PLC实训报告 打印.doc

苏 州 市 职 业 大 学实习（实训）报告课程名称 PLC应用技术课程实训 项目名称 步进电机控制系统设计 2013年06月24日至2013年06月28日共 1 周学院(部) 电子信息工程 班 级 11电气4 姓 名 刘晓庆 学 号 117301402 学院(部)负责人 张红兵 系 主 任 邓建平 指导教师 丁金林 目录第一章 绪论2第二章 PLC控制步进电机系统简介32.1 PLC运动控制32.1.1运动控制基本功能32.1.2 运动控制功能特点32.2 PLC软件系统及常用编程语言42.3 步进电机52.3.1 步进电机概述52.3.2步进电机的运转原理及结构52.3.3步进电机的旋转62.3.4步进电动机的特征72.3.5步进电机的分类7第三章 PLC步进电机基本运动控制系统的设计83.1 运动控制向导83.2按钮方式132.3调试结果16第四章 心得体会17参考文献18第一章 绪论当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中得到广泛应用。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。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信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“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，其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点，给实际的应用带来了很大的方便。它广泛用于消费类产品（打印机、照相机、雕刻机）、工业控制（数控机床、工业机器人）、医疗器械等机电产品中。研究步进电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。控制核心采用C51芯片，它以其独特的低成本，小体积广受欢迎，当然其易编程也是不可多得的优点为此，本文设计了一个单片机控制步进电机的控制系统，可以实现对步进电机转动速度和转动方向的高效控制。本控制系统的设计，由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计主要包括步进电机的工作原理、步进电机的驱动电路设计、PLC的输入输出特性、PLC的外围电路设计以及PLC与步进电机的连接与匹配等问题的实现。软件设计包括主程序以及各个模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制。本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。第二章 PLC控制步进电机系统简介2.1 PLC运动控制 三轴 100 kHz 高速脉冲输出，完美实现精确定位。2.1.1运动控制基本功能1、标准型晶体管输出CPU 模块，ST40/S T60 提供3 轴100 kHz高速脉冲输出，支持PWM（脉宽调制）和PTO 脉冲输出。2、在PWM 方式中，输出脉冲的周期是固定的，脉冲的宽度或占空比由程序来调节，可以调节电机速度、阀门开度等。3、在PTO 方式（运动控制）中，输出脉冲可以组态为多种工作模式，包括自动寻找原点，可实现对步进电机或伺服电机的控制，达到调速和定位的目的。4、CPU 本体上的Q0.0，Q0.1 和Q0.3 可组态为PWM 输出或高速脉冲输出，均可通过向导设置完成上述功能。2.1.2 运动控制功能特点1、提供可组态的测量系统，输入数据时既可以使用工程单位（如英寸或厘米），也可以使用脉冲数；2、提供可组态的反冲补偿；3、支持绝对、相对和手动位控模式；4、支持连续操作；5、提供多达32 组运动动包络，每组包络最多可设置16 种速度；6、提供4 种不同的参考点寻找模式，每种模式都可对起始的寻找方向和最终的接近方向进行选择。2.2 PLC软件系统及常用编程语言PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干预。 用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用来实现各种控制。STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是使用STEP7来进行硬件组态和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果的在线监视。1、PLC提供的编程语言标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点：1）它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。2）梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。3）梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。4）内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。5）PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。2、语句表语言，类似于汇编语言。3、逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个功能左边画输入、右边画输出。2.3 步进电机2.3.1 步进电机概述步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它实际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广。使用多相步进电动机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。2.3.2步进电机的运转原理及结构电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3,即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3，C与齿3向右错开2/3，A与齿5相对齐，（A就是A，齿5就是齿1） 步进电机图2.3.3步进电机的旋转 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力，以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3，此时齿3与C偏移为1/3，齿4与A偏移（-1/3）=2/3。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3，此时齿4与A偏移为1/3对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A通电，电机就每步（每脉冲）1/3,向右旋转。如按A，C，B，A通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。步进电机的静态指标术语拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。2.3.4步进电动机的特征1）运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机驱动器步进电机提供电力脉冲信号控制器以上三部分是步进电机运转必不可少的三部分。控制器又叫脉冲产生器，目前主要有PLC、单片机、运动板卡等等。2)运转量与脉冲数的比例关系3）运转速度与脉冲速度的比例关系2.3.5步进电机的分类1) 永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度。2) 反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。3) 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点，它又分为两相和五相。两相步进角一般分为1.8度而五相步进角一般为 0.72度，这种步进电机的应用最为广泛。第三章 PLC步进电机基本运动控制系统的设计3.1 运动控制向导打开“运动控制”向导，“工具”-“向导”-“运动控制” 图 1.打开“运动控制”向导 1.选择需要配置的轴 2.为所选择的轴命名 图 2.选择需要配置的轴 图 3.为所选择的轴命名3. 输入系统的测量系统（“工程量”或者“脉冲数/转”）图 4.选择测量系统1） 选择工程单位或者是脉冲数；2）选择电机每转脉冲数；本实验设为16003）选择基本单位；本实验设为mm; 4）输入电机每转运行距离 本实验设为2004. 设置脉冲方向输出 5. 配置参考点 图 5.设置脉冲方向输出 图 6.配置参考点1)设置有几路脉冲输出（单相：1路、 1)使能参考点； 双向：2路、正交：2路）； 2)参考点输入点；（本实验X轴为I1.0）2)设置脉冲输出极性和控制方向。 3)指定输入信号有效电平（低电平有效本实验按照默认设置。 或者高电平有效）。6.定义电机的速度 7.定义点动参数 图 7.定义电机的速度 图 8.定义点动参数1）定义电机运动的最大速度“MAX_SPEED”；1）定义点动速度“JOG_SPEED”（本 （本演示台为300mm/s） 示台为50mm/s）2）根据定义的最大速度，在运动曲线中可 2）定义点动位移“JOG_INCREMENT” 以指定的最小速度； 3）定义电机运动的启动/停止速度“SS_SPEED”。（本演示台为20mm/s） 8.加/减速时间设置 9.定义反冲补偿 图 9.加/减速时间设置 图 10.定义反冲补偿1）设置从启动/停止速度“SS_SPEED”到最 反冲补偿为当方向发生变化时，为 大速度“MAX_SPEED的加速度时间“ACC 消除系统中因机械磨损而产生的EL_TIME”； （本演示台为2000ms） 误差，电机必须运动的距离 2） 设置从最大速度“MAX_SPEED”到启动 冲补偿总是正值。3） /停止速度“SS_SPEED”的减速度时间“DECEL_TIME ”。（本演示台为1000ms） 10.使能寻找参考点位置 11.设置寻找参考点位置参数 图 11. 使能寻找参考点位 图 12.设置寻找参考点参 12.设置参考点偏移量 13.设置寻找参考点顺序 图 13.设置参考点偏移量 图 14.设置寻找参考点顺序 14.为配置分配存储区 15.完成组态 图 15.为配置分配存储区 图 16.向导生成的组件16.查看输入输出点分配图 17.输入输出点分配完成配置后运动控制向导会显示运动控制功能所占用的 CPU 本体输入输出点的情况。生成以下子程序：AXIS0_CTRLAXIS0_MANAXIS0_GOTOAXIS0_RUNAXIS0_RSEEKAXIS0_LDOFFAXIS0_LDPOSAXIS0_SRATEAXIS0_DISAXIS0_CFGAXIS0_CACHE3.2按钮方式2.3调试结果程序编辑完成，将程序下载到cpu中，能够实现步进电机的正向运动，反向运动，正向点动，反向点动，暂停与停止。调试成功。 第四章 心得体会通过一周的实训，同学们对PLC编程和步进电机都有了更深一层的了解。PLC编程是一种数字运算操作的电子系统，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，具有可靠性高，抗干扰能力强；编程直观、简单；适应性好；功能完善，接口功能强等优点。 这次为期一周的实训，是一次较全面，较深刻的对PLC知识的综合运用。通过制订设计方案，合理选择程序设计，以及针对学习中出现的问题查阅资料，大大扩展了我们的知识面，培养了我们在本学科方面的兴趣及实际动手能力，对将来我们在此方面的发展起了一个重要的作用。 此次实训中主要问题是不能通过按钮对点机进行正反向长时间运动，最后通过