五相单双十拍步进电动机控制程序设计与调试75255

1、机电工程学院课程设计说明书设计题目:五相单双十拍步进电动机控制程序地设计与调试学生姓名:学号：20094805专业班级：机制F09指导教师:2018年12月11日1 / 22内容摘要步进电机是一种控制精度极高地电机，在工业上有着广泛地应用步进电动机具 有快速起停、精确步进和定位等特点，所以常用作工业过程控制及仪器仪表地控制元 件.基于PLC控制地步进电动机具有设计简单，实现方便,参数设计置灵活等优点矩角 特性是步进电机运行时一个很重要地参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步改善矩角特性一般通过增加步进电机地运行拍数来实现本文主要是介绍采用可编程控制器（PLC对五相十拍步进电机进行

2、控制地设计原理及方法进行分析本文详细地介绍了用PLC控制步进电机系统地原理，及硬件和软件设计方法.其内容主要 包括I/O地址分配、PIC外部接线图、控制流程图、梯形图以及语句表.本文设计过 程中使用了移位指令，大大简化了程序地设计，使程序更间凑，方便了设计在实际应用 中表明此设计是合理有效地.b5E2RGbCAP关键词：PLC ； 梯形图；五相十拍步进电机第1章引言11.1 五相步进电动机地控制要求11.2 程序设计地基本思路1第2章PLC控制系统设计32.1 PLC类型选择32.2 I/O点地分配与编号32.3 PLC外部接线图42.4绘制控制流程图52.5梯形图程序设计72.5.1步进控制

3、设计72.5.2梯形图92.6程序指令表132.7程序调试16设计总计21谢辞2223参考文个人资料整理_仅限学习使用_第1章引言步进电机作为执行元件，是电气自动化地关键产品之一，广泛应用在各种自动化控 制系统和精密机械等领域.步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，所以常用作工业过程控制及仪器仪表地控制元件目前,比较典型地控制方法是用单片机产生 脉冲序列来控制步进电机.但采用单片机控制，不仅要设计复杂地控制程序和I/O接口 电路，实现比较麻烦基于PLC控制地步进电动机具有设计简单，实现方便，参数设计置 灵活等优点步进电机广泛应用于对精度要求比较高地运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘

4、驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等.矩角特性是步进电机运行时一个很重要地参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步改善矩角特性一般通 过增加步进电机地运行拍数来实现.plEanqFDPw1.1 五相步进电动机地控制要求1 五相步进电动机有五个绕组：A、B、C、D E .正转顺序：A A4 B BS C C D DE E EA 反转顺序：EA JDE D DC-BOBAADXDiTa9E3d2 用五个开关控制其工作：1号开关控制其运行（启/停.2号开关控制其低速运行（转过一个步距角需0.5秒.3号开关控制其中速运行（转过一个步距角需0.1秒.4号开关控制其低速运行（转过一个步距角需0.0

5、2秒.5号开关控制其转向（ON为正转,OFF为反转.3. 操作方面要求：1）可正转或反转；2）运行过程中，正反转可随时不停机切换；3）步进三种速度可分为高速V0.02S）,中速V0.1S），低速V0.5S）三档,并可随时 手控变速。RTCrpUDGiT4. 性能方面要求：在实现控制要求地基础上，应使程序尽量简洁、紧凑.另一方面，同一控制对象，根 据生产地工艺流程不同，控制要求或控制时序会发生变化，此时,要求程序修改方便、 简单,即要求程序有较好地柔性.5PCzVD7HxA1.2 程序设计地基本思路在进行程序设计时，首先应明确对象地具体控制要求.由于CPU对程序地串行扫描 工作方式，会造成输入输

6、出地滞后，而由扫描方式引起地滞后时间，最长可达两个扫描周期，程序越长,这种滞后越明显，则控制精度就越低因此，在实现控制要求地基础上， 应使程序尽量简洁、紧凑另一方面，同一控制对象，根据生产地工艺流程不同，控制要 求或控制时序会发生变化，此时,要求程序修改方便、简单，即要求程序有较好地柔性 以SIMATIC移位指令为步进控制地主体进行程序设计,可较好地满足上述设计要求.jLBHrnAlLg第2章PLC控制系统设计2.1 PLC类型选择PLC脉冲控制步进电机技术应用于中、小功率牵引设备中，具有控制简单、稳定、成本低等特点如果在系统中加上保护电路及防干扰措施，还可提高系统地稳定 性.XHAQX74J

7、0XS7-200系列PLC是西门子公司生产地一种小型PLC,其许多功能达到了大中型PLC地水平，而价格却和小型PLC接近.特别是S7-200CPU系列PLC,它具有多种功能模 块和人机界面HMD可供选择,便于系统地集成,并很容易地组成PLC网络；此外，它 还具有功能齐全地编程和工业控制组态软件,使得S7-200系列PLC在完成控制系统地 设计时更加简单，几乎可以完成任何功能地控制任务.LDAYtRyKfE控制步进电机地共有5个输入开关,分别是启/停开关 QS1,0.5s低速运行开 关QS2,0.1s中速运行开关 QS3,0.02s高速运行开关QS4控制转向开关 QS5zzz6ZB2Ltk控制A

8、、B、C、D E五相绕组地工作，需要五个直流输出量，分别是A相绕组B 相绕组,C相绕组,D相绕组,E相绕组.dvzfvkwMI1由于有5个直流输入,5个直流输出，无模拟量输入输出，因此只需5点输入,5点 输出即可,加上10%地余量,通过查阅手册选定 S7-200 CPU222基本单元8入/6出）1 台,输出形式又有继电器输出，晶体管只能直流）输出，晶闸管输出 只能输出交流） 三种形式.由于输出为之流脉冲信号，故采用可直流可交流地继电器输出形 式.rqyn14ZNXI图2-1是CPU222地图片及简要介绍CPU 2221柵脚站瞒醴14偉衢0 IM进附傑諏 78臟襌妙贓10 Ml I/O氏EKmt

9、 iWMMHzBWr 2融酬2毗高 wh hpiommppi图2-1 CPU222地图片及简要介绍2.2 I/O点地分配与编号控制步进电机地5个输入开关及控制A、B、C、D E五相绕组工作地输出端在PLC中地I/O编址如表2-1所示.EmxvxOtOco表2-1 I/O 地址分配表输入点输出点元件名称符号地址编码元件名称符号地址编码启/停开关SB1I0.0A相绕组AQ0.00.5s低速运行开关SB2I0.1B相绕组BQ0.10.1s中速运行开关SB3I0.2C相绕组CQ0.20.02s高速运行开关SB4I0.3D相绕组DQ0.3控制转向开关QS1I0.4E相绕组EQ0.42.3 PLC外部接线

10、图PLC外部接线图地输入输出设备、负载电源地类型等地设计就结合系统地控制要求来设定.步进电动机采用五相十拍控制I/O接线图如图2-2所示.SixE2yXPq5图2-2 PLC 控制I/O 接线图启/停按钮 Q上秒低速运行按钮 0.1秒中速运行按钮 0,02秒高速运行按钮控制转向开关QSl1MM10.0L+10.1QO.O10.2Q0.110.3Q0.22MQ0310.4Q0 410.5Q0.510.610.7MML DC24VL+DCCPU222A相D相E相功率放大器步进电2.4绘制控制流程图由于上述具体控制要求,可作出步进电机在运行时地程序框图,如图2-3所示.以 工作框图为基本依据，结合考

11、虑控制地具体要求，首先可将梯形图程序分为4个模块进 行编程,即模块1:步进速度选择；模块2:起动、停止；模块3:正转、反转；模块4:移位控制功能模块；模块:5 : A、B、C、D E五相绕组对象控制然后,将各模块 进行连接,最后经过调试、完善、实现控制要求.6ewMyirQFL图2-3制流程2.5梯形图程序设2.5.1步进控制设计采 移位指 进行步 控制. 先指定用令进首移位寄存器MW0按照五相十拍地步进顺序,移位寄存器地初值见表2-2. kavU42VRUs表2-2移位寄存器初值M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.1M0.0100000000每右移1位,电机前进一个

12、步距角 一拍），完成十拍后重新赋初值由于10位大于1字节而又小于 2字节,故令未用上地 M1.2、M1.3、M1.4、M1.5、M1.6和M1.7置“ 0” .据此,可作出移位寄存器输出状态及步进电机正反转绕 组地状态真值表，如表2-3、2-4所示.从而得出五相绕组地控制逻辑关系式：y6v3ALoS89正转时A 相 Q0.0=M1.1+M1.0+M0.0B 相 Q0.仁 M1.0+M0.7+M0.6C 相 Q0.2= M0.6+M0.5+M0.4D 相 Q0.3= M0.4+M0.3+M0.2E 相 Q0.4= M0.2+M0.1+M0.0 反转时A 相 Q0.0=M1.1+ M0.1+M0.

13、0B 相 Q0.1= M0.3+M0.2+M0.1C 相 Q0.2=M0.5+M0.4+M0.3D 相 Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5E 相 Q0.4=M1.1+M1.0 +M0.7表2-3 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表正转）移位寄存器MWO正转M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE1000000000100000100000000110000010000000010000001000000011000000100000001000000010000001100000001000000100000000100000110

14、00000001000001000000000110001表2-4 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表反转）移位寄存器MW0反转M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE1000000000100010100000000000010010000000000110001000000000100000100000001100000010000001000000001000011000000000100010000000000010110000000000001100002.5.2梯形图梯形图设计如下：首先，按SB2或SB3或SB4初次选择一种

15、步进速度，五相步进电动机地速 度由定时器T33控制，把三个值50、10、2分别送到VW100可得到低速、中速、高速三种速度再按SB1,M3.0得电，移位寄存器赋初值，电机开始转动，且定时器开始计时，到设定值时,T33得电动作， 移位寄存器值右移一位，计数器C21计数一次，然后T33重新计时计数器C21计数十次后动作，使 移位寄存器重新赋值，依次循环.QS1控制正反转，ON时I0.4得电，五相步进电动机正转；OFF时，I0.4失电，五相步进电动机反转.按下启/停按钮SB1，M3.0失电，C21复位电机停止转 动.M2ub6vSTnPI0.1为低速选择开，按下后，每隔0.5秒移位一次，I0.2为中

16、速选择开关，按下后， 每隔0.1秒移位一次I0.3为咼速选择开关，按下后，每隔0.02秒移位一次.每次运行， 只能选择一种速度，故在每个回路中串入另外两个开关地常闭触点，实现互锁.然后移位寄存器赋初值，十拍后，重新赋初值.T33是一个分辨率为10ms地计时器，设定值由 存储单元VW10（设定，设定值由选挡开关SB2,SB3,SB4决定.即使时间到，则执行右移 指令.C21为十拍计数装置，计数十次，即十拍,C21得电动作,使自身复位重新计数，同 时移位寄存器重新赋初值.最后连接五相绕组一次连接.0YujCfmUCw所以得出图2-4程序梯形图.冋踣1五相单双十拍歩进电动机1单按钮檸止10011MM

17、3.0T 1M2.0阿路2单按钮启动M3.0网貉3低速101I02M0V_WENENOA5C-INOUT-VW100I0L3102MOV_WENENOA10-INOUT-vwioo10.3网納6网络7单扌白计时M3OM4.0C211INTONrW/100-PT10 msT33网需S计时时间到，重薪丽T33M4.0网踣9计时时间到，移位一次T33PSHR_WENENOINOUTNMW0-1-琳目十拍计数OO3M图2-4五相十拍步进电动机 PLC控制梯形图2.6程序指令表控制系统地梯形图和指令表之间是相互对照，互为补充地.因此五相单双十拍步进 电动机控制系统地指令表可以由梯形图得出.eUts8ZQ

18、VRdTITLE=PROGRAM COMMENTSNetwork 1 / 五相单双十拍步进电动机/单按钮停止LDI0.0EUAM3.0=M2.0Network 2/单按钮启动LDI0.0EUOM3.0ANM2.0=M3.0Network 3/低速LDI0.1EUANI0.2ANI0.3MOVW 50, VW100Network 4/中速LD I0.2EUAN I0.1AN I0.3MOVW 10, VW100Network 5/高速LD 10.3EUAN I0.1AN I0.2MOVW 2, VW100Network 6/移位寄存器赋初值LD M3.0EUO C21MOVW 2#1000000

19、000, MW0Network 7/单拍计时LD M3.0AN M4.0AN C21TON T33, VW100Network 8/计时时间到，重新计时LD T33=M4.0Network 9/计时时间到，移位一次LD T33EUSRW MW0, 1Network 10/十拍计数LD M4.0LD C21ON M3.0CTU C21, 10Network 11/ A相LD M1.1O M0.0LD M1.0A I0.4OLDLD M0.1AN I0.4OLDA M3.0=Q0.0Network 12/ B相LD M1.0O M0.7O M0.6A I0.4LD M0.3O M0.2O M0.1

20、AN I0.4OLDA M3.0=Q0.1Network 13/ C相LD M0.5O M0.4LD M0.6A I0.4OLDLD M0.3AN I0.4OLDA M3.0=Q0.2 Network 14 / D相LD M0.4O M0.3O M0.2A I0.4LD M0.7O M0.6O M0.5AN I0.4OLDA M3.0=Q0.3 Network 15/ E相LD M0.2O M0.1O M0.0A I0.4LD M1.1O M1.0O M0.7AN I0.4OLDA M3.0=Q0.42.7程序调试程序调试有模拟器调试和现场调试等方法，根据课程设计要求并结合实际情况使 用了 S

21、TEP 7-Micro/WIN模拟器进行了本程序地调试.西门子S7 200地仿真软件 Simulation1.2版是从西班牙原版1.2直接汉化过来地，支持TD200仿真界面和增减计数器等多种指令.sQsAEJkW5T调试方法如下：1. 将在Step 7 Micro/Win 中编译正确地程序在文件菜单中导出为AW文件；2. 打开仿真软件，点“配置” -“CPU型号”，然后选择CPU 2223点“程序”-“载入程序”；4. 选择 Step 7 Micro/Win 地版本；5. 将先前导出地AW文件打开；6点“ PLC -“运行”,开始调试程序；程序具体运行情况如下：1 选择速度,首先选择低速步进,

22、按下SB2,IO.1通电，把50赋值给VW100.2选择正转，转动控制转向开关QS1,IO.4此时为ON.3按下启动按钮SB1,I0.0得电，则M3.0线圈得电,所以步进电动机以低速正转 开始运行.如图2-5程序调试图a所示.GMsIasNXkA4改变速度，选择中速步进，按下SB3,I0.2通电，把10赋值给VW100然后步进 电动机以中速正转开始运行.如图2-6程序调试图b所示.TIrRGchYzg5改变速度，选择高速速步进，按下SB4,I0.3通电，把2赋值给VW100然后步进 电动机以高速正转开始运行.如图2-7程序调试图C所示.7EqZcWLZNX6. 改变转向为反转，旋转转向开关 Q

23、S1,I0.4此时为off.选择低速步进，按下 SB2,I0.1通电，把50赋值给VW100然后步进电动机以低速反转开始运行.如图2-8程 序调试图d所示.lzq7IGf02E7. 改变速度，选择中速步进，按下SB3,I0.2通电，把10赋值给VW100然后步进 电动机以中速反转开始运行.如图2-9程序调试图e所示.zvpgeqJ1hk8. 改变速度,选择高速速步进,按下SB4,I0.3通电，把2赋值给VW100然后步进 电动机以高速反转开始运行.如图2-10程序调试图f所示.NrpoJac3v19. 按下启停按钮SB1,M2.0得电，所以M3.0失电，程序运行终止.程厚吧furjSIEMEN

24、SSiMAIICIniinnrML Ik H 10 12 34 5 6 70 1SMb 28 |ii图2-5程序调试图a-S7_2UU虧迥査看峻KSC plc（I）蟲示帮肋如JK flUL KOP DBI口回冈SIEMET-13STATICS7-2Q00 12 3 4 5CPU 222Mmuorfc I /f IWi*4rfc 耻Ip 质用 Rf IC*14 MUI卜m6=10 36fl -10-MOV WENIM OUTwiCh/jftr ENIN &UTST.ZOtfl堤序迤若 PW址 显示叨 胡助里| Z 丘越匸 卜 rM. .)K I WL KAP禅飛图口回艮0 *=旳.畫MOV W_

25、1 1_I r IImrl_I j I_111 卩 11 1 I60-IN OUTmiopI II10.1a L1 1*10.3：I f ICM1|l卩 1(p1 f 11ID-UN OUT俛tX斗1-10.3T 1Hn.iO-IU.Z llMOVJiVLrLJQN OUTl,4etwwk 5SMB 28NetwWk 0图2-7程序调试图c_- S7_2C0程序昨 亘吾0H FLC Q 显示 轩肋SIEMEKTS0 ROAN iTI Qin_0 LOC K wu hpfHNaiwark 1 J/ Naiwork 仇1 口 州丸SlhXlATIC S7-200 9*O 1 Z 3CPU 2221

26、JZ1 1 1rinirpiiHrtmrk *4ISilVlfclEtJ I9b.2, Il 1D=I0.1O= ID .3Moy_w11 F 1i liMiyrNetwork 5哇 ijj图2-9程序调试图e37_200程序仗言看遡配置 PI（E）显示I帮助SIEMENSSIMATKS720DDB1D=M2.D蹣1昼主耳出向占蔬品?梯形图ORG/IZADOH BLOCKM/4N:OB1Meimk 1 / Netmrtt ftieHbrSNMwovk 20=10.0h.丄iNeiwotk H0=10.1O=W.O 1=W.DpD=tt.21=10 JMOV WEN IN OUTtn.s1 ID

27、=W.1_1 凸 1=ID.31 1MOV WEN _1 1i rr1 “_11W -UN OUTNewoirk 4NeSwoirk 5ilii.设计总结这次机电传动与控制课程设计，我地选题是五相单双十拍步进电动机控制程序地 设计与调试最初拿到题目我感到无从下手，一连两天没有一点思路，这时指导老师王 老师给我提供了一些建议和指导，让我用移位指令进行尝试在老师地耐心指导下，我 顿时恍然大悟，于是搜集相关资料开始了设计我通过参考网上地同类型设计成果，综 合考虑自己地特有要求，对原作进行了必要地改进和补充，最终形成了这个设计结果， 经过调试，能够满足相应要求由于时间有限，知识水平尚未达到一定高度，设计结果还 有进一步完善地地方,以后有时间，将会继续完善.1nowfTG4KI谢辞在求知地路途上并不会一帆风顺，常会遇到令人困惑地问题.老师是我们成长路上 地拐杖,在求知地路上他对我们太重要了 .在这次课程设计中，我对这句话有了更理