基于PLC的步进电机控制

一、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，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。有人将其称为现代工业控制的三大支柱（即PLC，机器人，CAD/CAM）之一。目前可编程序控制器（Programmable Controller）简称PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为：开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网。1.1 PLC的基本结构PLC采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入/输出接口电路等。如果把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的信号均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其它各种运算、处理后送到输出端子，它们是PLC的输出变量，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。1、主机主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。2、输入/输出（I/O）接口I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。3、电源 图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。4、编程 编程是PLC利用外部设备，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的编程软件进行电脑编程和监控。5、输入/输出扩展单元I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。6、外部设备接口此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。1.2 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。二、硬件设计2.1控制要求要求对五相步进电动机五个绕组依次自动实现如下方式的循环通电控制：打开开始开关第一步：ABCDE第二步：AABBCCDDEEA第三步：ABABCBCBCDCDCDEDEDEA第四步：EAABCBCDCDEDEA闭合开关步进电机停止2.2PLC选择1.机型选择（1）I/O点数统计：输入点1点（SD）控制启动停止；输出点5点（A、B、C、D、E），控制步进电机的启动顺序。（2）估算PLC用户程序长度：为I/O总点数的（1020）倍，大约115字节，选用S7-200CPU222/继电器输出的PLC即能满足要求。2.系统配置S7-200CPU222单机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点，选用AD/DC/DC继电器输出的主机，构成一个独立的单机控制系统，该系统满足上述控制要求。2.3I/O分配表面板SDABCDEPLCI0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5表2.1I/O分配表2.4I/O接线图图2.1控制五相步进电动机循环控制线路接线图三、软件设计使用移位寄存器指令，可以大大简化程序设计。移位寄存器指令所描述的操作过程如下：若在输入端输入一串脉冲信号，在移位脉冲作用下，脉冲信号依次移位到各个寄存器的内部继电器中，并将这些内部继电器的状态输出，每个内部继电器可在不同的时间内得到由输入端输入的一串脉冲信号。3.1设计梯形图图3.1步进电机控制梯形图（1）图3.2步进电机控制梯形图（2）图3.2步进电机控制梯形图（3）3.2设计指令表LD I0.0A N M0.0TON T37,20LD T37= M0.0LD I0.0TON T39,30LRDAN T39= M1.0LD M1.0O M0.2= M10.0LD M11.7= M20.0LD M21.1TON T38,20LRD AN T38= M0.2LD M0.0SHRB M10.0,M10.1,15LRD SHRB M20.0,M21.1,9LD M10.1O M10.6O M10.7O M11.3O M11.4O M11.5O M20.5O M20.6O M21.1= Q0.1LD M10.2O M10.7O M11.0O M11.4O M11.5O M11.6 O M11.7O M20.6O M20.7= Q0.2LD M10.3O M11.0O M11.1O M11.5O M11.6O M11.7O M20.1O M20.2O M20.6O M20.7O M21.0= Q0.3LD M10.4O M11.1O M11.2O M11.7O M20.1O M20.2O M20.3O M20.4O M20.7O M21.0O M21.1= Q0.4LD M10.5O M11.2O M11.3O M20.2O M20.3O M20.4O M20.5O M21.0O M21.1= Q0.5结束语 通过本次课程设计，使我对PLC梯形图、指令表、外部接线图有了更加深刻的理解，也使我认识到了PLC在生产生活中的应用和掌握PLC设计的重要性；还有经过在网上查找资料以及到图书馆学习，也使我更好的理解和认识了关于PLC设计原理和实际中的应用过程。在课程设计过程中我们互相讨论，请教老师，在不断的调试各自的程序中，发现了很多各自的问题并进行研究解决。本次课程设计可以为我以后工作打下一定的基础，在这次课设中，我以前关于PLC的知识面得到了拓展，知道的得到了巩固，不知道的，借助于图书馆和网络得到解决，很多辣手的疑难杂症在刘老师和康老师的帮助下得到了很好的解决。在相关的资料的查询中，增长了我的知识和思考能力，通过老师的指导和同学的帮助才使我完成了本次设计，由于时间和我的能力问题，设计中可能会有不恰当的地方，请老师批评指正。参考文献1常斗南 李全利 张学武 编著 可编程序控制器原理应用实验M 北京机械工业出版社1998