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1、辽 宁 工 业 大 学PLC技术及应用课程设计（论文）题目： 线切割机床步进电机的PLC控制 院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间： 2013.12 本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 本科生课程设计（论文）注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号 学生姓名 专业班级课程设计（论文）题目线切割机床步进电机的PLC控制课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数实现功能步进电机按五相十拍工作方式，能实现正反转控制和低中高速控制，低速运行时转过一个步距角需要 0.5
2、 秒，中速运行时转过一个步距角需要 0.1 秒，高速运行时转过一个步距角需要 0.03 秒。旋转方向和速度改变时相应的指示灯亮。设计任务及要求1、根据系统功能，确定输入输出点数，选择 PLC 的型号；2、选择步进电机驱动器；3、建立 I/O 分配表，完成 PLC 与输入/输出信号的的外部接线；4、按系统的控制要求，用梯形图设计程序；5、上机调试、完善程序；6、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在 4000 字以上。技术参数五相十拍步进电机，额定电流 2.5A，额定电压 24V，额定转速扭矩 1.98N.m进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统的组成（1 天）2、设计步进电
3、机驱动器和步进电机的接线（1 天）3、建立 I/O 分配，完成外部接线设计（ 1 天）4、按系统的控制要求，完成梯形图设计（2 天）5、上机调试、修改程序（2 天）6、撰写、打印设计说明书（2 天）7、答辩（1 天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）摘要本文主要阐述了五相十拍步进电动机结构原理，以及对步进电机的调速和正反转的研究。采用 PLC 基本逻辑指令和常用指令的方法对步进电机调速正反转控制。步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其速度与单位时间内输入的脉冲数
4、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相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。关键词：步进电机；PLC；脉冲本科生课程设计（论文）目录第 1 章 绪论 .11.1 线切割机床 .11.2 PLC 控制步进电机研究的意义 .11.3 国内外关于步进电机和 PLC 的应用状况 .2第 2 章 课程设计方案 .32.1 概述 .32.2 系统组成总体结构 .3第 3 章 硬件模块设
5、计 .43.1 PLC 系统设计 .43.1.1 PLC 简介 .43.1.2 PLC 工作原理 .43.1.3 PLC 选择 .43.1.4 I/O 分配 .53.2 步进机驱动器 .63.3 步进电机 .63.4 PLC 外部接线图 .8第 4 章 软件设计 .104.1 软件编程 .10第 5 章 课程设计总结 .16参考文献 .17本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 线切割机床线切割机床（Wire cut Electrical Discharge Machining 简称 WEDM） ，属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电
6、火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。线切割机也于 1960 年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家。其基本物理原理是自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道。在这个阶段，两板间形成电流。导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到 8000 到 12000 度的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高。然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把溶化的物质抛出弹坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并被电介液排走。然
7、后通过 NC 控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。1.2 PLC 控制步进电机研究的意义在机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台：（1）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；（2）机械滑台，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）数控滑台，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。可编程控制器（简称 plc）以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于工业自动控制中。特别是在
8、组合机床自动生产线的控制及 CNC 机床的 S、T 、M 功能控制更显示出其卓越的性能。PLC 控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统使该单元的控制系统成本降低7090% ，甚至只占用自动线控制单元 PLC 的 35 个 I/O 接口及1KB 的内存。特别是大型自动线中可以使控制系统的成本显著下降。本科生课程设计（论文）21.3 国内外关于步进电机和 PLC 的应用状况中国在文化大革命中已经生产和应用，例如江苏、浙江、北京、南京、四川都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有
9、电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。当时应用最多的是线切割机，都是快走丝的。线切割机的 X-Y 平台丝杆就用步进电动机驱动。当时的图纸是全国公开，给个晒蓝图的费用就行了。原始的电路设计，机械设计，电动机设计的元老，应该有网友将他们的名字和个人简历，工作经历发上来。国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。国外在小功率的场合，还使用步进电机
10、，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器内部。总的来说，步进电机是一种简易的开环控制，对运用者的要求低，不适合在大功率的场合使用。在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形力矩电机，在高品质的
11、控制场合，有时还不能使用步进电机。本科生课程设计（论文）3第 2 章 课程设计方案2.1 概述步进电机按五相十拍工作方式，能实现正反转控制和低中高速控制，低速运行时转过一个步距角需要 0.5 秒，中速运行时转过一个步距角需要 0.1 秒，高速运行时转过一个步距角需要 0.03 秒。旋转方向和速度改变时相应的指示灯亮。在进行程序设计时,首先应明确对象的具体控制要求。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,最长可达两个多扫描周期，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,应使程序尽量简捷、紧凑。另一方面,同一个控制
12、对象,根据生产的工艺流程的不同,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。2.2 系统组成总体结构控制电机控制方法框图如图所示。控制方案是利用 PLC 的高速脉冲输出功能输出脉冲信号，送给大功率管组成的驱动电路，经过驱动器去控制步进电机实现位置控制。应用 PLC 对定时器进行不同的时间定时控制其速度。 通过定时器定时通、断电使步进电机不同绕组通、断电，实现步进电机的正反转。P L C步进电机驱动器 步进电机图 2.1 系统设计原理框图本科生课程设计（论文）4第 3 章 硬件模块设计3.1 PLC 系统设计3.1.1 PLC 简介PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。主要由电源、CPU、存储器、 I/O 接口电路、功能模块、通信模块等组成。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数
