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1、基于plc的步进电机控制系统设计2020年4月19日基于PLC步进电机控制系统摘要随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与 日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数 控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国 民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控 制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。步进电机是将电脉冲信号变换成机械角位移的一种装 置，每个脉冲使转轴步进一个步距角增量，输出角位移与输 入脉冲数成正比，转速与输入脉冲成正比，转速与输入脉冲 频率成正比。步进电机的控制方式简单，属于开环控制，且 无累积定位误差，有较高的定位精度，而PLC作为一种工
2、业控制微机，是实现电机一体化的有力工具，因此基于PLC的步进电机控制技术已广泛用于数字定位控制中。本控制系统的设计，由硬件设计和软件设计两部分组 成。其中，硬件设计主要包括步进电机的工作原理、步进电 机的驱动电路设计、PLC的输入输出特性、PLC的外围电路设计以及PLC与步进电机的连接与匹配等问题的实现。软件设计包括主程序以及各个模块的控制程序，最终实现对步进电 机转动方向及转动速度的控制。本系统具有智能性、实用性 及可靠性的特点。关键词 ：步进电机、PLC转速控制、方向控制IIStepping motor control system based on PLCAbstractWith the
3、 development of microelectronics and computer technology, the stepper motor is increasing demanded, which is widely used in printers, electric toys and other consumer products, and CNC machine tools, industrial robots, medical equipment and other electrical machinery products, and is applied in the
4、national economy in various fields. Researching of stepper motor control system to improve the control accuracy and response speed, energy conservation is so important.Stepper motor is a device which will transform electrical pulses into mechanical angular displacement so that Shaft of each pulse to
5、 a step angle stepping increment, SO output angular displacement is proportional to the input pulses, speed is proportional to the input pulse speed and speed is proportional to input pulse frequency. Stepper motor control is simple, is open-loop control, and no accumulation of positioning error, a
6、high positioning accuracy,and the PLC as an industrial controlIII computer, is a powerful tool for the integration of the motor, Therefore, the stepper motor control based on PLCtechnology has been widely used for digital positioning control.The control system consists of hardware and software desig
7、n of two parts. Among them, the hardware design includes the working principle of stepper motor, stepper motor drive circuit design, PLC input and output characteristics, PLC and PLC external circuit connection with the stepper motor and matching Problem.Software design, including the main program a
8、nd each module of the control program, ultimately realizes on the stepper motor rotation direction and rotation speed control This system has the intelligence, practicality and reliability features.Keywords Stepper motor, PLC, speed control, direction controlIV目录摘要IAbstractII基于PLC步进电机控制系统错误!未定义书签。第1
9、章绪论错误!未定义书签。1.1课题背景错误!未定义书签。1.2问题的提出 错误!未定义书签。1.3设计目的及系统功能 错误!未定义书签。第2章PLC及步进电机的概述 错误!未定义书签。2.1 PLC的基本概念 错误!未定义书签。2.2 PLC的基本结构错误!未定义书签。2.3 PLC的特点错误!未定义书签。2.4步进电机的特性 错误!未定义书签。2.5步进电机的种类 错误!未定义书签。2.6反应式步进电机的控制 错误!未定义书签。2.7本设计所用步进电机 错误!未定义书签。第3章 硬件电路设计 错误!未定义书签。3.1硬件设计思、路 错误!未定义书签3.2总设计图框 错误!未定义书签3.3夕卜
10、围电路设计及分析 错误!未定义书签3.4 LED数码显示器电路 错误!未定义书签3.5步进电机控制系统电路图 错误!未定义书签第4章软件的设计 错误!未定义书签4.1可编程序控制器的工作原理 错误!未定义书签4.2存储空间的计算 错误!未定义书签第5章PLC控制程序设计 错误!未定义书签5.1 PLC提供的编程语言 错误!未定义书签5.2 PLC实用驱动电源控制环节 错误!未定义书签结论错误!未定义书签致谢错误!未定义书签参考文献错误!未定义书签牌寸录错误!未定义书签VI文档仅供参考，不当之处，请联系改正。第1章绪论1.1课题背景在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活 中起着十分重要
11、的作用。无论是在工农业生产还是在日常生 活中的家用电器，都大量地使用着各种各样的电动机。因此 对电动机的控制变得越来越重要了。电动机的控制技术的发 展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材 料技术、白动控制技术、微机应用技术的最新发展成就。正 是这些技术的进步使电动机控制技术化。步进电机是机电控制中一种常见的执行机构，其原理是 经过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋 转。驱动电路由脉冲信号来控制，因此调节脉冲信号的频率 便可改变步进电机的转速。通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定 的角度（及步进角）。经过控制脉冲个数即能够
12、控制角位移量， 从而达到准确定位的目的。同时经过控制脉冲频率来控制电 机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的，现在比较常VII 文档仅供参考，不当之处，请联系改正。见的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM），混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。永磁式步进 电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.50;反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 1.50,但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软 磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生 转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1
13、.8 “而五相步进角一般为0.720。这种步进电机的应用最为广泛。1.2问题的提出二一世纪的今天，电动机在工农业生产、人们日常生 活中起着十分重要的作用。步进电机是最常见的一种控制电 机，在各领域中得到广泛应用。步进电机作为执行元件，是 机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种白动化控制系统 中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与 日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将VIII电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个 脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的 角度（称为 步距角”，）它的旋转是以固定的角度一步一步运行 的。能够经过控制脉冲个数
14、来控制角位移量，从而达到准确 定位的目的；同时能够经过控制脉冲频率来控制电机转动的 速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机能够作为一 种控制用的特种电机，其优点是结构简单、运行可靠、控制 方便。特别是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不 会长期积累的特点，给实际的应用带来了很大的方便。它广 泛用于消费类产品（打印机、照相机）、工业控制（数控机 床、工业机器人）、医疗器械等机电产品中。研究步进电机 的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。为此，本文设计了一个基于PLC的步进电机控制系统，能够实现对步进电机转动速度和转动方向的 局效控制。1.3设计目的及系统功
15、能设计的目的是以单片机为核心设计出一个步进电机控制IX文档仅供参考，不当之处，请联系改正。系统。本系统采用 FX2N系列PLC作为控制单元，经过键盘实 现对步进电机转动方向及转动速度的控制，而且将步进电机 的转动速度动态显示在 LED数码管上。经过本课题，一方面我们在查阅资料的基础上，了解FX2N系列PLC控制的一些基本技术，掌握其控制系统的分析 方法与实现方法，能对PLC外围电路设计进行系统学习与掌 握；另一方面，经过设计步进电机控制系统的硬件电路，控 制程序和相应的电路图，以此培养白己的白学和动手能力， 从而为今后参加工作或进一步深造打下良好的基础。设计的步进电机控制系统有以下功能：1. 步进电机的启停控制2. 步进电机的正反转控制3. 步进电机的加速控制4. 步进电机的减速控制5. 步进电机通电方式改变的控制XI第2章PLC及步进电机的概述2.1 PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Con
