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1、-范文最新推荐-1 / 18S7-200 PLC 步进电机控制系统的设计+ 仿真图摘要：传统单片机对步进电机的控制方法不仅需要的器件多，结构繁琐而且容易出错误。本文鉴于以上缺点设计出利用 PLC 来控制步进电机的系统。PLC控制步进电机的特点是可以把硬件电路和软件控制结合起来，形成模块化控制系统。结构简单，易于维护和更新。如果在运行过程中移动距离和速度均确定的设备，利用 PLC 通过专门的驱动器来控制步进电机的运动是一种理想控制方式。本文就是介绍选用西门子 S7-200 PLC 来控制两项四线式步进电机的实现方法，系统部件的构成和连接情况，步进电机正反转和加减速的成功运行显示该设计具有合理可行
2、性。4765关键词：PLC；步进；控制；模块 The Design of Stepper Motor Control System Based on PLCAbstract: According to the traditional single-chip stepper motor control needs not only the device structure is tedious and prone to errors by using the PLC system is designed to control the stepper motor. The characterist
3、ic of PLC stepper motor control can the hardware circuit and software control combine to form a modular control system, simple structure, easy to maintain and update, if the device is moving distance and speed in the process of operation are determined, through a dedicated driver to control the step
4、ping motor using PLC movement is a kind of ideal control mode. This paper is introduced the Siemens S7-200 PLC method to control four stepper motor, constitute the system components and connections, stepper motor reversible and successful operation of deceleration shows feasibility of the design is
5、reasonable.Key Words: PLC; Stepper; Control; Modular目录-范文最新推荐-3 / 18摘要 1引言 11.研究现状分析 21.1PLC 的发展现状 21.2 步进电机的发展现状 3 小型 PLC 随着时代的发展也在飞速的进步着，功能的逐渐增强，逻辑方式的改变更产生着质的飞跃，实现了数字控制；现在的小型 PLC 在编程，I/O 扩展模块，通讯接口，开关量、模拟量调节以及一些特殊的功能模块，如高速计数的输入和脉冲的输出应用上大致已经满足用户的需求了。但随着时代的进步，各种相应的配套产品的逐步升级（如步进电机驱动的脉冲响应频率及精度，HMI 及有关系
6、统的通讯功能） ，PLC 将会更快的顺应时代的发展来升级产品。未来几年，各厂商会根据客户的要求，对小型 PLC 的以下功能进行强化：(1)运动控制功能用户对 PLC 提出了更高的运动控制功能方面的要求，主要是集中在控制性能和控制功能方面。这种要求在机床工具，电子制造和包装行业更加突出。未来需要加强的方向是：对输入的脉冲频率进行提高，从10KHZ，20KHZ 发展到目前的 100KHZ 甚至更高；功能更强，对很多产品的附加需求大都将得到满足，如 FP-X、FP-3U 等产品的附加功能。(2)通讯功能有很多厂家认为网络通讯是未来 PLC 的发展方向，这样可以从系统结构上得到简化，从而降低成本。很多
7、之前只支持一种现场总线的产品供应商，都在考虑推出支持更多总线和工业以太网的 PLC 产品。-范文最新推荐-5 / 181.2 步进电机的发展现状步进电机由于具有精度高、灵活性好、操作简单，误差低等方面的优点广泛应用于运动控制领域，并且步进电机是由脉冲信号控制运动的数模转换器，能够直接接受计算机发出的数据，在控制方面更倾向于智能控制，由 PLC 控制的步进电机的系统在自动化系统和各种要求高精度仪器中越来越得到广泛的关注。除了 S7-200 PLC 自带的高速脉冲之外，EM253 位置控制模块还可以为用户提供单轴开环位置控制所需要的功能和特性，位置控制模块提供了五个数字输入和四个数字输出与用户的控
8、制运动应用相连。 图 1 PLC 模块图(1)CPU 模块PLC 的主要性能如：速度、规模都由 CPU 模块的性能来体现。CPU(中央处理器单元)一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU 通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU 是 PLC 的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。(2)电源模块不仅可为 PLC 提供内部能量，而且有的还可为输入输出信号提供能量。PLC 的工作电源一般为交流单相电源，电源电压必须与额定电压相符，如 110V AC或者 220V AC，当然也有直流 24V 供电的。PLC 对电源的稳定性要求不高，一般
9、都允许电源电压额定值在15%上下波动，有些交流输入电源甚至允许在 85-240V AC 的范围内。(3)I/O 模块输入部分：输入部分即 PLC 与生产过程相连接的输入通道，输入部分接受来自生产现场的各种信号，如行程开关、热电偶、光电开关、按钮等信号。-范文最新推荐-7 / 18输出部分：输出部分即 PLC 与生产过程相连接的输出通道，输出部分接受 PLC 输出部分的处理结果，并转换成被控设备所能接受的电压、电流信号，以驱动被控设备，如继电器、电磁阀、指示灯等。(4)内存模块主要用于存储用户程序，有的还为系统提供辅助的工作内存，在结构上，内存模块都是附在 PLC 模块之中的。(5)底板、机架模
10、块主要为 PLC 的各模块的安装提供基板，并为模块间的联系提供总线。若干底板间的联系有的用接口模版，有的用总线接口不同的厂家或同一厂家但不同类型的 PLC 都大不相同。(6)扩展接口PLC 的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使 PLC 的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的 PLC 或是计算机相连4。 步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的感应电机，它的工作原理是利用电子电路将直流电变换成分时供电，多项时序控制电流，再用这种电流为步进电机供电。步进电机的旋转是根据脉冲信号的个数以一固定的角度一步一步进
11、行的，改变脉冲的频率就可以改变步进电机的运行速度。步进电机这种灵活的控制方式使它可以在少数脉冲内就可以完成加减速和正反转。步进电机可以大概分为一下几种：(1) 永磁步进电机：比较多的为两相，转矩和体积都比较小。(2) 反应步进电机：比较常见的为三相，可以实现-范文最新推荐-9 / 18大转矩输出。(3) 混合步进电机：是指混合了永磁式和反应式优点的电机，它又分为两相和五相,这是目前应用最广泛的一种步进电机。3.2 步进电机的特性(1) 步进电机可进行角度控制和速度控制，并且具有自锁性。(2) 矩角特性—电动机电磁转矩 T 随偏转角θ之间的关系。(3) 脉冲信号频率对电动
12、机运行的影响。(4) 转子惯性对步进电动机运行的影响。3.3 步进电动机主要性能指标(1) 步距角 ;(2) 最大静转矩;(3) 空载启动频率;(4) 精度 ;(5) 连续运行频率。选用 PLC 单相脉冲模式的两项四线步进电机如图2 所示：图 2 四线步进电机步进电机的正反转可以通过改变步进电机的绕组的顺序来控制其方向转变，两相四线步进电机正传通电顺序是 A+B+ -A-B+-A+B-A-B-A+B+……，反转通电顺序是 A+B+-A+B-A-B+-A-B-A+B+…….步进电机的步数也可以通过计算脉冲数量来确定，一个脉冲可以使步进电机前
13、进或者后退一步，输出角位移和输入脉冲数成正比。通过计算输出位移量可以确定 PLC 输入脉冲个数，即可实现对步进电机的步-范文最新推荐-11 / 18数控制。 最大脉冲数量=移动距离*步进电机系分数 /脉冲当量4.1.3 驱动器步进电机需要专门的驱动装置供电，驱动器和步进电机是一个有机结合整体，步进电机的运行性能是电动机及其驱动器二者配合所反映的综合效果。步进电机驱动器的主要作用是接受来自 PLC 控制器的一定数量和频率的脉冲信号以及电动机旋转方向的信号，为步进电机输出功率脉冲信号7。步进电机驱动器的组成包括脉冲分配器和脉冲放大器两部分，主要解决向步进电机的各项绕组分配输出脉冲和功率放大两个问题
14、。脉冲分配器接收来自控制器的脉冲信号和转向信号，将脉冲信号按一定的逻辑关系经过脉冲放大器放大信号，再输入步进电机控制步进电机的运行方式。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（即步进角） ；可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时还以通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。驱动器的选择要以步进电机的相数，步距角和电流大小为准，选择型号时还要注意是共阴极还是共阳极。选择驱动器的细分数对步进电机的精确度和运行性能也有很大的影响，目前的驱动器细分数主要是 8 倍、16 倍、32 倍、64 倍，最高可达 256倍细分。4.1.4 EM253 位置控制模块为了能对步进电机进行
