步进控制plc课设

1、摘 要本文介绍了本实验旨在完成使用PLC（Programmable Logic Controller）控制步进电机的整步运行。文中指出本次使用的编程思想主要为模块化设计即为完成任务可对程序划分为主程序及子程序。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。可编程逻辑控制器（PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的

2、指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段后，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、

3、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。关键词：PLC ；步进控制 ；移位寄存器目录1 概述32硬件设计42.1控制要求42.2选择PLC型号42.2.1 PLC的定义及工作方式42.2.2 PLC的功能52.2.3 PLC的特点52.3系统设计流程示意图62.4 I/O分配表72.5 I/O接线图73软件设计83.1设计梯形图83.2设计程序语句表94调试115结束语126参考文献131 概述近年来，步进控制技术得到了飞速发展，在柔性、精确性、可靠性和宜人性等方面的功能越来越完善，已成为现代先进制造业的基础。 数控就是数字控制，数控

4、技术在机床行业应用得多，就是依靠数字（电脑编程）来控制机床，具有效率高，精度高等主要特点。 数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史

5、上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。 现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段后，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。2硬件设计 2.1控制要求

6、 在步进电机单元完成本实验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。图1.1 步进控制面板2.2选择PLC型号选择合适的机型是PLC控制系统硬件配置的关键问题。目前，国内外生产PLC的厂家很多，不同的厂家的PLC场频随谈基本功能相似，但有些特殊功能、价格、服务及使用的编程指令和编程软件都不同。而同一厂家生产的PLC产品又有不同的系列，同一系列中又有不同的CPU型号，不同系列、不同

7、型号的。因此，如何选择合适的机型至关重要。需了解PLC功能和特点。2.2.1 PLC的定义及工作方式在二十世纪七十年代PLC 问世后，由美国电气制造商协会对PLC下过如下的定义: PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。1982年，国际电工委员会(International Electrical Committee-IEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版对PLC作了如下的定义:PLC是一种数字运算操作的电子系统，专门为在工业环境下应用而设计的。它采用可以

8、编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。图2.1 PLC工作流程2.2.2 PLC的功能（1）开关量逻辑控制（2）模拟量控制（3）闭环过程控制（4）定时控制（5）计数控制（6）顺序（步进）控制（7）数据处理（8）通信和联网2.2.3 PLC的特点（1） 可靠性高、抗干扰能力强（2）通用性强、灵活性好、功能齐全（3）编程简单、使用方便（4）模块化结构（5）安装简单、调试方便（6）网络通信（7）体积

9、小、能耗低、便于机电一体化 开始2.3系统设计流程示意图 A、B、C、D灯灭 启动按钮SD闭合？ N 0.1s后A灯亮 Y 步进电机前进一步 0.2s后B灯亮 步进电机前进一步 0.2s后C灯亮 步进电机前进一步 0.2s后D灯亮 步进电机前进一步 0.2s后A灯亮 步进电机前进一步 固化程序 图2.2系统设计流程示意图2.4 I/O分配表 输入输出接线输入SDI0.0输出ABCDQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3（启动开关与LED数码显示的共用）2.5 I/O接线图 3软件设计 3.1设计梯形图 3.2设计程序语句表 Network 1 / 网络标题LD T40EUSHRB M0.0, M20

10、.0, +4Network 2 LD M20.4ON I0.0R M20.0, 4Network 3 LD M20.3ON I0.0R M0.1, 1Network 4 LD M20.0S M0.1, 1Network 5 LD I0.0AN M0.1= M0.0Network 6 LD I0.0AN T41TON T40, +1Network 7 LD T40TON T41, +1Network 8 LD M20.0= Q0.0Network 9 LD M20.1= Q0.1Network 10 LD M20.2= Q0.2Network 11 LD M20.3= Q0.34调试步进电机的控

11、制系统由可编程控制器和步进电机功率驱动器组成，控制系统中PLC用来产生控制脉冲；通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲，控制步进电机的转角；同时通过编程控制脉冲频率。在输入端输入一串脉冲信号（1000），在移位脉冲作用下，此脉冲信号依次移位（1000-0100-0010-0001-1000-.）至各个寄存器的内部继电器（Q0.0-Q0.1-Q0.2-Q0.3-Q0.0-）中，并将这些内部继电器的状态输出（LED灯A亮-B亮-C亮-D亮-A亮-）。若将梯形图网络三中复位指令的指令操作数M0.1改为M0.2或M0.3，各个寄存器的内部继电器的状态输出将发生改变（1000-0100-0010-0001

12、，即A亮-B亮-C亮-D亮），不会循环移位；若将梯形图网络四中置位指令的指令操作数M0.1改为M0.2或M0.3，各个寄存器的内部继电器的状态输出将发生改变（1000-1100-1110-1111，即A亮-AB亮-ABC亮-ABCD亮），不会循环移位。5结束语 此次课程设计从程序设计、调试仿真到选型、接线，可以说非常贴近实际需求，是锻炼我们综合设计能力的良好体现。我从此次设计中收获颇多，我一开始的设计思路是采用状态转移图实现电机的步进，但不久就发现由于分支较多且要实现正反转较复杂，在一番踌躇过后，选择放弃这种设计思路，转向采用经验设计法。由于步进电机给脉冲就转，不给脉冲电机就不转，而且步进脉冲

13、的频率越高，步进电机转得越快；改变各相的通电方式，就可以改变电机的运行方式；改变通电顺序，就可以控制电机的正、反转。所以，采用经验设计法的主要思想是使用循环位移指令实现正反转与状态变化，通过控制定时器的时间长短来实现速度控制。单个功能的实现是容易的，但组合起来并没有冲突是要动脑子的，经过不停地调试与仿真，最终顺利完成设计任务。因此，设计最重要的就是思路要清晰，而且一旦发现路子走不太通或者走得比较曲折，就要考虑是否需要转换思路（时间上要允许，需慎重）。正确的方向，不断地努力，就一定能达到目的！6参考文献 1 S7-200300PLC入门和应用分析邱道伊主编 北京：中国电力出版社，20083王宜结

14、.步进电机自动加减速运行的研究J.自动化技术与应用，2004，23（2）:52-54.4宣财鑫PLC脉冲控制步进电机技术J机车车辆工艺，2002(1):31-325殷华文,于兆和,马志刚PLC对步进电机的控制技术组合机床与自动化加工技术, 2003 6林春方.可编程控制器原理及其应用M.上海:上海交通大学出版社,2004.7罗妍, 李志蜀, 王汾雁.PLC控制的步进电机频率曲线优化技术研究J.四川大学学报(自然科学版) , 2007,(44,1)8章丽芙, 倪步喜, 张朋.基于 PLC的步进电动机控制系统J. 微电机, 2006,(39,1).9台防编著.可编程控制器应用教程.北京：中国水利水电出版社，200110PLC 脉冲控制步进电机技术宣财鑫(戚墅堰机车车辆工艺研究所, 江苏 常州 )11基于PLC的步进电