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- 关 键 词：
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步进
电机
机电
调速
往复
成型
系统
设计
- 资源描述：
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目录
1引言1
1.1 步进电机的发展1
1.2 本课题的研究意义3
1.3 本课题的研究内容3
2 PLC与步进电机简介3
2.1 PLC4
2.2 步进电机8
3步进电机控制系统的整体设计12
3.1 系统控制框架图12
3.2 系统控制流程图12
3.3 I/O点的分配14
3.4PLC的选型14
3.5 步进电机的选型15
3.6 驱动器的选型16
3.7 步进电机系统控制I/O接线图19
4 步进电机控制系统控制梯形图设计21
4.1 PLC编程指令21
4.2梯形图设计23
4.3程序调试27
总结与致谢28
参考文献29
附录30
原始数据（资料）：
步进电机转数0-1000R/MIN，
加减速时间50-5000MS，
丝杠螺母副行程200MM，
丝杠螺距4MM，
PLC数据手册，
PLC编程手册。
毕业设计（论文）主要内容：
1. 步进电机功能说明；
2. 步进电机加减速失步分析；
3. PLC高速脉冲输出程序设计；
4. PLC性能及选型，步进电机定位精度分析；
5. 结合本课题涉及技术内容查阅并翻译5000～8000印刷字符的PLC或自动化控制英文资料；
6.编写设计说明书。
学生应交出的设计文件（论文）：
1．图纸
（1）主回路、控制电路电气原理图A3图纸1张；
（2）PLC控制梯形图程序A3图纸1张；
（3）系统流程图A3图纸1张。
2．说明书
（1）介绍PLC基础知识，包含PLC的由来发展、功能、工作原理、PLC指令以及编程软件等内容介绍；
（2）控制的相关要求；
（3）控制设计（包含：制定程序流程图、分配PLC I/O接口、控制电路电气原理图、编制程序）
- 内容简介：
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机械学院 毕业设计开题报告 毕业设计题目 ： 步进电机调速及往复成型系统设计 学 生 姓 名 ： 指 导 教 师 姓 名 ： 专 业： 机械设计制造及其自动化 2 0 1 5 年 3 月 12 日 nts 1.课题名称： 步进电机调速及往复成型系统设计 2.课题研究背景： 步 进电机又 被称作 脉冲电机或阶跃电机 。 从广义上讲，步进电机是一种 利用 脉冲信号 进行 控制的无刷式直流电机，也可看作是在一定频率范 围内转速与控制脉冲频率同步的同步电机。 步进电机的机理是基于最基本的电磁铁作用，其原型起源于 1830 年至 1860 年间。 1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中 ， 被认为是最初的步进电机。此后，在电话自动交换中广泛使用了步进电机。不久又在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中广泛使用。 1960 年 后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应运而生，而半导体技术的发展则推进了步进电机在众多领域的应用。在近 30年间，步进电机迅速地发燕并成熟起来。从发展趋向来讲，步进电机已经 能与直流电机、异步电机、以及同步电机并列，从而成为电机的一种基本类型。 我国步进电机的研究及制造起始于本世纪 50 年代后期。从 50 年代后期到 60 年代后期， 主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。这些产品以多段结构三 相反应式步进电机为主。 70 年代初期，步进电机的生产和研究有所突破。除反映在驱动器 设计方面的长足进步外，对反应式步进电机本体的设计研究发展到一个较高水平。 70 年代中期至 80 年年代中期为成品发展阶段，新品种高性能电机不断被开发。自 80 年代中期以来，由于对步进电机精确模 型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品广泛利用。 目前国外在大功率的工业设备驱动上基本上不适用大扭矩的步进电机，因为从驱动电路的效率、成本、噪音、加速度、绝对速度、系统惯量与最大扭矩上进行比较不太划算，还是使用直流电机外加电机编码器技术的经济指标高。在小功率的场合也使用步进电机，例如一些工业生产装备、工业器材、打印机、复印件、速印机和银行的自动柜员机等。国外已用许多现代化的手段在驱动应用上将步进电机排挤了出去。 而国内过去是使用大力矩步进电机来进行实现机床的数控操作，一些有实力的企业现在也采 用交流电机来驱动数控机床。驱动设备的主要差距是国外对交流电机的控制理论与工程分析和应用能力较强，使用先进的控制理论来作为软件写在控制器的内部。 总的来说，步进电机是一种简易的开环控制，对其运用者的要求较低且不适于大功率的nts场合使用，尤其是在卫星、雷达以及一些航空航天方面。中国在文化大革命的后期就已开始进行生产环形力矩电机，在高品质的场合，有时还不能使用步进电机。 3.课题研究意义 ： 步进电机是一种离散运动的装置 ,它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中 ,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式 交流伺服系统的出现 ， 交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势 ,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件 ， 把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出 ， 分为直流和交流伺服电动机两大类。伺服电机接收到 1 个脉冲，就会旋转 1 个脉冲对应的角度，从而实现位移 。 因为伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲 。 这样，和伺服电机接受的脉冲形成了闭环，系统就会知道 发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位 。 在性能上比较，交流伺服电机要优于直流伺服电机，交流伺服电机采用正弦波控制，转矩脉动小，容量可以比较大。直流伺服电机采用梯形波控制，相对差一些。直流伺服电机中无刷伺服电机比有刷伺服电机要性能要好。 虽然两者在控制方式上相似 ,脉冲串和方向信号 相同， 但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。 （ 1）步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例 ， 它具有速度过载和转矩过载 能力。其最大转矩为额定转矩的三倍 ， 可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力 ， 在选型时为了克服这种惯性力矩往往需要选取较大转矩的电机 。 而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩 ， 便出现了力矩浪费的现象。 （ 2）步进电机的控制为开环控制 ， 启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象 ，而 停止时转速过高易出现过冲的现象 。 所以为保证其控制精度 ， 应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制 ， 驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样 ， 内部构成位置环和速度环一般不会出现步进电机的丢步或过冲 的现象 且 控制性能更为可靠。 （ 3） 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲nts信 号时， 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 ， 为“步距角” 。 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量 ， 从而达到准确定位的目的 。 同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度 ， 从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机 ， 利用其没有积累误差 (精度为 100%)的特点 ， 广泛应用于各种开环控制。 （ 4）步进电机在低速时易出现低频振动现象。振 动频率与负载情况和驱动器性能有关 ，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时 ， 一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象 ， 比如在电机上加阻尼器或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳即使在低速时也不会出现振动现象 。 所以 交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机 ， 但在 成本方面要比步进电机高。由于 步进电机在控制性能方面良好，其启动、反转、停车或其它运行方式上都可在少数脉冲之内完成，且可获得较高的控制精度，因此应用广 泛。而 PLC 是一种以微处理器为基础的工业自动化装置，其恶劣工业环境的适应性与可靠性较高，用其对步进电机实现有关快、中、慢速以及往复成型的控制操作简单，简单易懂。随着现代化技术的发展，步进电机将会充分体现出其重要的作用。 4.文献查阅、资料收集概况： 1黄永红主编 . 电气控制与 PLC 应用 技术 ,北京： 机械工业 出版社， 2011 2马文烈，程荣龙主编 . 电工电子技术 ,武汉 ： 华中科技大学 出版社， 2012 3姜培刚，盖玉先主编 . 机电一体化系统设计 ,北京： 机械工业 出版社， 2003 4苑尚尊，贺春玲主 编 . 电机拖动与电气技术实验指导书 ,北京：中国水利水电出版社，2008 5吴培刚， 电工与电子技术综合训练实习指导书 北京：中国水利水电出版社， 2008 6蔡行健，黄文钰主编 . 深入浅出西门子 S7-200PLC（第二版） ,北京：北京航空航天大学出版社， 2003 7西门子公司 , SIMATIC S7-200 可编程序控制器系统手册 .2002 8杨长能 , 电机拖动基础 ,重庆：重庆大学出版社， 2003 9周艳秋 ,步进电机定位控制技术的研究 .大连交通大学 .2009 nts10董桂菊 ,步进电机 控制系统的研究 .农业化研究 .2002 11宋锦 ,步进电机的单片机控制方法 .武汉工程职业技术学院学报 .2006 12谭威 ,基于 PLC 的工业控制系统的设计与实现 .华中科技大学 .2007 13孙建仁 ,步进电机的 PLC 控制系统设计 .机械研究与应用 .2001 14晁阳可编程控制器原理应用与实例解析 M. 北京：清华大学出版社， 2007 15教育部高等教育司等编 . 高等学校毕业设计（论文）指导手册 M北京：高等教育出版社， 2008 5.设计的主要内容： （ 1）对 步进电机调速及往复成型系统设 计 控制方案进行总体设计； （ 2）选择控制系统中所需硬件并进行控制系统设计（ CPU 选型、输入输出接口配置、各电器元件选型等）； （ 3）控制系统程序设计（梯形图、语句表程序等）； （ 4）对控制系统的工作原理进行分析和说明； （ 5）结合本课题查阅并翻译 5000 8000 个印刷符号的英文资料； （ 6）编写 15000 20000 字的设计说明书 ； 6.设计（论文）提交形式 ： 6.1 图纸 （ 1）主回路、控制电路电气原理图 A3 图纸 1 张； （ 2） PLC 控制梯形图程序 A3 图纸 1 张 ； （ 3）系统流程图 A3 图纸 1 张 。 6.2 说明书 （ 1）介绍 PLC 基础知识，包含 PLC 的由来发展、功能、工作原理、 PLC 指令以及编程软件等内容介绍； （ 2）控制 的相关 要求； （ 3）控制设计 （ 包含：制定程序流程图、分配 PLC I/O 接口、控制电路电气原理图、编制程序 ） ； nts7.进度安排 ： 第一周 发放与接收任务书、收集资料、查阅文献、翻译英文资料、撰写开题报告 ； 第二周 进行 开题报告审查、开题答辩 以及 英文翻译答辩； 第三周 实习调研、熟悉 PLC 的工作原理及控制系统的设计方法 ； 第四周 查阅并学习关于 西门子 PLC 的相关资料 ， 了解其工作原理 以 及编程指令 ； 第五周 了解并掌握 S7-200PLC 的硬件组态； 第六周 学习有关电路电气的控制原理图以及绘制方法； 第七周 学习并掌握 编程的相关知识
- 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。
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