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1、 机 电 传 动 与 控 制 综 合 课 程 设 计设 计 说 明 书设计题目: 五相十拍（2/3）步进电机 控制程序设计 院系名称： 机电工程学院 专业班级： 机制 F09 学生姓名： 学 号： 20094805 指导教师： 王宗才 2012 年 12 月 05 日内容摘要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控制的设计原理及方法进行分析。其中步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，是一种控制精度极高的电机,常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。可编程控制器是工业自动化设备的主导产品，具有控制功能强，可靠性高，适用于不同控制要求的各种控制对象等优点。本文详细
2、的介绍了用 PLC 控制步进电机系统的原理，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、主电路图、梯形图、元件清单以及语句表。本文设计过程中使用了十六位移位寄存器，大大简化了程序的设计，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的。关键词: PLC;梯形图；元件清单；五相十拍步进电机1目 录第 1 章 引言 1第 2 章 系统总体方案设计 22.1 程序设计的基本思路 22.2 五相步进电动机的控制要求 22.3 方案原理分析 2第 3 章 PLC 控制系统设计 43.1 设计流程分析 43.1.1 控制流程图 43.1.2 电机工
3、作过程图 53.2 I/O 地址分配表 53.3 PLC 外部接线图 63.4 主电路 73.5 元件清单 83.6 程序设计 83.6.1 步进控制设计 83.6.2 梯形图设计 103.7 调试说明 11第 4 章 设计总结 12致 谢 13参考文献 14附 录 15附录一 程序梯形图 15附录二 程序语句表 201第1章 引言步进电机作为执行元件，是电气自动化的关键产品之一，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的控制元件。目前，比较典型的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，
4、不仅要设计复杂的控制程序和I/O 接口电路，实现比较麻烦。基于 PLC 控制的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的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、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的参数，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的运行拍数来实现。对五相十拍步进电机的控制，主要分为两个方面：五相绕组的接通与断开顺序控制。正转顺序：ABCBC BCD CDCDEDEDEAEAEABAB 反转顺序：ABCBCBCD CDCDEDEDEAEA EABAB 以及每个步距
5、角的行进速度。围绕这两个主要方面，可提出具体的控制要求如下：1、可正转或反转；2、运行过程中，步进三种速度可分为高速（0.05S），中速（0.3S ）,低速（0.5S）三档，并可随时手控变速；由于 CPU 对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，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，在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁紧凑。另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，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，即要求程序有较好的柔性。以移位寄存器指令为步进控制的主体进行程序设计，可较好的满足上述设计要
6、求。下面介绍一种基于 PLC 的步进电机控制的方法。2第2章 系统总体方案设计2.1 程序设计的基本思路由于 CPU 对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，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，在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁紧凑。另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，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，即要求程序有较好的柔性。以移位寄存器指令为步进控制的主体进行程序设计，可较好的满足上述设计要求。2.2 五相步进电动机的控制要求1五相步进电动机有五个绕组: A、B、C、D、E ,
7、正转顺序: ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB反转顺序: ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB2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 0.03 秒)。5 号开关控制其转向 ( ON 为正转，OFF 为反转 )。2.3 方案原理分析在对五相十拍步进电机的控制中，主要分为两个方面：五相绕组的接通与断开顺序控制以及正反向调节和调速功能。正转顺序：ABC BC BCDCDCDEDEDEAEAEABAB 反转顺序：ABC BC BCDCDCDEDEDEAEAEABAB五相步进电动机有五个绕组：A、B、C、D、E，控制步进电动机五相十拍的时序图如图2-1所示。3（a） 步进电动机五相十拍正转时序图 （b）步进电动机五相十拍反转时序图图2-1 控制步进电动机五相十拍的时序图2.4.1 方案一：每种速度调节均利用十个定时器实现其绕组延时通断，从而实现步进电动机的步进要求。在换向时，同样计时器可以完成相应的计时工作，以满足设计要求。2.4.2 方案二：利用移位寄存器进行脉冲输入控制，利用计数
