基于PLC步进驱动系统设计

12目录摘要2一、绪论3二、总体方案的确定421、总体要求4日立22、操作要求5日立23、整体方案5东芝东芝东芝东芝东芝日立三、设计、选型731、PLC控制部分7日立32、确定步进电机型号东芝9东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝日立33、步进驱动器11日立234、元器件清单及布局图13日立34、PLC梯形图及指令15日立四、个人小结18日立日立日立日立日立基于PLC控制的步进电机的自动往返工作台日立摘要日立长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。本次设计介绍了自动往返工作台的PLC（可编程序控制器）程序设计，包括PLC控制模块，速度和位置反馈模块以及安全控制模块等，对整个控制设计作了全面的阐述和归纳总结，并提出改进的设想。在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。PLC是近年来发展极为迅速、应用极为广泛的工业控制装置。PLC采用编程语言采自易学易懂的梯形图语言，控制灵活方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠等特点。用PLC程序实现工作台自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、3可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。日立关键字PLC；顺序控制；自动化；往返；工作台日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立一、绪论日立随着现代工业设备的自动化，越来越多的工厂设备采用PLC，因此自动化程度越来越高。电器控制技术随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个生产工艺全程自动化，这就离不开控制系统。日立自动往返工作台是基于PLC控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于工作台的运动，与PLC控制系统有着巨大的关系，因此对自动往返工作台的系统设计要予以重视。日立未来展望，21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计4算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。日立日立二、总体方案的确定日立日立21、总体要求日立（1）使用PLC可编程序控制器实现工作台往返循环工作的控制。日立（2）工作台前进及后退由步进电动机通过丝杠拖动。日立（3）点动控制能分别实现工作台前进和后退的点动控制。日立（4）自动循环控制重复循环运行，工作台前进及后退15次1个循环，每碰到换向行程开关时停止3秒后再反向运行。日立（5）采用光栅尺实现工作台位置检测。日立（6）自动循环控制线路为了使步进电动机的正反转控制与工作台的左右运动相配合,在控制线路中设置了四个位置开关SQ1、SQ2、SQ3和SQ4,并把它们安装在工作台需限位的地方。其中SQ1、SQ2被用来自动换接电动机正反转控制电路,实现工作台的自动往返行程控制SQ3、SQ4被用来作终端保护,以防止SQ1、SQ2失灵,工作台越过限定位置而造成事故。在工作台的T形槽中装有两块挡铁,挡铁1只能和SQ1、SQ3相碰撞,挡铁2只能和SQ2、SQ4相碰撞。当工作台运动到所限位置时,挡铁碰撞位置开关,使其触头动作,自动换接电动机正反转控制电路,通过机械传动机构使工作台自动往返运动。工作台行程可通过移动挡铁位置来调节,拉开两块挡铁间的距离,行程就短,反之则短。自动循环控制线路如工作示意图所示。日立日立日立22、操作要求日立（1）点动控制的时候，按下SB1东芝按钮，工作台前进，松开东芝SB1按钮，工作台停止前进，按下东芝SB4东芝按钮，工作台后退，松开SB4东芝按钮，工作台停止后退。日立东芝（2）单循环运行当按下SB1时，是正转启动，当工作台6压下东芝SQ1东芝时，反转停止，延时3秒钟正转，执行单循环操作；按下SB2，效果一样，只是开始的方向不同。日立23、整体方案日立日立日立图21工作示意图日立日立（1）、机械部分日立由步进电动机经过传动链将动力源传递至丝杆，丝杆与固定在工作台上的螺母配合，完成工作台的直线运动，当工作台运动至极限位置时，触动限位开关，限制工作台在一定的行程内工作，起到保护工作台的作用。日立（2）、电气部分日立7PLC初始值，将初始值传递至步进电动机驱动控制器，从而对步进电动机进行速度和方向的控制，工作台在运动后，主副光栅传感器的相对位移经过光电转换器产生微弱的模拟信号量，再经过放大整形电路，将其变成数字信号量，便于PLC高速计数模块的处理，经高速计数模块处理后的信号PLC相匹配，从而便于进行比较处理。日立东芝东芝东芝东芝东芝东芝日立日立日立图22工作方框图日立三、东芝设计、选型日立31、PLC控制部分日立1）PLC的选择日立PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、816位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。考虑到输入电路越简单越好,我们选择额定电压为交流220V电压的PLC,而输入点数要求8点以上,输出至少点数要要求两点以上因此我们选择三菱48M系列PLC。考虑NFX1到输出连接的是步进驱动器我们选择三菱48MT东芝PLC。日立1系列是功能很强大的微PLC，并且能增加特殊功能模块NFX1或扩展板。通信和数据链接功能选项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块和能源控制等重要的应用方面非常完美。其具有以下特点东芝主机点数14/24/40/60，分为晶体管输出/继电器输出，交流电源/直流电源，可扩展到128点。8000步存储容量，并且可以连接多种扩展模块，特殊功能模块，最大可扩展到多达128I/O点。定位和脉冲输出功能一个PLC单元中每相能同时输出2点100KHZ脉冲。PLC配备有7条特殊的定位指令，包括零返回、绝对或相对地址表达方式及特殊脉冲输出控制。东芝通过扩展板连接显示模块或模拟量，扩展输入输出点数9可以使用扩展板增加模拟电位器，输入输出点数增加。并且能安装显示模块FX1N5DM，能监控和编辑定时器、计数器和数据寄存器。还能通过FX1N2ADBD，FX1N1DABD实现模拟量输入，输出。网络和数据通信功能东芝东芝通过连接扩展板或特殊适配器能实现多种通信和数据链接。日立图31三菱48MT东芝日立NFX1日立日立I/O地址分配表输入点输出点10正转点动按钮SB1X1正转输出Y1正转启动按钮SB2X2反转输出Y2停止按钮SB3X3正转点动按钮SB4X4正转启动按钮SB5X5左换向限位开关SQ1X6右换向限位开关SQ2X7左限位保护开关SQ3X8右限位保护开关SQ4X9表1东芝I/O地址分配表日立32、确定步进电机的型号日立（1）百拉格三相混合式步进电机日立百格拉三相混合式步进电机系统采用了与传统的两相和五相混合式步进电机系统截然不同的控制方式，它特有的优点使人们重新认识到步进电机在许多应用中可以取代甚至优于交流伺服电机。其具有以下特点日立交流伺服工作原理，交流伺服运行特性，三相正弦电流驱动输出。日立只要环境温度不超过55，驱动器就可以正常工作。日立电路板采取三防处理，有过热、过压、欠压、过流及电机相间短路保护功能。日立驱动器的输入电源是220VAC，变化范围是3020。东芝日立11东芝电机和驱动器间仅用3根线，同交流异步电机一样，减少连线出错的可能性。日立几乎无共振和爬行，输出相电流可设置，带有十细分和半流功能特性，噪声几乎与交流伺服电机一样。日立比同样尺寸的反应式步进电机所产生的功率大20左右。东芝日立电机的扭矩与它的转速有关，而与电机每转的步数无关。日立电机每转步数可依用户要求分别设定为500、1000、5000、10000步/转。日立由于驱动器采用了正弦电流驱动，使电机的空载启动频率高达43至53KHZ。日立电机上下电时，输出轴位置不变，给工作带来很大方便。日立（2）驱动器和电机间连接日立电机相间电压是3325VAC，电机电缆最长为50米，电缆横截面不小于15平方毫米，电缆的屏蔽层一定要与电机的壳体和驱动器壳体连接，驱动器地和电机地与它们各自的壳体是相连的，连接驱动器和电机间的动力线和所有地线均靠螺钉来固定，这些线的两端要用金属套管套好，然后用螺钉固定，要改变电机的转动方向可以通过互换电机的两相接线来实现。日立日立日立日立下图分别是三根和六根输出线电机的接线图日立12日立驱动器电机电机地橙色白色蓝色红色绿色黄色驱动器电机地电机端图3驱动器和电机间的连线图日立33、步进电机驱动器日立WD3007步进电机驱动器如图所示日立PULSE/CWDIRTAYEMPFLOTCURS12DYVWPELN307信号接口PULSE电机输入控制脉冲信号；DIR电机转动方向控制信号；T复位信号，用于封锁输入信号；AY报警信号；、和D短接为公共地；状态指示灯亮表示驱动器正常工作；M灯亮表示驱动器超温；FL灯亮表示驱动器故障；功能选择OCUR设置电机相电流；SEP1、2设置电机每转的步数；Y可设置成“脉冲和方向”控制方式；也可设置成正转和反转控制方式；D用于设置半流功能；功率接口和接制动电容（用户使用时请与代理商联系）；、V、W接电机动力线，是地；L、N接供电电源；（2）控制方法及接线日立1）WD300的控制信号定义如下日立PULSE东芝东芝东芝脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使电机转动一步。日立DIR东芝东芝东芝东芝东芝方向信号输入端，如“DIR”为低电平，电机按顺时针13方向旋转；“DIR”为高电平电机按逆时针方向旋转。日立CW东芝东芝东芝东芝东芝东芝正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。日立CCW东芝东芝东芝东芝东芝反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。日立RESET东芝东芝东芝复位信号，如复位信号为低电平时,输入脉冲信号起作用，如果复位信号为高电平时就禁止任何有效的脉冲，输入信号无效，电机无保持扭矩。日立东芝东芝东芝东芝注意PULSE与CW，PULSE与CW，DIR与CCW对应同一个接线口，按控制方式不同给出的两种定义名称。日立2）控制信号连接日立上位机的控制信号可以高电平有效，也可以低电平有效。当高有效时，把所有控制信号的负端连在一起作为信号地，低有效时，把所有控制信号的正端连在一起作为信号公共端。东芝日立注意公共端不能与大地（壳体）接到一起。日立东芝“PULSESYS”为控制方式选择开关（见图1），两种状态对应两种控制方式如下所示PULSESYS控制方式高电平有效接线低电平有效接线ON正转和反转PULSE接正转信号日立DIR接反转信号日立PULSE与DIR短接为信号地PULSE接正转信号日立DIR接反转信号日立PULSE与DIR短接为公共端14OFF脉冲和方向PULSE接脉冲信号日立DIR接方向信号日立PULSE与DIR短接为信号地PULSE接脉冲信号日立DIR接方向信号日立PULSE与DIR短接为公共端日立3）PULESYS控制方式选择日立拨码开关（PULSESYS）可设置成两种控制方式日立当设置成“OFF”时，为“脉冲和方向”控制方式；日立当设置成“ON”时，为“正转和反转”控制方式。日立在这里我们选择控制方式为“正转和反转”，且高电平有效接线，便于PLC编程。日立34、元器件清单及布局图日立（1）元器件清单元器件清单型号主要参数数量380/220变压器380AC/220V东芝AC124V直流电源220AC/24V东芝DC1空气开关DZ5203PLC48MTNFX1220V东芝AC1步进驱动器WD3007220V东芝DC1步进电机220V东芝AC1常开按钮BB165光电传感器LM83001NA24V东芝DC2155V电源5V东芝DC2导线若干（2）布局图日立日立空气开关空气开关变压器直流电源PLC步进驱动接线排图34接线布局图日立日立日立日立日立日立日立日立35、PLC梯形图及指令日立1PLC梯形图如下所示日立16日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立2PLC指令日立LD东芝东芝东芝东芝东芝东芝X1日立OR东芝东芝东芝东芝东芝东芝M0日立ANI东芝东芝东芝东芝东芝T203日立OUT东芝东芝东芝东芝东芝T202日立SP东芝东芝东芝东芝东芝K1日立LD东芝东芝东芝东芝东芝东芝T202东芝东芝东芝东芝ANI东芝东芝东芝东芝Y2东芝东芝东芝东芝OUT东芝东芝东芝东芝T203日立17OUT东芝东芝东芝东芝东芝Y1日立LD东芝东芝东芝东芝东芝东芝X2日立SET东芝东芝东芝东芝东芝M0日立LD东芝东芝东芝东芝东芝东芝X3日立RST东芝东芝东芝东芝东芝M0日立RST东芝东芝东芝东芝东芝M1日立LD东芝东芝东芝东芝东芝东芝X4日立OR东芝东芝东芝东芝东芝东芝M1日立ANI东芝东芝东芝东芝东芝T205日立OUT东芝东芝东芝东芝东芝T204日立SP东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝K1日立LD东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝T204日立ANI东芝东芝东芝东芝东芝东芝Y1日立OUT东芝东芝东芝东芝东芝东芝T205日立SP东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝K1日立OUT东芝东芝东芝东芝东芝东芝Y2日立LD东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝X5日立SET东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝M1日立LD东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝X7日立OR东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝M2日立ANI东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝T0日立RST东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝Y1日立18OUT东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝T0日立SP东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝K30日立OUT东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝M2日立LD东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝东芝T0日立SET东芝东芝东芝东芝