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1、学号10212408319毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文）西门子 S7-300PLC 的步进电机控制教 学 系： 信息工程系 指导教师： 乔志刚 专业班级： 自动化 1083 学生姓名： 彭 湃 二一二年六月学生姓名彭湃专业班级自动化 1083导教师乔志刚工作单位武汉理工大学华夏 学院设计(论文)题目: 基于西门子 S7-300PLC 的步进电机控制 毕业设计毕业设计( (论文论文) )任务书任务书毕业设计毕业设计( (论文论文) )开题报告开题报告题目基于西门子 S7-300PLC 的步进电机控制设计（论文）主要内容：1. 步进电机控制原理简述；2. 应用西门子 S7-300PLC
2、控制步进电机原理；3. 应用西门子 S7-300PLC 控制步进电机硬件电路设计；4.应用西门子 S7-300PLC 控制步进电机软件设计；5.应用西门子 S7-300PLC 控制步进电机的运行调试。要求完成的主要任务及其时间安排:1. 第 2 周：查阅资料，了解设计选题的主要内容；2. 第 3 周：根据任务书要求及所查阅的资料，撰写并完成开题报告；3. 第 4 周：完成步进电机控制控制原理的阐述；4. 第 5 周：完成应用西门子 S7-300PLC 控制步进电机原理阐述；5. 第 6 周：完成应用西门子 S7-300PLC 控制步进电机的硬件电路设计；6. 第 7-8 周：完成应用西门子 S
3、7-300PLC 控制步进电机的控制软件设计；7. 第 9 周：对所设计的系统进行实际调试并给出调试结果；8. 第 10 周：完善设计报告，给出毕业设计论文初稿；9. 第 11-13 周：根据指导教师批阅意见修改毕业设计论文，并给出定稿。10. 第 14-15 周：总结设计过程，准备答辩；11. 第 16 周：按学校统一规定的答辩时间完成答辩。必读参考资料：1. 向晓汉.西门子 PLC 高级应用实例精解.机械工业出版社，2010.2. 柳春生 编著.电器控制与 PLC.机械工业出版，2010.指导教师签名： 教研室主任签名： 盖章1目的及意义（含国内外的研究现状分析）：步进电机具有较好的控制性
4、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。步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，已成为运动控制领域的主要执行元件之一。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，在各个行业的控制领域都将有广泛应用。而现在的可编程控制器(通常称 PLC) 是一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能，能充分适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高，是目前广泛应用
5、的控制装置之一。步进电动机最大的生产国是日本，如日本伺服公司、东方公司、SANYO DENKI 和 MINEBEA 及 NPM 公司等，特别是日本东方公司，无论是电动机性能和外观质量，还是生产手 段，都堪称是世界上最好的。现在日本步进电动机年产量（含国外独资公司）近 2 亿台，德 国也是世界上步进电动机生产大国。德国 B.L.公司 1994 年五相混合式步进电动机专利期满 后，推出了新的三相混合式步进电动机系列，为定子 6 极转子 50 齿结构，配套电流型驱动 器，每转步数为 200、400、1000、2000、4000、10000 和 20000，它具有通常的二相和五相 步进电动机的分辨率，
6、还可以在此基础上再 10 细分，分辨率提高 10 倍，这是一种很好的方 案，充分运用了电流型驱动技术的功能，让三相电动机同时具有二相和五相电动机的性能。 与此同时，日本伺服公司也推出了他们的三相混合式步进电动机。该公司阪正文博士研制了 三种不同的永磁式三相步进电动机，即 HB 型（混合式） 、RM 性（定子和混合式相似，转子则 同永磁式环形磁铁相似）和爪极 PM 型。2基本内容和技术方案：步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件，每当对其施加一个电脉冲时，其输出轴便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
7、，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、速度和转向10。PLC 直接控制步进电机系统由 PLC 和步进电机组成，PLC 具有实时刷新技术，输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分配能有很高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。并且，PLC 有采用大功率晶体管的输出端口，能够满足步进电机各相绕组数 10V 级脉冲电压、1A 级脉冲电流的驱动要求11。控制步进电机最重要的就是要产生出符合要求的控制脉冲。西门子 PLC 本身带有高速脉 冲计数器和高速脉冲发生器，其发出的频
8、率最大为 10KHz，能够满足步进电动机的要求。对 PLC 提出两个特性要求。一是在此应用的 PLC 最好是具有实时刷新技术的 PLC，使输出信号 的频率可以达到数千赫芝或更高。其目的是使脉冲能有较高的分配速度，充分利用步进电机 的速度响应能力，提高整个系统的快速性。二是 PLC 本身的输出端口应该采用大功率晶体管， 以满足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求12。3进度安排：1. 第 2 周：查阅资料，了解设计选题的主要内容；2. 第 3 周：根据任务书要求及所查阅的资料，撰写并完成开题报告；3. 第 4 周：完成步进电机控制控制原理的阐述；4. 第 5 周：完成应用西门
9、子 S7-300PLC 控制步进电机原理阐述；5. 第 6 周：完成应用西门子 S7-300PLC 控制步进电机的硬件电路设计；6. 第 7-8 周：完成应用西门子 S7-300PLC 控制步进电机的控制软件设计；7. 第 9 周：对所设计的系统进行实际调试并给出调试结果；8. 第 10 周：完善设计报告，给出毕业设计论文初稿；9. 第 11-13 周：根据指导教师批阅意见修改毕业设计论文，并给出定稿。10. 第 14-15 周：总结设计过程，准备答辩；11. 第 16 周：按学校统一规定的答辩时间完成答辩。4指导教师意见：指导教师签名： 年 月 日 注：1.开题报告应根据教师下发的毕业设计（
10、论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰 写，在学院规定时间内完成； 2设计(论文)目的及意义至少 800 字，基本内容和技术方案至少 400 字； 3指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用知识、原理、建立的模 型正确与否、学生能否完成课题，达到预期的目标。郑郑 重重 声声 明明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人签名： 日期： 目录目录摘 要 .1ABSTRACT .11 绪论 .11.1 设计背景 .
11、11.2 系统设计的任务 .22 步进电机及 PLC 简介 .32.1 步进电机简介 .32.1.1 步进电机的分类 .32.1.2 步进电机的基本参数 .32.1.3 步进电机主要特点 .42.1.4 步进电机在工业控制领域的主要应用 .42.2 PLC 的概述 .42.3 PLC 技术在步进电机控制中的应用 .53.PLC 控制步进电机工作原理 .73.1 步进电机原理简述 .73.2 步进电机主要参数 .73.3 步进电机驱动电路 .73.4 PLC 控制步进电机的设计思路 .93.4.1 步进电机控制方式 .93.4.2 西门子 PLC 控制步进电机 .114 S7300 控制步进电机硬件设计 .124.1 S7300 的介绍 .124.1.1 西门子 PLC 应用中需要注意的问题 .134.1.2 控制系统中干扰及其来源 .144.1.3 主要抗干扰措施 .144.1.4 正确选择接地点以完善接地系统 .154.2 PLC 控制步进电动机硬件图设计 .1
