五相十拍步进电动机控制课程设计2.doc

目录摘要1第一章 引言2第二章 系统总体方案设计32.1程序设计的基本思路32.2五相步进电动机的控制要求32. 3方案原理分析4第三章 PLC控制系统设计531输入输出编址53.2选择PLC类型63.3 PLC外部接线图63.4 控制流程图73.5 梯形图程序设计93.6 语句表163.7主电路193.8电机正反转控制图203.9元件清单213.10 元件布置图22设计总结23致 谢24参考文献25 摘要 步进电机是一种控制精度极高的电机, 在工业上有着广泛的应用。步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，参数设计置灵活等优点。矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步.改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。本文主要是介绍采用可编程控制器(PLC) 对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方法进行分析。本文详细的介绍了用PLC控制步进电机系统的原理，及硬件和软件设计方法。其内容主要包括I/O地址分配、PIC外部接线图、控制流程图、主电路图、梯形图、元件清单以及语句表。本文设计过程中使用了十六位移位寄存器，大大简化了程序的设计，使程序更间凑，方便了设计。在实际应用中表明此设计是合理有效的。关键词: PLC；梯形图；元件清单；五相十拍步进电机第一章 引言 步进电机作为执行元件，是电气自动化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。目前，比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。但采用单片机控制，不仅要设计复杂的控制程序和I/O接口电路，实现比较麻烦。基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，参数设计置灵活等优点。步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。下面介绍一种基于PLC的步进电机PTO控制的方法。 第二章 系统总体方案设计2.1程序设计的基本思路 在进行程序设计时，首先应明确对象的具体控制要求。由于CPU对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，最长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就越低。因此，在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁紧凑。另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，控制要求或控制时序会发生变化，此时，要求程序修改方便、简单，即要求程序有较好的柔性。以SIMATIC移位指令为步进控制的主体进行程序设计，可较好的满足上述设计要求。2.2五相步进电动机的控制要求：1五相步进电动机有五个绕组: A、B、C、D、E ,正转顺序: ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB反转顺序: ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB2用五个开关控制其工作：1 号开关控制其运行 ( 启 / 停 )。2 号开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.5 秒)。3 号开关控制其中速运行 (转过一个步距角需 0.1 秒)。4 号开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.03 秒)。5 号开关控制其转向 ( ON 为正转，OFF 为反转 )。2. 3方案原理分析2.3.1 功能要求 对五相六拍步进电机的控制，主要分为两个方面：五相绕组的接通与断开顺序控制。正转顺序：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB 反转顺序：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB以及每个步距角的行进速度。围绕这两个主要方面，可提出具体的控制要求如下：可正转或反转；1:运行过程中，2:正反转可随时不停机切换；3:步进三种速度可分为高速（0.05S），中速（0.3S）,低速（0.5S）三档，并可随时手控变速；2.3.2性能要求 在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁紧凑。另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，控制要求或控制时序会发生变化，此时，要求程序修改方便、简单，即要求程序有较好的柔性。第三章 PLC控制系统设计31输入输出编址 控制步进电机的个输入开关及控制A、B、C、D、E五相绕组工作的输出端在PLC中的I/O编址如表1所示。表1 I/O地址分配表输入点输出点元件名称符号地址编码元件名称符号地址编码启/停开关SB1I0.0A绕组AQ0.00.5s低速运行开关SB2I0.1B绕组BQ0.10.1s中速运行开关SB3I0.2C绕组CQ0.20.03s高速运行开关SB4I0.3D绕组DQ0.3控制转向开关QSI0.4E绕组EQ0.43.2选择PLC类型 根据上图的I/O分配表通过查阅手册选择S7-200 CPU222基本单元（8入/6出）1台3.3 PLC外部接线图 PLC外部接线图的输入输出设备、负载电源的类型等的设计就结合系统的控制要求来设定。步进电动机采用五相十拍控制外部接线图如图31所示。图31步进电动机采用五相十拍控制外部接线图3.4 控制流程图 由于上述具体控制要求，可作出步进电机在运行时的程序框图，如图32所示。以工作框图为基本依据，结合考虑控制的具体要求，首先可将梯形图程序分为4个模块进行编程，即模块1：步进速度选择；模块2：起动、停止；模块3：正转、反转；模块4：移位控制功能模块；模块:5：A、B、C、D、E五相绕组对象控制。然后，将各模块进行连接，最后经过调试、完善、实现控制要求.首次选择步进速度启/停正转或反转位移寄存器赋初值低速中速高速发出位移脉冲位移输出控制电机步进十拍计数开始执行位移 NY 图32 控制流程图3.5 梯形图程序设计3.5.1 步进控制设计 采用移位指令进行步进控制。首先指定移位寄存器MW0，按照五相十拍的步进顺序，移位寄存器的初值见表2。表2 移位寄存器初值 M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.1 M0.01 0 0 0 0 0 0 0 0 每右移1位，电机前进一个布局角（一拍），完成十拍后重新赋初值其中M1.2、M1.3、M1.4、M1.5、M1.6和M1.7始终为“0”。据此，可作出移位寄存器输出状态及步进电机正反转绕组的状态真值表，如表3.1、3.2所示。从而得出五相绕组的控制逻辑关系式：正转时A相 Q0.0=M1.1+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0B相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.7+M0.1+M0.0C 相Q0.2=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.5D相 Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5+M0.4+M0.3E相 Q0.4= M0.5+M0.4+M0.3+M0.2+M0.1反转时A相 Q0.0=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.0B相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.2+M0.1+M0.0C相 Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0D相 Q0.3=M0.6+M0.5+M0.4+M0.3+M0.2E相 Q0.4=M1.0 +M0.7+M0.6+M0.5+M0.4表3.1 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表（正转）移位寄存器MW0正转M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE100000000011100010000000001100001000000001110000100000000110000010000000111000001000000011000000100010011000000010010001000000001011001000000000111000表3.2 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表（反转）移位寄存器MW0反转M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE1000000000110000100000000110010010000000100010001000000100110000100000000110000010000001110000001000001100000000100011100000000010011000000000001111003.5.2 梯形图设计 启停使用单按钮控制。梯形图设计如下，首先，按SB2(SB3或SB4)初次选择一种步进速度， 五相步进电动机的速度由定时器T33控制，把三个值50、10、3分别送到VW100可得到低速、中速、高速三种速度。再按SB1，M2.0得电，移位寄存器赋初值，电机开始转动，且定时器开始计时，到设定值时，T33得电动作，移位寄存器值右移一位，C21计数一次，然后T33重新计时。计数十次后动作C21使移位寄存器重新赋值，依次循环。QS控制正反转，ON时I0.4得五相步进电动机正转，OFF时 I0.4失电五相步进电动机为反转。再按一下SB1，C20动作，M20失电，C21复位电机停止转动。 3.6 语句表 3.7主电路3.8电机正反转控制图3.9元件清单控制主电路器件清单序号符号名称型号单位数量单价总价（元）1CPU222XPPLC6ES7214-2BD23-0XB8台1190019002M步进电机86BYGH5430台13603603FU熔断器rm10个23.97.84SB按钮开关la19-11d个52.6135QS刀开关HD11F-100A/38个150506KM交流接触器CJX2-0901个220.5417KT时间继电器H3Y-2个412.5508FR断路器5SJ6320-7CC20个1105.3105.33.10 元件布置图设计总结机电控制技术是一门侧重应用方向的学科。所以要多一点实践。不要看不起小的项目，在其中你能总结出设计程序的逻辑思维方法，总结中不断进步。在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视。在课程设计过程中我了解到，PLC并不是一门单一的编程技术，它是一门系统专业课程。PLC可以广义的认为是一台背嵌入操作系统的高可靠性PC机。首先需要精深PLC本身的编程语言梯形图、语句表语言。达到这个水平你只能读懂编好的程序，并可以设计一些工程需要程序。在一些大型程序中还需要用到数据库的知识，LC入门很快但要不断进取努力。通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过能力。在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合。致 谢 设计过程中我的指导老师给予了我很大的指导和帮助，在此我首先表示感谢。 本课题在选题及研究过程中老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。在他的引导下，我认识了有了设计的思路，极大的开拓了我的学术视野，也为本篇设计打下了理论基础。 在这次设计中老师又给我提出了许多宝贵的意见。虽然我遇到了许多困难，但是我及时的和老师讨论这些问题，最终问题都迎刃而解了。减少了我在这次设计中的困惑和完成时间。在论文撰写方面更是给予了方向性的指导和建设性的意见和建议。 最后感谢在大学三年半期间，传授我知识的老师们，感谢在学习和生活上给予我帮助的同学们，没有他们的帮助就没有我今天的成绩。经过两周的学习，本次课程设计已经接近尾声，作为一个在校学生，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，毕竟这次设计是我第一次进行电气全面和系统的设计，疏漏和不足之处在所难免，可能存在许多细节未做到及时处理，请老师指正，以帮助我不断提高，不断进步。我相信通过这次