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1、基于PLC的步进电机组态监控系统设计 Stepping motor based on PLC configuration monitoring system design基于PLC的步进电机组态监控系统设计 Stepping motor based on PLC configuration monitoring system design基于PLC的步进电机组态监控系统设计 摘 要 本设计旨在构建步进电机组态监控系统。以力控组态软件为开发界面，以PLC、变频器、步进电机、异步电机为监控对象，通过系列的通讯协定和对象、脚本编辑完成系统设计。实现监控效果从上位机界面向PLC、变频器发送多种控制信号
2、，使异步电机完成相应动作。同时步进电机始终对异步电机运转状态进行跟随，并将各对象工作状态实时显示在监控界面之上 。充分体现出组态监控系统在实际运用中的高效、直观、便捷的优点。关键词 步进电机；组态监控系统；可编程控制器；变频器；编码器Design of Configuration and Monitoring System for the PLC - based stepper motorElectrical Engineering and Automation Specialty ZHU Li-shuAbstract: This is designed to build a stepper
3、motor configuration monitoring system . Power control configuration software for the development of interfaces, PLC, inverter, stepper motor, induction motor for monitoring , through a series of protocols and objects , the script editor to complete the system design . Monitoring performance - from t
4、he host computer interface to the PLC, inverter send a variety of control signals, the induction motor to complete the action . Stepper motor is always running condition of the induction motor to follow, and object working status real-time display above the control interface . Fully embodies the adv
5、antages of the configuration monitoring system is efficient in practical use , intuitive, and convenient . Key words: Stepper motor ; configuration monitoring system ; programmable controller ; inverter; encoder目 录1 引言11.1 课题研究的背景及意义11.2 本课题所涉及的问题在国内外研究的现状21.3 设计要求及解决方案21.4 系统设计的可行性分析52 基于PLC的步进电机组态
6、监控系统硬件选型52.1 步进电机的工作原理52.2 步进电机的基本参数特点及选型62.3 PLC选型102.4变频器选型132.5 旋转编码器的选型143 控制任务的实现173.1 硬件系统组建173.2 PLC与变频器之间的通信连接203.3 上位机组态监控设计243.3.1 新建工程项目253.3.2 创建组态界面263.3.3 定义I/O设备273.3.4 创建实时数据库293.3.5 动态连接313.3.6 脚本编辑354 组态监控系统误差分析与改善384.1 组态监控系统调试结果384.1.1 步进电机对异步电机的理论跟踪效果384.1.2 实际检测结果384.2 误差分析与改善4
7、04.2.1 速度信号检测误差及改善404.2.2 PLC程序算法引起的误差及改进方法41结束语42参 考 文 献43附录442.2.1 DVP-40ES系列PLC配线连接442.2.2 WPLSoft软件442.2.3 参数设置45V1 引言1.1 课题研究的背景及意义目前，随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围。向五相和三相电动机方向发展，目前广泛应用的二相和四相电动机，其振动和噪声较大，而五相和三相电动机具有优势性。而就这两种电动机而言，五相电动机的驱动电路比三相电动机复杂，因此三相电动机系统的性能价格比要比五相电动
8、机更好一些。利用可编程序控制器（即 P L C 技术）可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作，它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体化的实现。用PLC对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，现对步进电机的控制。由可编程序控制器性高、维护方便、开发周期短，这种步进电机更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完和微机组成的步进电机逻辑控制系统，正快速的发展着。采用PLC控制的步进电机可靠成更为复杂的控制任务，已成为步进电机的发展方向。本设计为模拟应用型系统项目，以PLC作为控制系统的核心，用组态软件对系统进行监控，充分发
9、挥组态软件适应性强、维护方便、易于扩展、经济的特点。基于步进电机良好的控制和准确定位特性，被广泛应用在精确定位方面，诸如数控机床，绘图机，自动控制计算装置等自动控制领域。PLC作为简单化了的计算机，功能完备灵活，控制系统简单易懂，价格便宜，可现场修改程序，体积小，便于维护等优点，在全世界广泛应用，为生产生活带来巨大的效益方面。因此，通过研究用PLC来控制步进电机，既可实现精确定位控制，又能降低控制成本，还有利于维护。以往的步进电机血药靠驱动器来控制，随着技术的发展与不断完善，PLC具有了通过自身输出脉冲直接控制步进电机运动，这样就有利于步进电机的精确控制。我们国家的步进控制系统的研究较国外晚一
10、些，但是也推出了一些比较好的步进控制系统。但跟国外还是有差距的，主要体现在控制的精度上，随着国内经济的发展，国内设备对控制精度的要求越来越高，现成的控制系统仍有许多需要改进和完善的地方，因此要不断地改进和技术革新。在国内，步进电机在工农业方面的应用越来越广泛。本课题研究意义：本课题以台达DVP40ES型PLC为核心控制器，以计算机为人机交互界面，以组态软件为开发平台，通过对步进电机跟踪异步电机运行的设计、PLC控制程序设计及计算机程序设计，主要锻炼学生的控制系统的设计能力，PLC程序设计能力，计算机程序设计能力,组态软件的监控学习及综合应用能力设计。1.2 本课题所涉及的问题在国内外研究的现状
11、国内研究状况：我国在步进电机研究方面起步较晚，但随着经济的飞速发展，城市化进程十分迅速，对电机的需求也与日俱增。现在，我国的电机行业已经具备了很强的生产能力，技术水平和产品质量正在稳步提高。在组态软件方面，自2000年以来，国内监控组态软件产品、技术、市场都取得了飞快的发展，应用领域日益拓展，用户和应用工程师数量不断增多。其中为人们广为熟知的有世纪星、三维力控、组态王等，已得到全面的推广和应用。 国外研究状况：20世纪初，随着船舶工业的发展，使得步进电机的技术得到了长足的进步。到了80年代后期，由于廉价的微型计算计以多功能的形态出现，步进电机的控制方式更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分
12、立元件或是集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，而且一旦定型后，要改变控制方式就要重新设计电路。计算机则通过软件来控制步进电机，更好地发挥出电机的潜力。因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化时代趋势。 本课题主要问题：通过系统设计，要熟练掌握PLC和组态软件应用系统的开发过程，学习如何分析整个系统并建立模型，旋转编码器的种类和使用方法，学习编写程序并使用组态软件设计模拟监控系统的方法。设计过程中，PLC的工作原理，组态软件学习，旋转编码器的应用以及各硬件之间的链接是难点也是重点，希望自己从设计中认识到不足，提高自己解决实际问题的能力。1.3 设计要求及解决方案 本
13、课题的设计要求： (1)学习PLC的步进电机控制系统，并掌握组态软件的组态方法。 (2)设计组态仿真的画面、程序以及与PLC的通信等。 (3)完成PLC编程及仿真和步进电机控制系统的仿真。 (4)运行系统，监视系统运行过程，对运行结果进行分析。 步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差特点，使得在速度、位置等控制领域步进电机来控制变得非常的简单。 可编程控制器（Programmable Controller）控制步进电机可以降低步进电机的转速，增加步
14、进精确性，同时也减小了谐振问题，在低速时，更能改善步进电机的性能，是步进电机驱动的一种较好的选择。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。 本次设计选用的设备有异步电机（一台）、五相步进电机驱动器（一台）、五相步进电机（一台）、台达VFD007M43B型变频器（一个）、台达DVP40ES00T2型PLC一台）、旋转编码器（两台）；需要实现基于PLC的步进电机对异步电机的实时跟随动作如：正转、反转，加速，减速，匀速，并通过人机对话在组态界面上显示模拟的动态效果。任何设计无不是为了解决实际生
15、产、生活中的实际问题，而针对不同问题的解决，可灵活选用不同的控制方案。实际生产中往往要求组态监控系统不仅完成监控任务，同时也需要达到一定的控制功能。本课题研究的思路：当给系统通上电源时，点击开始按钮，按正转按钮，异步电机开始转动，利用变频器设置一速度驱动三相异步电机，旋转编码器1测出该速度传给台达PLC的寄存器1，PLC发出一定的脉冲控制五相步进电机驱动器，驱动五相步进电机，再利用旋转编码器2测出五相步进电机的速度，传给PLC的寄存器2，下载到组态软件的变量连到两个寄存器中，最后在组态界面上显示动态的速度。方案控制方式结构图如图1-1所示：台达变频器步进驱动器 台达PLC五相步进电机 三相异步电机 力控组态 上电开始绝对式编码器增量式编码器
