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1、第一章 控制工艺流程分析1.1步进电机的控制过程描述目前1.2 PLC控制步进电机的控制工艺分析时至今日，软件以及电子设备等相关技术都有了长足发展。虽然软件的发展速度比不上硬件的发展速度那么迅速，但已能满足现在的工业需求。对步进电机的传统控制通常完全由硬件电路搭接而成。随着PLC的普及，现在已普遍采用硬件与软件相结合的方式对其进行控制，这种控制方法有很多优点，比如：可以实现高精度的控制，降低成本，降低控制难度，简化控制电路等。今后步进电机的总体发展趋势是向着低功耗、高频率精度、多功能、高度自动化和智能化的方向发展。第二章 步进电机PLC控制系统总体方案设计2.1系统硬件组成可编程控制器有两种基
2、本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态中，可编程控制器通过执行反应控制来实现用户的控制要求。为了使可编程控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不仅仅执行一次，而是反复不断地重复执行，直到可编程控制器停机或切换到STOP工作状态。下面用一个简单的例子来进一步说明可编程序控制器的扫描工作过程。图2.1所示的PLC的输入输出接线图，起动按钮SB1和停止按钮SB2的常开触点分加别接在编号为X000和X001的可编程控制器的输入端，接触器KM的线圈接在编号为YO00的可编程控制器的输出端。图(b)是这3个输入/输出变量对应的I/O映像寄存器。图（c）是可编程
3、控制器的梯形图，它与图2.1所示的继电器电路的功能相同。但是应注意，梯形图是一种程序，是可编程控制图形化的程序。图中的X000等是梯形图中的编程元件，XO00与X001是输入继电器，Y000是输出继电器。编程元件X000与接在输入端子XO00的SB1的常开触点和输入映像寄存器XO00相对应，编程元件Y000与输出映像寄存器Y000和接在输出端子Y000的可编程控制器内部的输出电路相对应。(a) (b) (c) (d) 图2-1 PLC的外部接线图与梯形图图2-2 PLC控制系统的硬件结构图梯形图以指令的形成储存在可编程控制器的用户程序存储器中，梯形图与下面的4条指令对应“；”之后是该指令的注解
4、。LD X000 ；接在左侧母线上的X000的常开触点。OR Y000 ；与X00O的常开触点并联的Y000的常开触点。ANI X001 ；与并联电路串联的X001的常闭触点。OUT Y000 ；Y000的线圈。在输入处理阶段，CPU将SB1，SB2的常开触点的状态读入相应的输入映像寄存器，外部触点接通时存入寄存器的是二进制数“1”，反之存入“0”。执行第一条指令时，从输入映像寄存器X000中取出二进制数并存入运算结果寄存器。执行第二条指令时，从输出映像寄存器Y000中取出二进制数，并与运算结果寄存器中的二进制数相“或”（触点的并联对应“或”结算），然后存入运算结果寄存器。执行第三条指令时，取
5、出输入映像寄存器X001中的二进制数，因为是常闭触点，取反后与前面的运算结果相“与”（电路的串联对应“与”运算），然后存入运算结果寄存器。在输出处理阶段，CPU将各输出映像寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来，如果输出映像寄存器Y000中存放的是二进制数“1”，外接的KM线圈将通电，反之将断电。X000，X001和Y000的波形高电平表示按下按钮或KM线圈通电,当TT1时,读入输入映像寄存器X000和X001的均为二进制数“0”此时输出映像寄存器Y000中存入的亦为“0”在程序执行阶段,经过上述逻辑运算过程之后,运算结果仍为Y000=0,所以KM的线圈处于断电状态.在TT1区间,虽然输入
6、/输出信号的状态没有变化,用户程序确在一直反复不断地执行着。T=T1时按下起动按钮SB1，X0变为“1”状态，经逻辑运算后Y000变为“1”状态，在输出处理阶段，将Y000对应的输出映像寄存器中的“1”送到输出模块，将可编程控制器内Y000对应的物理继电器的常开触点接通，使接触器KM的线圈通电。22控制方法分析(1)工作原理步进电机是将给定的电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。给定一个电脉冲信号，步进电机转子就转过相应的角度，这个角度就称作该步进电机的步距角。目前常用步进电机的步距角大多为1.8度（俗称一步）或0.9度（俗称半步）。以步距角为0.9度的进步电机来说，当我们给步进电机一
7、个电脉冲信号，步进电机就转过0.9度；给两个脉冲信号，步进电机就转过1.8度。以此类推，连续给定脉冲信号，步进电机就可以连续运转。由于电脉冲信号与步进电机转角存在的这种线性关系，使得步进电机在速度控制、位置控制等方面得到了广泛的应用.步进电机的位置控制是靠给定的脉冲数量控制的。给定一个脉冲，转过一个步距角，当停止的位置确定以后，也就决定了步进电机需要给定的脉冲数。其工作原理如下：设A相首先通电，转子齿与定子A、A对齐。然后在A相继续通电的情况下接通B相。这时定子B、B极对转子齿2、4产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是A、A极继续拉住齿1、3，因此，转子将转到两个磁拉力平衡为止。即转子顺时针
8、转过了15。接着A相断电，B相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B极对齐，转子从图(b)的位置又转过了15。这样，如果按AA、BBB、CCC、AA的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角15。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。如果按AA、CCC、BBB、AA的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。图 2-3 步进电机通电方式原理图（2）控制方案（1）三相步进电动机有三个绕组: A、B、C 正转通电顺序为：AABBBCCCA 反转通电顺序为：ACACBCBAB （2）用7个开关控制其工作 #1开关控制其运行 ( 启 )。 #2开关控制其运行 ( 停 )。 #3 号
9、开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.5 s)。 #4 号开关控制其中速运行 (转过一个步距角需 0.1 s)。 #5 号开关控制其高速运行 (转过一个步距角需 0.04 s)。 #6 号开关控制其转向 ( ON 为正转 )。 #7 号开关控制其转向 ( OFF 为反转)。23 I/O分配步进电动机以最常用的三相六拍通电方式工作，并要求步进电动机设有快速、慢速控制、正反转及单步控制4种控制方式。根据要求，可选用C28PCDTD的PLC进行控制并设计出步进电动机的PLC控制系统I/O接线图。图2-4 步进电动机的PLC控制系统I/O接线图（2）步进电动机PLC控制系统梯形图设计图2-5 步
10、进电动机的PLC控制系统梯形图24系统结线图设计PLC机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性价比最优的机型。通常做法是，在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结构的PLC；其他情况则最好选用模块式结构的 PLC；对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带 A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机（其中高档机主要用于大规模
11、过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等）。本次设计选择的是三菱系列的FX1N系列。图2-6 控制系统原理图 图2.6是控制系统的原理接线图，图2-6中Y7输出的脉冲作为步进电机的时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，控制步进电机运转。同时Y7接至PLC的输入接点X0，并经X0送至PLC内部的HSC。HSC计数Y7的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使Y7的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较准确的位置控制。图2-7 控制梯形图控制系统的运行程序：第一句是将DT9044和DT9045清零，即为HSC进行计数做准备;第二句第五句是建立参数表，参数存放在以DT20为首地址的数据寄存器区;最后
12、一句是启动SPD0指令，执行到这句则从DT20开始取出设定的参数并完成相应的控制要求。由第一句可知第一个参数是K0，是PULSE方式的特征值，由此规定了输出方式。第二个参数是K70，对应脉冲频率为500Hz，于是Y7发出频率为500Hz的脉冲。第三个参数是K1000，即按此频率发1000个脉冲后则切换到下一个频率。而下一个频率即最后一个参数是K0，所以当执行到这一步时脉冲停止，于是电机停转。故当运行此程序时即可使步进电机按照规定的速度、预定的转数驱动控制对象，使之达到预定位置后自动停止。第三章 控制系统梯形图程序设计3.1 步进电机控制流程图3-3步进电机控制流程图3-4步进电机梯形图3.2实
13、验的时序图图3-5控制电机的时序图3.3控制程序设计思路第四章 控制系统梯形图程序设计第五章 系统调试及结果分析5.1实验调试中遇到的问题及解决方案实验中可能会有许多原因会引起调试的不成功，其中包括硬件方面的，和软件方面的。硬件方面的主要是连线的错误，或者其他硬件方面的问题。比如硬件线路的接法不同也可能导致实验的不成功。还有软件方面的问题，比如因为软件版本存在差异，使得一些语句不能实现，或者达不到预期的效果。这就要求我们在做实验时要仔细的分析实验中遇到的问题。5.2 设计心得通过实验，我们感性地认识到理论与实际的差别，加深了我们对本课程设计的理解和认识。通过实验来验证设计并改善设计中的不足之处
14、，实验中我们会遇到很多问题和故障，在锻炼了我们的动手能力的同时也提高了我们的思考、解决问题的能力。调试的过程就是观察、分析、排错的过程。在进行实验时，应该按照设计的实验步骤进行观察、记录，然后与原设计进行比较、分析，以判断每一步是否正确，从而推动整个实验的进程。实验的调试过程，实质上是一个不断发现问题，不断找出原因，不断解决问题的过程。要解决问题关键是要发现问题的所在，而要能找到出错的原因，只有通过反复的对实验运行过程中记录的参数进行分析、比较，才能发现问题。由此可见，在实验室做好现场参数的记录和分析是相当重要的。这不仅是培养我们养成良好实验习惯的机会，也是让我们学会将理论知识综合运用、掌握实验技巧、提高动手能力。因此必须要经过实验测试和调整，以便发现和纠正设计和安装中的不足，最后才能达到预定的设计要求。参考文献1邓星钟.机电传动与控制M.华中科技大学出版社,2007年7月.2.廖常初.FX系列PLC编程及应用M.机械工业出版社，2009年6月.3.李朝青.单片机接口技术M.北京航空航天大学出版社，2005年10月.4.宋伯生.PLC编程理论、算法及技巧M.机械工业出版社 ，2005年7月.5.吴作明.PLC开发与应用实例详解M.北京航空航天大学出版社，2007年11月.
