步进电机滑台PLC控制课程设计报告.doc

大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院 自动化系自动化系 PLC 课程设计报告课程设计报告 题题 目 目 步进电机滑台步进电机滑台 PLC 控制控制 专专 业 业 自动化自动化 班班 级 级 自动化自动化 122 123 124 学生姓名 学生姓名 谭今文 周鸿儒 唐海涛 谭今文 周鸿儒 唐海涛 卢真伊 谭潏 潘竹馨卢真伊 谭潏 潘竹馨 指导教师 指导教师 张涛张涛 设计完成日期 设计完成日期 2015 年年 5 月月 7 日日 课程设计任务书 题目 步进电机滑台 PLC 控制 课程设计时间 2015 4 25 2014 5 7 一 设计任务 采用西门子 S7 300 系列 PLC 使用 Step 7 编写并调试 PLC 控制程序 控制 步进电机直线滑台的运行 实现手动 单次循环 多次循环 定位控制等功能 二 设计内容及要求 掌握步进电机的工作原理 掌握步进电机驱动器的工作原理 直线滑台控制装置的总体方案设计 PLC 控制系统的硬件设计 PLC 控制系统的软件设计和调试 撰写设计报告 资料归档 三 设计重点 PLC 控制系统的软件设计与现场调试 四 课程设计进度要求 学习步进电机和步进电机驱动器的工作原理 总体方案及 PLC 硬件设计 PLC 控制系统的软件设计和仿真调试 PLC 控制系统的现场调试 撰写设计报告 验收答辩 五 参阅书目 1 廖常初 跟我动手学 S7 300 400 PLC 北京 机械工业出版社 2010 年 2 常斗南 PLC 运动控制实例及解析 北京 机械工业出版社 2010 年 目目 录录 1 1 任务分析和性能指标任务分析和性能指标 1 1 1 任务分析 1 1 2 性能指标 1 2 2 总体方案设计总体方案设计 2 2 2 软件方案 3 3 3 硬件设计与实现硬件设计与实现 4 3 1 检测电路 4 3 2 控制电路 4 4 4 软件设计与实现软件设计与实现 6 4 1 梯形图 6 4 2 梯形图功能注释 7 5 5 调试及性能分析调试及性能分析 8 5 1 调试分析 8 5 1 1 软件调试 8 5 1 2 硬件调试 8 5 2 性能分析 8 总总 结结 9 参考文献参考文献 10 附录附录 1 1 元器件清单元器件清单 11 附录附录 2 2 调试系统照片调试系统照片 12 0 1 1 任务分析和性能指标任务分析和性能指标 1 1 任务分析 步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行 元件 每当对其施加一个电脉冲时 其输出轴便转过一个固定的角度 称为一 步 当供给连续脉冲时 就能一步一步地连续转动 步进电机分为反应式 永 磁式和混合式等 步进电机的位移量与输入脉冲数严格成正比 其转速与脉冲 频率和步进角有关 步进电机必须使用专用的步进电机驱动设备才能够正常工 作 步进电机系统的运行性能 除与电机自身的性能有关外 在很大程度上还 取决于驱动器性能的优劣 随着电力电子技术的发展 可以实现细分驱动 即 将一个步距角细分成若干小步来驱动 1 2 性能指标 1 2 1 行程控制 一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器 行程开关 死挡铁 来实现 而数控滑台的行程则采用数字控制来实现 由数控滑台的结 构可知 滑台的行程正比于步进电机的总转角 因此只要控制步进电机的总转 角即可 由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的 控制脉冲个数 因此可以根据伺服机构的位移量确定 PLC 输出的脉冲个数 n DL d 式中 DL 伺服机构的位移量 mm d 伺服机构的脉冲当量 mm 脉冲 1 2 2 进给速度控制 伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速 而步进电机的转速取决于输 入的脉冲频率 因此可以根据该工序要求的进给速度 确定其 PLC 输出的脉冲频 率 f Vf 60d Hz 式中 Vf 伺服机构的进给速度 mm min 1 2 3 进给方向控制 进给方向控制即步进电机的转向控制 步进电机的转向可以通过改变步进 电机各绕组的通电顺序来改变其转向 因此可以通过 PLC 输出的方向控制信号 改变硬件环行分配器的输出顺序来实现 或经编程改变输出脉冲的顺序来改变 步进电机绕组的通电顺序实现 1 2 2 总体方案设计总体方案设计 2 1 硬件方案 一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构 采 用 PLC 控制的数控滑台由可编程控制器 环行脉冲分配器 步进电机驱动器 步进电机和伺服传动机构等部分组成 如图 2 1 所示 图 2 1 硬件组成 元件地址 符号传感器或执行器 说明 I124 0 SB1 常开按钮 1 电机正转 I124 1 SB2 常开按钮 2 电机反转 I124 2 SB0 常闭按钮 1 电机停止开关 I124 3 SB3 常闭按钮 2 右限位开关 I124 6 SB4 常开按钮 3 左限位开关 Q124 1 KM1 直流接触器 正转输出 Q124 2 KM2 直流接触器 反转输出 图 2 2 步进电机滑台控制显示系统 I O 分配 2 2 2 软件方案 Y N Y N Y 图 2 2 程序流程图 开始 启动 正转 触到左限 位开关 反转正转 触到右限 位开关 正转 反转 3 3 3 硬件设计硬件设计与实现与实现 3 1 检测电路 步进电机驱动器接线如图 3 1 所示 图 3 1 HST 6560 系列步进电机驱动器接线图 步进电机接线如图 3 2 所示 图 3 2 42BYGH 系列步进电机接线图 3 2 控制电路 PLC 接线如图 3 3 所示 4 图 3 3 PLC 接线图 I124 0 Q124 0 I124 1 Q124 1 I124 2 Q124 2 I124 3 I124 6 PLC M 24V 脉冲 方向 方向 5 4 4 软件设计软件设计与实现与实现 4 1 梯形图 本设计梯形图程序如图 4 1 所示 6 图 4 1 梯形图程序 4 2 梯形图功能注释 程序段 1 2 由定时器 T0 和 T1 组成一个频率为 50HZ 的脉冲发生器 其 中 I124 0 和 I124 1 的通断都能控制脉冲发生器的接通通断 程序段 3 I124 0 按下后电机正转 I124 3 为右限位开关 当电机正转时 触碰到该限位开关电机将立即反转 I124 2 为停止电机开关 Q124 1 为正转自 保持 Q124 2 与程序段 4 的 Q124 1 构成正反转互锁 程序段 4 I124 1 按下后电机反转 I124 6 为左限位开关 当电机反转时 触碰到该限位开关电机将立即正转 I124 2 为停止电机开关 Q124 2 为反转自 保持 Q124 1 与程序段 3 的 Q124 2 构成正反转互锁 7 5 5 调试及性能分析调试及性能分析 5 1 调试分析 5 1 1 软件调试 打开 STEP 7 软件 将上述梯形图程序输入编辑区 将该程序写入 PLC 的 RAM 并调试运行该程序 5 1 2 硬件调试 1 按下 SB1 开关使电机正转 待滑块触碰到右限位开关时 电机立即反转 按下停止开关 SB0 使电机停转 2 按下 SB2 开关使电机反转 待滑块触碰到左限位开关时 电机立即正转 按下停止开关 SB0 使电机停转 5 2 性能分析 按上述步骤 分别对系统进行软件和硬件的调试 看能否实现相应的功能 本设计用三个开关分别控制步进电机的正转 反转 停止 当电机正转或反转 时 按下停止开关电机将立即停止 当电机正转触到右限位开关时 通过限位 开关的控制 电机将立即反转 当电机反转触到左限位开关时 通过限位开关 控制 电机将立即正转 综上所述 本设计实现了预定的功能 8 总总 结结 通过本次课程设计 我们感性地认识到理论与实际的差别 加深了我们对 本课程设计的理解和认识 设计之初 因不熟悉步进电机的基本原理 导致进 度较慢 通过查阅相关资料 并结合实物对照 了解了本次课程设计的任务要 求与解决方案 在本次课程设计中我们遇到很多问题和故障 如步进电机驱动 器损坏 在锻炼了我们的动手能力的同时也提高了我们的思考 解决问题的 能力 调试的过程就是观察 分析 排错的过程 在进行实验时 应该按照设 计的实验步骤进行观察 记录 然后与原设计进行比较 分析 以判断每一步 是否正确 从而推动整个实验的进程 实验的调试过程 实质上是一个不断发 现问题 不断找出原因 不断解决问题的过程 要解决问题关键是要发现问题 的所在 而要能找到出错的原因 只有通过反复的对实验运行过程中记录的参 数进行分析 比较 才能发现问题 由此可见 在实验室做好现场参数的记录 和分析是相当重要的 这不仅是培养我们养成良好实验习惯的机会 也是让我 们学会将理论知识综合运用 掌握实验技巧 提高动手能力的重要途径 9 参考文献参考文献 1 胡健 西门子 S7 300PLC 应用