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西门子
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直接
控制
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设计
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西门子PLC的步进电机直接控制的设计,西门子,plc,步进,电机,机电,直接,控制,节制,设计
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中文资料浅析步进电机的PLC控制技术与发展趋势1、概述：随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有一了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有一效结合，可进行模拟最控制，具有一远程通信功能等。有-人将其称为现代丁业控制的三大支柱(即PLC，机器人，CAD/CAM)之一,目前可编程控制器广泛应用于冶金、矿业、机械、轻丁等领域，为工业自动化提供了有一力的工具。PLC控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统,使该单元的控制系统成本降低。2、步进电机的基本特点:（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小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，有一的甚至高达摄氏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大，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，并伴有一啸叫声步进电机有一个技术参数:空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值.，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有一负载的情况下，启动频率应更低如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有一加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频.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小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。3、步进电机控制系统的组成：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最，从而达到确定位的目的;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，利用其没有累积误差精度为百分百的特点，泛应用于各种开环控制。4、步进电机的PLC制技术:应使输入步进电机的输入脉冲总数和脉冲频率受到相应的控制。因此在控制软件上设置一个脉冲总数和脉冲频率可控的脉冲信号发生器;对于频率较低的控制脉冲，可以利用PL的定时器构成，脉冲频率可以通过定时器的定时常数控制脉冲周期，脉冲总数控制则可以设置一脉冲计数器C10当脉冲数达到设定值时，计数器C1。动作切断脉冲发生器回路，使其停止,伺服机构的步进电机无脉冲输入时便停止运转，伺服执行机构定位当伺服执行机构的位移速度要求较高时，可以用PLC的高速脉冲发生器.不同的PLC其高速脉冲的频率可达40006000Hz.PLC用来产生控制脉冲,通过PLC编程输出一定数最的方波脉冲，控制步进电机的转角,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以采用软件环行分配器，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大于四时，对于大型生产线应该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的输出输入点数，目前市场有一多种专用芯片可以选用.步进电机功率驱动器PLC输出的控制脉冲放大到几十至上百倍,伏特、几安到几十几安的驱动能力,一般PLC的输出接口具有一定的驱动能力，而通常的晶体管内流输出接口的负载能力仅为十几到几十伏特、几十到几百毫安,但对于功率步进电机则要求几十到上百伏特,几安到几十安的驱动能力，因此应该采用驱动器对输出脉冲进行放大。5、国内外电机的发展趋势:（1）、继续沿着小型化的方向发展随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小，在57,42机座号的电动机应用了多年后，现在其机座号向39,35,30,25方向向下延伸。（2）、对电动机进行综合设计即把转速位置传感器，减速齿轮等和电动机本体综合设计在一起，这样使其能方便地组成一个闭环系统，因而具有一更加优越的控制性能。（3）、向五相和三相电动机方向发展.目前,泛应用的二相和四相电动机，其振动和噪声较大，而五相和三相电动机具有优势性而就这两种电动机而言，五相电动机的驱动电路比三相电动机复杂，因此三相电动机系统的性能价格比要比五相电动机更好一些我国的情况有一所小同，直到20纪纪八十年代，一直是磁阻式步进电动机占统治地位，混合式步进电动机是80年代后期才开始发展，至今仍然是两种结构类型同时并存。尽管新的混合式步进电动机完全.可能替代磁阻式电动机，但磁阻式电动机的整机获得了长期应用，对于它的技术也较为熟悉，特别是典型的混合式步进电动机的步距角与典型的磁阻式电动机的步距角不一样，用户改变这种结构小是很客易的，这就使得两种机型并存的局面难以在较短时问内改变。这种现状对步进电动机的发展是不利的。英文资料TheshallowtreadsintothePLCcontroltechniqueanddevelopmenttrendofelectricalengineering1.Sayall:Alongwiththemicro-electronicstechniqueandthecalculatortechnicalhairExhibition,theprogrammableprefacecontrollerhasanadvancebyleapsandboundsofhairExhibition,itsfunctionhasalreadyoutrunalogiccontrolfarandfar,inproperorderThescopeofcontrol,ithasaneffecttocombinewithcalculator,canenterGotoimitatetocontrolmost,havealongrangecorrespondencefunctionetc.Have-ThepersoniscalleditthemodernDindustrycontrolsofthreepaypillargreatly(namelyPLC,robot,CAD/CAM)ita,currentlyprogrammablecontrollerBEappliedinmetallurgyextensively,Mineralindustry,machine,lightClassDrealm,automatefortheindustryProvidedtothereisthetoolofonedintThePLCcontrolsoftreadtoopenthewreathservoorganizationintotheelectricalengineeringshouldUsedforcombiningtoolmachinetoproduceanon-linenumbertocontrolaslipperypedestaltocontrolautomaticallyMake,cantheprovincegotothenumberofthatunittocontrolsystem,makingthatunitThecostofcontrolingthesystemlowers.2、Treadintothebasiccharacteristicsofelectricalengineering:（1）、treadgenerallyintotheaccuracyoftheelectricalengineeringfortreadintoCapeof3-5%anddontaccumulate.（2）、tallesttemperatureswhichenterelectricalengineeringoutwardappearanceandallowtreadandleadintotheelectricalengineeringtemperaturehighcanmakethemagnetismmaterialofelectricalengineeringbackfirst,causethedintdescendthusisasforloseastep,sotheelectricalengineeringoutwardappearanceallowofthetallesttemperatureshouldbedecidedbysmallbackwithelectricalengineeringmagnetismmaterialandorder;Speakgenerally,themagnetismmaterialbackstoorderallabovehavein130Canofevenbeupto200Cabove,sotreadcompletelynormalintotheelectricalengineeringoutwardappearancetemperaturein80-90C.（3）、dintswhichenterelectricalengineeringwouldwithturntogoupbutdescendsoon，Whiletreadingtoturntomoveintotheelectricalengineering,electricalengineeringeachelectricityfeelingwhichroundasetmutuallywillbecomeoneanti-toelectromotiveforce;Thefrequencyismorehigh,anti-toelectromotiveforcemorebig，biginitsfunction,theelectricalengineeringenlargeswiththefrequency(orspeed)butmutuallytheelectriccurrentletup,causingthedintdescendthus.（4）、canrevolvenormallywhen4enterelectricalengineeringlowspeed,butifhighincertainthespeedcantstart,andthecompanionhavearoartheinterjectiontreadtohaveatechniqueparameterintotheelectricalengineering:emptycarrystartfrequency,thentreadintoelectricalengineeringatemptycarryundercircumstancecanstartnormallyofpulsefrequency,ifthepulsefrequencyishighinshouldbeworth.,Theelectricalengineeringcantstartnormally,thepossibleoccurrencethrowsasteporblocksuptoturn.Underthesituationthatthereisoneload,thestartfrequencyshouldbemuchlowerifwanttomaketheelectricalengineeringattainhighspeedtoturntomove,thepulsefrequencyshouldhaveanaccelerationprocess,thenstartthefrequencyislower,thenpresscertainaccelerationtorisethehighhoped.Treadtoshowthecharacteristicsofwithitintotheelectricmotor,turnagesofmanufacturingtodevelopimportantusetoaccompanywithinthenumeralsmalltogetherofnumeralturntechnicalofdevelopmentandtreadintotheelectricalengineeringtechnicalexaltation，treadwillgetanapplicationinmorerealmsintotheelectricalengineering.3、enteranelectricalengineeringcontrolsystemtoconstitute：TreadisakindofperformanceorganizationthatwillgiveorgetanelectricshockapulseconversiontomovefortheCapeintotheelectricalengineering.Whentreadtoreceivetoapulsesignalintotheactuator,itdrivesasteptopressthedirectionofenactmenttoturntomoveanangleforfixingtobecalledtreadtobeapartfromCapeintotheelectricalengineering,itrevolvesone-stepcirculatewiththefixedangleonestep.CanpasscontrolpulsepiecetocontrolaCapetomovetoattainthepurposeofassurancemostandthus;Canpasscontrolpulsefrequencytocontrolelectricalengineeringtobecomedynamicspeedandaccelerationinthemeantime,thepurposeattainedtoadjustthussoontreadsintotheelectricalengineering.Canbethespecialkindelectricalengineeringthatakindofcontroluses,makeuseofitdidntaccumulateerrormarginaccuracyto100todivide100ofcharacteristics,besuffusedwithtoapplyinvariousopenawreathcontrolPLCwhichenterelectricalengineeringtechnique.4、maketheimportationtreadtobesubjectedtoahomologouscontrolintototalamountandpulsefrequencyoftheimportationpulseofelectricalengineering.Establishthepulsesignaloccurrencethatapulsetotalamountandpulsefrequencycancontrolamachinethereforeandincontrol，software;CanmakeuseofPLinfixedtimeamachinecomposingforthefrequencylowercontrolpulse,thepulsefrequencycanpassinfixedtimemachineinfixedtimeconstantcontrolpulseperiod,thepulseamountscontrolthencanestablishathepulsecounterC10bewhenthepulsenumberattaininitialvalue,countmachineC1.Theactioncutsoffpulsebacktrack,makingitstop,theservoorganizationtreadintotheelectricalengineeringhavenothepulseinputthenstopoperation，servoperformanceorganizationfixedpositionbeservoperformanceorganizationofwhenmovespeedtohavehigherrequest,canusePLChigh-speedpulse，DifferentPLCitthefrequencyofhigh-speedpulsecanreachto4000-6000Hzses.ThePLCisusedtoproducecontrolpulse,passingPLCplaitdistanceexportationseveralpulsescertainlythecontroltreadstoturnCapeintotheelectricalengineering,programmablecontrolleroutputscontrolthepulseenterselectricalengineeringtoswitchonelectricitysequencetoassignbythestephomologousofroundaset.ThePLCcontrolsoftreadcangoanallotmentmachinebyadoptionsoftwarewreathintotheelectricalengineering,thehardwarewreathgoesallotmentmachinetoadoptthePLCresourcesthatthesoftwreathtakesupmore,Treadespeciallytoroundasettocountmutuallyintotheelectricalengineeringbigshouldconsideradoptionhardwarewreathtogoallotmentmachinewellforlargeproductionlineat4,althoughthehardwarestructureisalittlebitalittlemorecomplicated,cansaveanexportationimportationoftakingupthePLCpoint,themarkethasavariousappropriationchipstochoosetousecurrently.TreadtoenlargetoseveraltenhighesthundredfoldsintotheoutputscontroloftheactuatorPLCoftheelectricalengineeringpowerpulse,volt,severalAnnearriveseveraltenseveralAnnesdriveanability,theexportationofgeneralPLCconnectstohavetocertainlydriveanability,butinsideusualtransistorflowexportationtoconnectanoscularloadabilityonlyfortenseveralarriveseveraltenvolts,severaltenarriveseveral100millionAnnebuttreadtothenhaveseveralrequestintotheelectricalengineeringtothepowertenarriveup100volts,severalAnnearriveseveraltenAnnesdriveanabilitysoshouldadoptanactuatortooutputthepulsecarryonenlarging.5、Thedevelopmenttrendof5domesticandinternationalelectricalengineering:（1）、continuealongsmallscaleddirectiondevelopmentturnedalongwithelectricmotorapplicationtherealmopenwidelyandeachkindofwholemachineiscontinuouslysmallscaledtoturn,theelectricmotorwhichrequestswithitskithavetoalsomoreandmoresmall,at57,theelectricmotorof42machineseatnumbersappliesmanyafteryears,nowitsmachineseatnumberto39,35,30,25directionsgetdownextension.（2）、rightnessesofelectricmotorscarryoncomprehensivedesignnamelyturnsoonpositiontospreadafeelingmachine,deceleratethewheelgearetc.andelectricmotoressencetosynthesizedesigntogether,somakeitbeabletoconstitute1toshutwreathsystemexpediently,asaresulthaveonemoresuperiorcontrolfunction.（3）、tofivemutuallywiththreemutuallytheelectricmotordirectiondevelop，Besuffusedwithcurrentlyappliedoftwomutuallywithfourmutuallytheelectricmotor,itsvibrationandvoicearebigger,butfivemutuallywiththreemutuallytheelectricmotorhaveadvantagebutinregardtothesetwokindsofelectricmotors,fivemutuallytheelectricmotordriveelectriccircuitcomparethreemutuallyelectricmotorcomplications,sothreemutuallythefunctionpriceofelectricmotorsystemthanwantthanfivemutuallytheelectricmotorisalittlebitbetterourcountryofthecircumstancehavesmallonetogether,until20Ji,Ji,80s,hasbeenisthetypeoftotreadtosharegovernancepositionintotheelectricmotor,themixturetypetreadintotheelectricmotorisafter80stoexpectjuststartdeveloping,stillistwokindsofstructuretypesuptonowinthemeantimekeepboth.Thoughnewofthehybridtypetreadintotheelectricmotorcompletely.Mayactforthetypeelectricmotor,butthewholemachineofthetypeelectricmotoracquiretoapplyoveralongperiodoftime,toitstechniquealsocompareinordertoacquaintwith,especiallytypicalofhybridtypestreadingtotreadtypeelectricmotorofbeingapartfromtheCapeandtypicalmodeltotreadintotheelectricmotorbedifferentapartfromtheCapethecustomerchangesthiskindofstructuresmallistheguestiseasyverymuch,thismaketwokindsofmodelskeepbothofthesituationishardtochangeinshorterthehourask.Thiskindofpresentconditionisdisadvantageoustothedevelopmentwhichtreadsintotheelectricmotor.毕业设计(论文)任务书学生姓名_唐玉铖指导教师_黄云龙、廖东进、朱秋琴职称副教授、助教、助教系别_信息与电子工程系_专业工自年级04级_班级1课题名称西门子PLC步进电机的直接控制任务与要求：一、设计（论文）要求：本课题的主要任务是通过PLC控制系统,实现对步进电机工作状态的控制。具体设计方案如下：本设计西门子S7-200系列可编程逻辑控制器对步进电机进行控制，通过数字I/O输出口具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过驱动电路驱动步进电机。设计的主要内容和要求：1、根据所选的课题，参考一些优秀的学习网站，完成该课题的建设。2、参与该课题的各位同学必须分工合作。在设计中既要有自己一定的工作量，同时具备良好的团队合作精神。3、毕业设计论文体现了毕业设计的质量，所以各位同学必须在论文中体现自己在毕业设计中所采用的方法、思想以及设计策略。论文的格式包括：（1）中英文摘要（2）目录（3）正文（4）致谢（5）参考文献（6）附录。论文书写要求语言精练、简洁，表达力求准确，字数12000以上，最后要求用A4开纸打印，并装订成册，形成书目结构。4、在整个设计当中要严格按照学校和系部的各种规章制度和要求，按时完成所要求完成的任务。二、设计（论文）条件：提供设计所需的书籍、计算机、PLC设计所需的设备等。三、设计（论文）资料：提供步进电机、PLC设计等相关所需资料。四、设计（论文）教学要求：（可以同一专业相同）要求同学们有较强的学习和自学能力，能根据需要查找资料，独立思考和设计。要求同学熟悉步进电机的工作原理并具有一定的单片机设计能力。五、设计（论文）进度安排：（可以同一专业相同）第01周至第02周：查阅中文及英文资料（并翻译一篇外文资料），了解步进电机的工作原理以及PLC设计内容，收集相关资料；第03周至第03周：完成毕业设计（论文）开题报告，并开始进行毕业设计；第04周至第08周：完成控制系统的硬件设计；第09周至第12周：完成控制系统的软件设计；第13周至第13周：软件和硬件的调试；第14周至第15周：整理相关资料，完成毕业设计（论文）手稿及最终电脑打印的毕业论文；第16周至第16周：毕业设计（论文）小组答辩；第17周至第17周：答辩。六、学生分组名单丁小伟；唐玉铖浙江工业大学浙西分校毕业设计（论文）课题名称：西门子PLC的步进电机直接控制学生姓名：唐玉铖系（部）：信息与电子工程系专业班级：04工自(1)班指导教师：黄云龙、朱秋琴、廖东进职称：副教授、助教、助教2007年6月5日信电系论文文献综述1浙江工业大学浙西分校毕业设计(论文)文献综述课题名称：西门子PLC步进电机的直接控制学生姓名：唐玉铖系（部）：信息与电子工程系专业班级：04工自(1)班指导教师：黄云龙、朱秋琴、廖东进职称：副教授、助教、助教日期：2007.06.5信电系论文文献综述1文献综述一、引言传统的步进电机控制方式由控制器产生控制指令，环形分配器根据指令将输入的单一脉冲串，按土作方式和转向分别依次向连接到步进电机各相绕组的功率放大器分配脉冲，以便形成旋转磁场。这种方式的各部分硬件的设计、选型、接口匹配往往要花费设计者一很大的精力和劳动。接口信号的匹配以及儿器件的质量等对整个系统的可靠性影响很大。现代控制系统中，PLC作为一种广泛应用于工业自动化领域的控制器，它的功能越来越强，性能越来越先进。为了配合步进电机的控制，许多PLC都内置了脉冲输出功能，并设置了相应的控制指令，可以很好地对步进电机进行直接控制。这种控制方式的优点是：大大减少系统设计的工作量，不存在各部分接口信号的匹配问题，提高系统的可靠性。整个控制系统由PLC和步进电机组成。PLC具有实时刷新技术，输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分配能有很高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。并且，PLC有采用大功率晶体管的输出端口，能够满足步进电机各相绕组数10V级脉冲电压、1A级脉冲电流的驱动要求。二、PLC直接控制步进电机技术的发展现状1、PLC技术现状：可编程控制器(简称PLC)是种数字运算操作的电子系统,是在20世纪60年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。它采用可编程序的存储器,其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、计数和算术运算等操作指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。PLC自产生至今只有30多年的历史,却得到了迅速发展和广泛应用,成为当代工业自动化的主要支柱之一。产生和发展过程现代社会要求生产厂家对市场的需求做出迅速的反应,生产出小批量、多品种、多规格、低成信电系论文文献综述2本和高质量的产品。老式的继电器控制系统已无法满足这一要求,迫使人们去寻找一种新的控制装置取而代之。2、PLC在控制步进电机技术中的发展状况：随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围。继续沿着小型化的方向发展。随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小。对电动机进行综合设计。即把转子位置传感器,减速齿轮等和电动机本体综合设计在一起,这样使其能方便地组成一个闭环系统,因而具有更加优越的控制性。向五相和三相电动机方向发展，目前广泛应用的二相和四相电动机，其振动和噪声较大，而五相和三相电动机具有优势性。而就这两种电动机而言，五相电动机的驱动电路比三相电动机复杂，因此三相电动机系统的性能价格比要比五相电动机更好一些。目前利用可编程序控制器（即PLC技术）可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作，它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体化的实现。三、PLC直接控制步进电机的原理1、步进电动机的工作原理及工作方式：步进电机作为一种常用的电气执行元件,广泛应用于自动化控制领域。步进电机的运转需要配备一个专门的驱动电源,驱动电源的输出受外部的脉冲信号和方向信号控制。每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度,这个角度称为步距角。脉冲的数量决定了旋转的总角度,脉冲的频率决定了旋转的速度。方向信号决定了旋转的方向。就一个传动速比确定的具体设备而言,无需距离、速度信号反馈环,只需控制脉冲的数量和频率即可控制设备移动部件的移动距离和速度;而方向信号可控制移动的方向。因此,对于那些控制精度要求不是很高的应用场合,用开环方式控制是一种较为简单而又经济的电气控制技术方案。另外,步进电机的细分运转方式非常实用,尽管其步距角受到机械制造的限制,不能制作得很小,但可以通过电气控制的方式使步进电机的运转由原来的每个整步分成m个小步来完成,以提高设备运行的精度和平稳性。控制步进电机电源的脉冲与方信电系论文文献综述3向信号源常用数控系统,但对于一些在运行过程中移动距离和速度均确定的具体设备,采用PLC(可编程控制器)是一种理想的技术方案。电动机其角位移与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率可以调节电动机的转速。工作方式最常见的有:(1)、三相单三拍工作方式各相的通电顺序为ABC,各相通电的电压波形如图所示。图1三相单三拍工作方式(2)、三相双三拍工作方式双三拍工作方式各相的通电顺序为ABBCCA。各相通电的电压波形如图所示。图2三相双三拍工作方式(3)、三相六拍工作方式在反应式步进电机控制中，把单三拍和双三拍工作方式结合起来，就产生了六拍工作方式，其通电顺序为AABBBCCCA。各相通电的电压波形如图4所示。信电系论文文献综述4图3三相六拍工作方式(4)、其它工作方式（和步进电机本身结构相关）:如二相四拍、二相八拍以及四相四拍和四相八拍等，其工作时电压波形图基本类似，不再赘述。2、西门子PLC控制步进电机：由以上步进电机的工作原理以及工作方式我们可以看出：控制步进电机最重要的就是要产生出符合要求的控制脉冲。西门子PLC本身带有高速脉冲计数器和高速脉冲发生器，其发出的频率最大为10KHz，能够满足步进电动机的要求，与硬件连接相比对于环形脉冲分配器和功率放大器的功能则对PLC提出两个特性要求。一是在此应用的PLC最好是具有实时刷新技术的PLC,使输出信号的频率可以达到数千赫芝或更高。其目的是使环形脉冲分配能有较高的分配速度,充分利用步进电机的速度响应能力,提高整个系统的快速性。二是PLC本身的输出端口应该采用大功率晶体管,以满足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求。如下图所示：PLC步进电机输入信号图4步进电机的PLC直接
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