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1、 课程设计设计说明设计题目: 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 年 月 日内容摘要 步进电动机是一种控制精度极高的电动机, 在工业上有着广泛的应用。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。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。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。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。本文详细的介绍了用PLC控制步进
2、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、梯形图以及语句表。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；I/O接线图；五相十拍步进电机目 录第一章 引言1第二章 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22.3.1 功能要求22.3.2 性能要求3第三章 PLC控制系统设计43.1 输入输出编址43.2 选择PLC类型43.3 PLC外部接线图43.4 控制流程图53.5 梯形
3、图程序设计73.5.1 步进控制设计73.5.2 梯形图设计93.6 语句表143.7 程序的调试15结 论18设计总结19谢 辞20参考文献212- -第一章 引言步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，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，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。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
4、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，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。第二章 系统总体方案设计2.1 程序设计的基本思路 在进行程序设计时，首先应明确对象的具体控制要
5、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SIMATIC移位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 , 正转顺序: ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB 反转顺序: ABCBCBCDC
6、DCDEDEDEAEAEABAB2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 号开关控制其高速运行 (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2.3.1 功能要求 对五相六拍步进电机的控制，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：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB 反转顺序：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB以及每个步距
7、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，正反转可随时不停机切换； （3）步进三种速度可分为高速（0.03S），中速（0.1S）,低速（0.5S）三档，并可随时手控变速2.3.2 性能要求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。第三章 PLC控制系统设计3.1 输入输出编址控制步进电机的个输入开关及控制A、B、C、D、E五相绕组工作的输出端在PLC中的I/O编址如表3-1所示。表3-1 I/O地址分
8、配表输入点输出点元件名称符号地址编码元件名称符号地址编码启/停常开按钮SB1I0.0A绕组AQ0.00.5s低速常开按钮SB2I0.1B绕组BQ0.10.1s中速常开按钮SB3I0.2C绕组CQ0.20.03s高速常开按钮SB4I0.3D绕组DQ0.3控制转向开关QSI0.4E绕组EQ0.43.2 选择PLC类型根据上图的I/O分配表通过查阅手册选择S7-200 CPU222基本单元（8入/6出）1台。3.3 PLC外部接线图 PLC外部接线图的输入输出设备、负载电源的类型等的设计就结合系统的控制要求来设定。步进电动机采用五相十拍控制外部接线图如图31所示。图3-1 I/O接线图3.4 控制流
9、程图由于上述具体控制要求，可作出步进电机在运行时的程序框图，如图32所示。以工作框图为基本依据，结合考虑控制的具体要求，首先可将梯形图程序分为4个模块进行编程，即模块1：步进速度选择；模块2：起动、停止；模块3：正转、反转；模块4：移位控制功能模块；模块:5：A、B、C、D、E五相绕组对象控制。然后，将各模块进行连接，最后经过调试、完善、实现控制要求。首次选择步进速度正转或反转移位寄存器赋初值开始启动或停止发出移位脉冲执行移位移位输出控制电机步进十拍计数 N Y 图3-2 控制流程图3.5 梯形图程序设计3.5.1 步进控制设计采用移位指令进行步进控制。首先指定移位寄存器MW0，按照五相十拍的
10、步进顺序，移位寄存器的初值见表3-2。表3-2 移位寄存器初值 M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.01 0 0 0 0 0 0 0 0 0 每右移1位，电机前进一个布矩角（一拍），完成十拍后重新赋初值。其中M1.2、M1.3、M1.4、M1.5、M1.6和M1.7始终为“0”。据此，可作出移位寄存器输出状态及步进电机正反转绕组的状态真值表，如表3-1、3-2所示。从而得出五相绕组的控制逻辑关系式：正转时A相 Q0.0=M1.1+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0B相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.7+M0.1+M0.0C
11、相Q0.2=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.5D相 Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5+M0.4+M0.3E相 Q0.4= M0.5+M0.4+M0.3+M0.2+M0.1反转时A相 Q0.0=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.0B相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.2+M0.1+M0.0C相 Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0D相 Q0.3=M0.6+M0.5+M0.4+M0.3+M0.2E相 Q0.4=M1.0 +M0.7+M0.6+M0.5+M0.4表3-3 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表（正转）移位寄存器MW0正转M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE100000000011100010000000001100001000000001110000100000000110000010000000111000001000000011000000100010011000000010010001000000001011001000000000111000表3-4 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表（反转）移位寄存器M
