基于PLCS7-300的步进电机开环设计_毕业设计论文

1、基于plcs7-300的步进电机开环设计目录冃录11. 引言21.1设计目的21.2设计过程21.2. 1步进电机简介21.2.2步进电机的驱动电路21.2.3两相步进电机的通电方式41.3设计内容52. 电路设计63. plc硬件组态64. plc编程元件地址分配表64. 1线性化编程符号表64.2结构化编程符号表74.3结构化编程fc的变量声明表75. 控制程序85.1线性化编程85. 2结构化编程215. 2. 1 0b1控制程序215.2.2 fc1控制程序错误！未定义书签。5. 2.3 fc2控制程序错误！未定义书签。6. 程序调试说明307. 心得体会错误！未定义书签。08. 参考

2、文献错误！未定义书签。11-引言町编程控制器是电气控制技术中的关键技术。可编程控制器为“自动化和电气工程及其 自动化”专业的一门重要专业课。通过本课程的学习，使学牛掌握工厂电气控制设备技术和可编 程控制器的使用、分析和设计自动生产过程中的控制电路，掌握其使用方法。plc课程设计的主耍目的，是通过对某个简单的白动化牛产设备、某条简单的自动化生产线、 某些简单的工艺过程的调查研究，使学生明确生产工艺对电气控制捉出的各项要求。根据这些要 求，进行plc控制系统的原理设计、硬件配置及软件编程设计。通过不断地调试和完善程序來满 足生产工艺的要求。本课程设计捉供了设计的备选课题。通过课程设计，使学牛进一步

3、熟悉plc控制系统的应用, 并培养学生决实际问题的能力，掌握系统设计的思路及方法。1.1设计目的（1） 了解步进电机的工作原理及步进电机的开环控制原理。 综合应用所学plc知识设计基于plc的步进电机开环控制系统； 通过自行编程调试学握plc控制系统的设计方法。1.2设计过程1.2. 1步进电机原理简介步进电动机是一种将数字式电脉冲信号转换成机械角位移的机电元件，每一个脉冲信号可以 使步进电机前进一步，转过的角度与控制脉冲的个数呈严格的正比关系。其运行速度与控制脉冲 频率呈严格的正比关系，正是这个特点，使其可以和现代数字控制技术相结合，成为比较理想的 执行元件。步进电机主要应用于开环位置控制系

4、统屮。日前步进电机在数控机床、计算机外围设 备、钟表、包装机械、食品机械中得到广泛的应用。步进电机由定子和转子两部分组成。以二相步进电机为例，定子上有两组相对的磁极，每对 磁极缠有同一绕组，形成一相。定子和转子上分布着大小、间距相同的多个小齿。当步进电机某 一相通电形成磁场后，在电磁力的作用下，转子被强行推动到最人磁导率（或最小磁阻）的位置。 步进电机接收到一个脉冲信号，就驷动步进电机转过一个步距/fjo,对于一个皿相口拍的步进电 机来说，每走完n扌n,转子就转过一个齿距和（1）,所以齿距用e与步距角0的关系为：=360n 转子齿数x/i从控制原理上，步进电机可以分为反应式、永磁式和混合式步进

5、电机三大类；按照控制绕组的相 数可以分为两相、三相、四相。木课程设计中用到的步进电机为两相步进电机。该步进电机转了共冇50个齿，所以齿距介 为7. 2°。电机每相电流为0. 2a,相电压为5v。1.2.2步进电机的驱动电路本设计中川到的步进电机的驱动电路图如图1所示:tl52s2gnd图1步进电动机驱动电路图中tl1tl4对应的是面板上的插孔。图中标注的a及瓜，b及万分别表示步进电机的定子的两相绕组的四个端子。1.2.3两相步进电机的通电方式单四拍通电方式：每次只有一相绕组通电，四拍构成一定循环。两相绕组按照ab入一万a的次序轮流通电。每扑i转了转动丄转了齿距。4双四拍通电方式：每次

6、有两相绕组同吋通电，两相控制绕组按abba a b baab的 次序轮流通电。每拍转子转动的和度与单川拍相等都是丄转子齿距，但与单四拍的空间定位不重4合。单、双八拍的通电方式：上两种通电方式的循环拍数等于4,称为满步通电方式。若通电方 式等于8,称为半步通电方式，即按aabb a i b b b aa的次序通电。每 拍转子转动丄转子齿距。8在上述通电方式中，改变通电的循环方向即可改变步进电机的转动方向，改变通电的频率， 即可改变步进电机的转速。本课程设计采川的是双四扌n的通电方式，实现对两项步进电机的正反停控制的，以及可以实 现对步进电机转动角度的精确控制。1.2.4步进电机控制方式典型的步进

7、电机控制系统如图2所示：图2典型的步进电机控制系统步进电动机是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数模转换元件。在经历了 一个人的发展阶段后，fi前其发展趋向平缓。然而，其基本原理是不变的，bp：是一种将电脉冲 信号转换成肓线位移或角位移的执行元件，每当对其施加一个电脉冲时，其输出转过一个固定的 角度。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数（即脉 冲频率）成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的脉冲顺序有关。所以只耍控制指令 脉冲的数量、频率及电机绕组通电的顺序，便町控制步进电机的输出位移量、速度和转向。步进 电机的机理是基于最基木的电磁铁作用

8、，可简单地定义为，根据输人的脉冲信号，每改变一次励 磁状态就前进一定角度或长度，若不改变励磁状态则保持一定位證而静止的电动机:从广义上讲, 步进电动机是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电机，也可看作是在一定频率范围内转速与控 制脉冲频率同步的同步电动机。步进电机的控制和驱动方法很多，按照使用的控制装置來分可以分为:普通集成电路控制、 单片机控制、工业控制机控制、可编程控制器控制等儿种；按照控制结构可分为:硬脉冲牛成器 破脉冲分配结构（破 彼结构）、软脉冲生成器软脉冲分配器结构（软-软结构）、软脉冲生成器唤脉 冲分配器结构（软独结构）。1. 破硬结构如图3所示，这种步进电机的控制驱动系统由硬件电

9、路脉冲牛成器、硬件电路脉冲分配 器、驱动器组成。这种控制驱动方式运行速度比较快，但是电路复杂，功能单一。图3硬硕结构控制2. 软软结构如图4所示，这种步进电机的控制驱动系统由软件程序脉冲生成器、软件程序脉冲分配器、 驱动器组成，而软件脉冲牛成器和脉冲分配器都有微处理器或微控制器通过编程实现。用单片机、 工业控制机、普通个人计算机、町编程序控制器控制步进电机一般均町采用这种结构。这种控制 驱动方法电路结构简单、可以实现复杂的功能，但是占用cpu时间多，给微处理器运行其他工作 造成困难。图4软软结构控制3. 软硬结构如图5所示，这种步进电机的控制驱动系统由软件脉冲生成器、硬件脉冲分配器和硬件驱动

10、器组成。硬件脉冲分配器是通过脉冲分配器芯片（如8713芯片）来实现通电换相控制的。这种控 制驱动方法电路结构简单、可以实现复杂的功能，同时占用cpu时间较少，用可编程控制器全部 实现了控制器和驱动器的功能。在plc中，由软件代替了脉冲生成器和脉冲分配器，直接对步进 电机进行并行控制，并且由plc输出端口直接驱动步进电机。如图3. 7所示，这是一种软-软结 构，脉冲生成器和脉冲分配器均有可编程序控制器程序实现。图5软硕结构控制1.3设计内容（1）能够实现两相步进电机以双四拍的起动和停止、正转和反转相互切换及改变转速。（2）当按下按钮sb1时，步进电机以双四扌it方式和500ms/步的频率顺时针方

11、向运行30步后停止;当按f按钮sb2时，步进电机以双四拍方式和500ms/步的频率逆时针方向运行30步后停止;2.电路设计plc控制步进电动机硬件图设计图6控制两相步进电动机正反转及改变转速控制线路接线图3. plc硬件组态plc的换件组态如表1所示：表1 plc硬件组态表(0) ur插jln模块订货号固件mpi地址i地址q地址注释nips 307 5a6es7 307-1ea00-0aa0ui樹 cpu 315-2dp6es7 315-2ag10-0ab0v2.04x2f iff2047341 di16xdc24v6es7 321-1bh02-0aa00. . . 15j d016xdc24

12、v/0. 5a6es7 322-1bh01-0aa04. . .5c4. plc编程元件地址分配表4.1线性化编程符号表plc线性化编程符号表如表2所示：表2 plc线性化编程符号表衆 符号幕辑器s7程序(符号)一 s乙prolsimatic 300站点cpu 315-2dpq符裁s)解(e)插入(i)视园(v)选项(o)§d(w)帮助(h)3 £1爭| %韜宦| gc |全部符号状杰符三/wi.±if埶抿类型1tl1q4.0bool爲2tl2q4.1bool反a相3tl3q4.2boolb相4tl4q4.3bool反b相5i0.1bool反向起动癱6改变转速i0

13、.3bool7i0.2bool停止转动癱8正起按钮i0.0bool4. 2结构化编程符号表plc结构化编程符号表如表3所示：表3 plc结构化编程符号表二i 助 k?状态符号/地址数据类型注释1川目q4.0bool2射目q4. 2bool3反a相q4. 1bool4皮b相q4. 3bool5反向起动i0. 1bool6改变转速i0. 3bool7侮止按钮i0.2bool8正向起i0. 0bool4.3结构化编程fc的变量声明表plc结构化编程ec1的变量声明表如表4所示：表4 plc结构化编程fc1的变量声明表日:0:0:0:0 $0in outino iniin2in3in4”逐"

14、temps o returne数据类塑注暮|in0bool0 inibool0 in2bool0 in3bool0 in4bool内咨：坏境接口q-阿0a0b0cdo-in_0ut» temp s o returnplc结构化编程fc2的变量声明表如衣5所示：表5 plc结构化编程fc2的变量声明表s o outin.out：0 moj0 mlj0 m2j0 m3$ ” 0 m4 ”逐"temp s o return呼称数ib类型|注释田 ptloil田mlbool田m2bool田m3bool0 m4booli匸 o-jje:0 a0 b|” 包 c i0 d i in_0

15、ut k» temp i q- returnk|名称数据类型1注释0 a1田bbool:0 cbool田dbooljro5.控制程序5.1线性化编程0b1 : main program sweep (cycle)线性化结构编程程序段1:标题：i按下正向启动按钮sb1后，步进电机正向叹500ms/步启动。并且反正转可以互相切换。10.0正向起动按钮"正起按钮m0.0i i(s)_|m0.4(r)im0.5(r)im0.6rim0. 7ri程序段2: a相tl1和tl3通电，延时500ms后，tl1断电，tl2通电，tl3保持通电状态。04.0a相"tl1"

16、 十|q4.2b相"tl3"(s|ss odtqs5t#500ms -tvbi rbcd t1m0.0(rimo. 1fs|程序段3: a相延时500ms后，tl3断电，tl4通电，tl2保持通电状态。04.0a相mo. 1"tl1" 十iq4.1 反a相.-(s|ssodtqs5t#500ms-tvbi. rbcd t2m01 仏im0. 2佝|程序段4 : b相延时500ms,tl2断电，tl1通电，tl4保持通电状态。q4.2b相m02hrq4.3 反b相"tl4"ss_odts5t#500ms-tvei rbcd t3m0.2

17、im0.3fsj|程序段5:反a相延时500ms后，il4断电，ill保持通电状态，同时触发下一次的循环通电。04.1反a相m0. 3"tl2"十）i04.0a相f1"|ss odtqs5t#5ooms-tvbi rbcd t4m0. 3十im0.0ts|q4.3反b相f4"+ i程序段6：标题：10.1反向也动按钮反起按钮i按下反向启动按钮sb2,步进电机反向以500ms/步启动。并且正反转可以互相切换。m0.4 佃）一|m0.0 你）一imo. 1 你im0. 2m0.3 你i程序段7: a相tl1和tl4通电延时500ms后tl1断电，tl2通电t

18、l4保持通电状态。q4.0a相m0.4"tlt04.3反b相. 1 “(s|s_odtsqs5t#500ms -tvbi rbcd t5m0.4m0. 5 wi程序段8: a相延时500ms后，tl4断电，tl3通电tl2保持通电状态。q4.1反a相m0.5"tl2"(s|04.0a相"tl1"(ris sodtqs5t#500ms-tvbi rbcd t6m0. 5(rjim0.6延时500ms后，tl2断电，tl1通电，tl3保持通电状态。m0.604.2b相iq4.3反b相p4"iss odtqs5t#500ms-tvbi rb

19、cd t7m0.6 你i力）|程序段10 :反a相延时500ms后，113断电，ill保持通电状态，并且触发下一次循环通电。04.0a相"tl1"程序段11:标题:任何时候按下停止按钮sb3,都可以使步进电机停止转动。10.2停止转动按钮少停止按钮少m0.0程序段12：标题：按下改变步进速度按钮，步进电机以正向2s/步启动。10.3改变步进速度m1.0改垂转速占程序段13 : a相tl1和tl3通电，延时2s后，tl1断电，tl2通电，tl3保持通电状态。q4.0a相m1.0"tll" 十iq4.2b相十|ss odtqs5ts2s-tvbi f；bcd

20、 t9m1.0 你iml. 1/i程序段14 : a相延时2s后，113断电，il4通电，112保持通电状态。q4.0ml. 1a相 "tlttriq4.1反a相"tl2"七is odtsqs5t#2out: bool咕 rbcd t10ml. 1 你iml. 2wi程序段站：标题:延时2s,il2断电，ill通电，114保持通电状态。ml. 2q4-2b相triq4.3反b相f4"|ssodtqs5t#2s-tvbi f：bcd . t11ml. 2 仏)一iml. 3|程序段16 :反a相|延时2s后，tl4断电，ill保持通电状态，同时触发下一次的

21、循环通电。04.1反a相ml. 3(r)i04.0a相ss odtqs5t#2s-tvbi rbcd t12七iml. 3十im1.0v|04.3 反b相"tl4"(ri将的通电次数存入mw10。i04.0a相cos_cucun11yscv-w10-pvcv_bcd 1 ;r程序段18 :标题:将口 2的通电次数存入2。q4.1反a相"tl2"c1s_cucuqscvpv cv_bcd r-w12程序段19 ：标题：将的通电;欠数存入mw14。04. 2b相c2cus_cuqcv-w14pvcvbcd程序段20 :标题:将114的通电次数存入mw16。0

22、4.3反b相c3s_cucuascv-w16-pvcv_bcd r程序段21：标题：将ill和112的通电次数加起来存入w30oaddenen0 w10 - iniout -mw30w12 - in2程序段22：标题：将111、tl2和113的通电次数加起来存入mw30。addjen eno w30 - ini out -w30w14 - in2程序段23：标题:将tia、tl2、tl3和tl4的通电次数加起来存入mw30。addjt7menooutw30 -diminiw16 -in2-w30程序段24 :标题:i当步进电机走30步后，立即停止转动。04.0a相 "nr十)i04.

23、1反a相十)i04.2b相"713"+)i04.3反b相"714"十)im1.0+)iml. 1+)iml. 2十)iml. 3-r)i5. 2结构化编程5. 2. 1 0b1控制程序0b1 : "main program sweep (cycle) i结构化编程程序段1：标题：i按下正向启动按钮，步进电机正向以500砒/步启动，并且反正转能够相互切换。10.0"正向起动"m0.0i i sim1.0(rji程序段2：标题:按下反向启动按钮，步进电机反向叹500砒/步启动，并且正反转能够相互切换。101"反向起动&

24、quot;m1.0i is|m0.0i程序段3：标题：按下改变转速按钮，步进电机正向以2s/步启动。10.3改变转速"m2.0k-h i_|程序段4:标题：|在0b1中调用fc1块，以实现步进电机以500ms/步正转°m0.0fc1i ien1 1c丄yum0.0 一in004.0a-mrm0 1 一in104.2m0. 2 -in2b-角相"m0. 3 一in304.1c反a相少m0.4 -in4q4.3d程序段5：标题:在0b1中调用fc1块，以实现步进电机以500ms/步反转。m1.0fc11 1eneno1 1ml. 0 -in004.0a-抽ml. 1

25、-in104.3ml. 2 -in2b反r相"ml. 3 -in3q4.1c-少反a相ml. 4 -in404.2d-抽程序段6：标题：在0b1中调用fc1块，以实现步进电机以2“步正转。m2.0fc2_ 1 1piteno1 1dimm2.0-m004.0a-抽m2.1-ml04.2m2. 2 -m2b-®肝m2. 3 -m3q4.1c反a相"m2.4 -m4q4.3d反b相"舉觴标题:任何时候按下停止按钮，步进电机都将停止转动。10.2"停止按钮"m0-0t i(r)im01m1.0*ml.1ml.2ml.3m1.4號2 mh -

26、hr04角)-1 相)-3 相)-.oj.2.3.4 r - a r - b r 2 r 2 r 2 r 2 r 2 r 704反 704反 7 m-(m-(m-(m-(m-(q4反5. 2. 2 fc1控制程序fc1 :标题：冗1子程序程序段1:标题：当按下按钮后，1恥通电。«im)«ih2«m4#ino#in2#in3#in41/14#in1i#a(ri#c#c(s|ss odtqs5t#5ooms -tvbi ebcd t2#i»2#in2十i«ih3#in37s|程序段3:标题：延时500ms后，b断电，d通电，c保持通电状态。

27、1;in2#in2程序段4:标题:延时500ms后，c断电，a通电，d保持通电状态。#in3(ri«d#d(s|s_odtqs5t#5ooms-tvbi rbcd t3#in3#in3i#1x4#in4十)一|延时500ms后，d断电，a保持通电状态，然后出发下一次循环通电。tih4#in4k#c(r)«a#as_odt#in4saiytvbi«d#drbcd 述1t4«in4s5t#5ooms一5.2.3 fc2控制程序fc2 :标题：fc2子程序程序段-标题：|当按下按钮后，mo通电。#mo#m31/14#m4#mlvi0i程序段2:标题：mo通电，

28、导致麻口b通电，延时2s后，a断电，c通电，b保持通电状态。ss odtqs5t#2s-tvbi rbcd t1«a#a#ml肛|#m2js_|程序段3：标题：延时2s后，b断电，d通电，c保持通电状态。（叫k#css odtq#m21s5t#2s-tvbi. #m3rbcdf1 t2程序段4:标题：延时2s后，c断电，a通电，d保持通电状态。(r#dt3s sodtqs5t#2s-tvbi rbcd .#m3(r)#m4程序段5：标题：|延时2s后，d断电，a保持通电状态，然后触发下一次的循环通电。ss odtqs5t#2s-tvbi rbcdt4k#c#a(s_|f>4#m

29、4«d#d6. 程序调试说明在plc程序设计及调试过程中存在以下要说明的： 在进行plc线性化程序设计时，出现两个相同地址的输出时，程序只执行后一个地址的输出。解决方法：通过查找资料发现西门了 plc程序屮，不容许同时存在两个相同地址的输出，于 是在两个相同的输出地址删去了一个，別找办法使其实现原来的功能。 在进行plc结构化程序设计时，用模块化的思想来实现在主程序中调用同一 fc快来实现步进 电机的正反转，这样设计更加简单，通俗易懂。并且在fc中使用了全局变量，导致plc的输出 口木身的通电状态去控制plc的循环通电状态。 在进行plc的结构化程序调试时，一按下启动按钮，西门子plc立刻出现死机状态。解决方法：通过网上查找资料发现，没有将fc功能块下载到plc +，导致在主程序中一调