。步进电动机的转子由软磁材料或永磁材料制成多极的形式,定子上装有多相不同连接的控制绕组。它的激励信号有直流脉冲、多相方波和逻辑序列多种。步进电动机的步距和速度不受电压波动、环境温度和负载变化的影响,而仅与脉冲频率有关。改变脉冲频率就能在很大范围内准确调节电动机的速度。因此步进电动机用于开环数字控制,可大大简化控制系统。步进电动机配以位置检测元件时也可用于闭环数字控制,常用于打印机、带读出器、计数器、绘图机、数控机床、阀门执行机构、定位平台和数模转换器等。步进电动机种类繁多,按运动形式分为旋转式步进电动机和直线式步进电动机。1.1.2步进电动机特点(1)一般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积。(2)步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降乃至于失步,因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点;一般来讲,磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上,有的甚至高达摄氏200度以上,所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。(3)步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。(4)步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电动机以其显著的特点,在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高,步进电机将会在更多的领域得到应用。1.2 可编程序控制器的控制系统设计1.2.1 PLC控制系统的设计原则 在最大限度的满足被控对象控制要求的前提下, 力求使控制系统简单、经济、安全可靠,并考虑到今后生产的发胀和工艺的改进,在选择PLC机型时,应适当留有余地。1.2.2 S7-200PLC系统的基本组成S7-200PLC有基本单元(S7-200CPU模块)、个人计算机(PC)或编程器、STEP7-Micro/WIN32编程软件以及通信电缆组成,如图所示:图1.1S7-200PLC系统的构成 (一)基本单元基本单元也成为主机,由中央处理单元(CPU)、电源以及数字量输入输出单元组成。这些单元被紧凑的安装在一个独立的装置中。基本单元可以构成一个独立的控制系统。 图1.2 S7-200CPU模块S7-200PLC主机型号规格种类较多,以适应不同需求的控制场合。西门子公司推出的S7-200 CPU22X系列产品有:CPU221模块、CPU224模块、CPU226模块等。例如,CPU226模块的I/O总数为40点。其中输入点24点,输出点16点。可带7个扩张模块,用户程序存储器容量为6.6K字。内置高速计数器,具有PID控制器的功能。有2个高速脉冲端和2个RS-485通信口。具有PPI通信协议和自由口协议的通信能力。运行速度快、功能强。适用于要求更高的中小型控制系统。下图是CPU226 AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接线图。24个数字量输入点分成两组。第一组由输入端子I0.0-I0.7、I1.0-I1.4共13个输入点组成,每个外部输入的开关信号均有个输入端子接出,经一个直流电源终至公共端1M;第二组有输入端子I1.5-I1.7、I2.0-I2.7共11个输入点组成,每个外部输入信号有个输入端子接出,经一个直流电源至公共端2M。由于是直流输入模块,所以采用直流电源作为检测各输入接点状态的电源。M、L+两个端子提供DC24V/400mA传感器电源,可以作为传感器的电源输出,也可以作为输入端的检测电源使用。16个数字量输出点分成三组。第一组由输出端子Q0.0-Q0.3共4个输出点与公共端1L组成;第二组有输出端子Q0.4-Q0.7、Q1.0共5个输出点与公共端2L组成;第三组由输出端子Q1.1-Q1.7共7个输出点与公共端3L组成。每个负载的一端与输出点相连,另一端经电源与公共端相连。由于是继电器输出方式,所以既可带直流负载,也可代交流负载。负载的基里原有负载性质确定。输出端子排的右端N、L1端子是供电电源AC120V/240V输入端。该电源电压允许范围为AC85-264V。图1.3 CPU226AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接线图1.3 移位寄存器指令(SHRB) 移位寄存器指令是可以指定移位寄存器的长度和移位方向的移位指令。其指令格式如图1.2所示: 图1.4 移位寄存器指令1)移位寄存器指令SHRB将DATA数值移入移位寄存器。梯形图中,EN为使能输入端,连接移位脉冲信号,每次使能有效时,整个移位寄存器移动1位。DATA为数据输入端。S_BIT指定移位寄存器的最低位。N指定移位寄存器的长度和移位方向,移位寄存器的最大长度为64位,N为正值表示左移位,输入数据(DATA)移入移位寄存器的最低位(S_BIT),并移出移位寄存器的最高位有效位(MSB.b)的地址。计算公式:MSB.b= S_BIT的字节号+(|N|-1+ S_BIT的位号)/8.被8除所得的余数。计算移出的数据被放置在溢出内存位(SM1.1)中。N为负值表示右移位,输入数据移入移位寄存器的最高位中,并移出最低位(S_BIT)。移出的数据被放置在溢出内存位(SM1.1)中。 2)DATA和S-BIT的操作数为I, Q, M, SM, T, C, V, S, L 。数据类型为:BOOL变量。N的操作数为VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, 常量。数据类型为:字节。3)使ENO = 0的错误条件:0006(间接地址),0091(操作数超出范围),0092(计数区错误)。 4)移位指令影响特殊内部标志位:SM1.1(为移出的位值设置溢出位)。2 硬件设计2.1 控制要求在步进电机单元完成本实验。使用移位寄存器指令,可以大大简化程序设计。移位寄存器指令所描述的操作过程如下若在输入端输入一串脉冲信号,在移位脉冲作用下,脉冲信号依次移位到各个寄存器的内部继电器中,并将这些内部继电器的状态输出,每个内部继电器可在不同的时间内得到由输入端输入的一串脉冲信号。 图2.1 步进电动机控制的模拟实验面板图2.2 选择PLC型号选择合适的机型是PLC控制系统硬件配置的关键问题。综合I/O点数的估计、用户存储器容量的估算、CPU功能与结构的选择,可知本次步进电动机控制的模拟中PLC型号选择:1)I/O点数的统计:输入1点(SD);输出4点(A、B、C、D),控制步进电机。SD为启动按钮。2)估计PLC用户程序长度:为I/O点数的(10-20)倍,选用S7-200 CPU226 CN AC/DC/RLY输出的PLC即能满足要求。2.3 系统设计流程示意图 开始 A、B、C、D灯灭 步进电机前进一步 0.2s后A灯亮 步进电机前进一步 0.2s后D灯亮 步进电机前进一步 步进电机前进一步 0.2s后B灯亮 步进电机前进一步 0.1s后A灯亮 启动按钮SD闭合? N Y 0.2s后C灯亮 固化程序图2.2 系统设计流程示意图2.4 I/O分配表 表2.1输入输出接线 输入 SD I0.0 输出 ABCDQ0.0Q0.1Q0.2Q0.32.5 I/O接线图图2.3 I/O接线图3.软件设计3.1 程序设计的主要内容 (一)PLC程序功能分析和设计 就软件而言,对工程设计人员就是编制应用程序。在编写程序之前,手电要确定应用程序的功能,可以从控制功能、操作功能、自诊断功能三方面来考虑。 (二)程序结构设计的分析和设计程序结构分析和设计的基本任务就是以模块化程序节后为前提,以系统功能要求为依据,按照相对独立的原则,将全部程序划分为若干个“程序模块”并对每一“模块”提供程序要求、规格说明。(三)编制程序规格说明书 程序规格说明书应包括技术要求、编制依据等内容。如整体应用程序功能要求:程序模块功能要求;受控设备及其动作时序、精度、计时、和响应速度要求;输入装置、输入条件、执行装置、输出条件和接口条件;输入模块和输出模块或I/O分配表等。 (四)程序设计 根据PLC控制系统硬件结构和生产工艺要求,在程序规格说明书的基础上,使用相应的编程语言指令,编制实际应用程序的过程就是程序设计。3.2 设计梯形图3.2.1 梯形图编程语言概述 梯形图(LAD)是与电气控制电路图相呼应的图形语言。它沿用了继电器、触点、串并联等术语和类似的图形符号,并简化了符号,还增加了一些功能性的指令。梯形图是融逻辑操作、控制于一体,面向对象的、实时的、图形化的编程语言。梯形图信号流向清楚、简单、直观、易懂,很适合电气工程人员使用。梯形图(LAD)在PLC中使用得非常普遍,通常各厂家,各型号PLC都把它作为第一用户语言。3.2.2梯形图指令程序3.4 设计指令表3.4.1 指令表编程语言概述 语句表(STL)使用助记符来表达PLC的各种控制功能的。它类似于计算机的汇编语言,但比汇编语言直观易懂,编程简单,因此也是应用很广泛的一种编程语言。这种编程语言可使用简易编程器编程,但比较抽象,一般于梯形图语言配合使用,互为互补。目前,大多数PLC都有语句表编程功能,但各厂家生产PLC的语句表(STL)所用的助记符互不相同,不能兼容。3.4.2 指令表指令程序Network 1 / 网络标题LD T40EUSHRB M0.0, M20.0, +4Network 2 LD M20.4ON I0.0R M20.0, 4Network 3 LD M20.3ON I0.0R M0.1, 1Network 4 LD M20.0S M0.1, 1Network 5 LD I0.0AN M0.1= M0.0Network 6 LD I0.0AN T41TON T40, +1Network 7 LD T40TON T41, +1Network 8 LD M20.0= Q0.0Network 9 LD M20.1= Q0.1Network 10 LD M20.2= Q0.2Network 11 LD M20.3= Q0.34 调试步进电机的控制系统由可编程控制器和步进电机功率驱动器组成,控制系统中PLC用来产生控制脉冲;通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲,控制步进电机的转角;同时通过编程控制脉冲频率。 在输入端输入一串脉冲信号(1000),在移位脉冲作用下,此脉冲信号依次移位(1000-0100-0010-0001-1000-.)至各个寄存器的内部继电器(Q0.0-Q0.1-Q0.2-Q0.3-Q0.0-)中,并将这些内部继电器的状态输出(LED灯A亮-B亮-C亮-D亮-A亮-)。若将梯形图网络三中复位指令的指令操作数M0.1改为M0.2或M0.3,各个寄存器的内部继电器的状态输出将发生改变(1000-0100-0010-0001,即A亮-B亮-C亮-D亮),不会循环移位;5结束语通过这段时间的课程设计,使我对步进电动机有了更深刻的理解,了解了电动机的起源和发展,还有步进电动机实例的应用以及应用过程中的优势和缺点。也对可编程控制器有了新的认识,并且熟悉了可编程控制器在步进电动机控制系统中的应用。这让我的学习不再是课本上理论知识,还有它的实用化。课程设计过程中,有很多自己弄不明白的地方,通过向同学咨询,上网搜索或者到图书馆查阅资料,让问题得到了解决。这使自己有一种成就感,对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。通过这次设计,我还认识到无论做什么工作,都需要踏实、勤奋、严谨的工作态度,这对我以后的学习将会产生深远的影响。无论在以后的生活还是学习中自己都将要,认真完成自己的工作。由于自己知识和能力的有限,课程设计中会出现不足或者错误的地方,希望老师能够批评指正,感谢老师的指导!参考文献1 刘顺禧. 电气控制技术. 北京:北京理工大学出版社,19952 袁任光.

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论