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1、攀枝花学院 学生课程设计论文题 目： PLC控制三相步进电动机的控制系统设计 学生姓名： 学 号：200410627054所在院(系)： 机 电 工 程 学 院 专 业： 机 械 设 计 制 造 及 自 动 化 班 级： 04机 械 电 子2班 指 导 教 师： 职称： 讲 师 2008年 1月 15日攀枝花学院教务处制课程设计论文指导教师成绩评定表题目名称评分工程分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量
2、饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计实验能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力综合分析能力、技术经济分析能力10具有较强的数据收集、分析
3、、处理、综合的能力。成果质量45%09插图或图纸质量、篇幅、设计论文标准化程度5符合本专业相关标准或规定要求；标准化符合本文件第五条要求。10设计说明书论文质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改良或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日题目三十 设计用PLC控制三相步进电机的控制系统试设计一个用PLC控制的三相步进电机等自选。具体控制要求是：完成系统的软、硬件设计。目 录1 任务分析.1 分析控制对象.1三相步进电机控制要求.12 方案设计.23 步进电动机的选择.44 三相反响式步进电机工作原理.
4、55 硬件的设计.6 确定I/O点数.6 画系统框图.6 I/O分配表.6 绘制I/O端子接线图7 5.3步数电机驱动电路.76软件的设计.96.1 PLC控制步进电机控制方法实现.9 6转速控制.9 6 正反转控制.9 6.1.3 步数控制.10 6.2设计梯形图.10 6.2.1转速控制过程.12 6.2.2 正反转控制过程.12 6.2.3 步数控制过程.12 6.3调试运行程序.13结 论.15参考文献16致 谢171 任务分析1.1分析控制对象三相步进电动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脉冲
5、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相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。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改变，都在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。三相步进电机的控制要求 三相的控制要求如下： 能对三相步进电动机的转速进行控制； 可实现对三相步进电动机的正反转控制； 能对三相步进电动机的步数进行控制；2 方案设计在步进电动机控制系统中，步进电动机作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种控制中，其控制主要有开环、半闭环、闭环控制。
6、方案一：开环控制系统图2.1 开环步进电动机控制系统框图开环控制系统没有使用位置、速度检测装置及反响装置，因此具有结构简单、使用方便、可靠性高、制造本钱低等优点。另外，步进电动机受控于脉冲量，它比直流电机或交流电机组成的开环精度高，适用于精度要求不太高的机电一体化伺服传动系统。方案二：半闭环控制系统图2.2 半闭环步进电动机控制系统框图半闭环控制系统调试比拟方便，并且具有很好的稳定性，不过精度不太高，较少使用。方案三：闭环控制系统图2.3 闭环步进电动机控制系统框图闭环控制系统定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，本钱高。综合三种方案，根据步进电动机的特点，从制造本钱与系统结构复杂程度考
7、虑，本设计采用方案一，在开环控制系统中，用PLC控制三相步进电动机。3 步进电动机的选择现在比拟常用的步进电机包括反响式步进电动机，永磁性步进电动机，混合式步进电动机和单相式步进电动机。永磁式步进电动机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反响式步进电动机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反响式步进电动机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。度，这种步进电动机的应用也较为广泛。由于本设计用PLC控制三相步进电动机，应选用36BF02型反响式步进电动作为控制对象，三相步进电动的步距角为/ 。此电机有如下特
8、点：1反响式步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 2反响式步进电机外表允许的最高温度在摄氏80-90度。 3反响式步进电机的力矩会随转速的升高而下降 4反响式步进电机低速时可以正常运转,但假设高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。 此外，步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机到达高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频电机转速从低速升到高速。4 三相反响式步进电机工作原理三相反响式电动机工作原理
9、:反响式步进电动机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕组，其几何轴线依次分别与转子错开0，相邻两个转子齿轴线间的距离为齿距，以表示，即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开，C与齿3向右错开，与A是同一电极与齿5相对齐，图3-1所示是反响式步进电机定转子的展开图。图3-1 反响式步进电机定转子展开图如果A相通电，B、C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，转子不受任何力；如果B相通电，A、C相不通电，那么齿2应与B对齐，此时转子向右移动，齿3与C偏移，齿4与A偏移；如果C相通电，A、B相不通电，那么齿3应与C对齐，此时转子又向右移过，齿4与偏移；继续进行下去，A相通电，B、C相不通电，那么齿
10、4与对齐，转子又向移过。这样经过A，B，C，A分别通电状态，齿4移到A相，电机转子向右转过一个齿距。如果不断地按A，B，C，A，通电，电机就每步，向右旋转。按A，C，B，A，通电，电机就反转。由此可见，电机的位置和速度由通电次数脉冲数和频率决定，而方向由通电顺序决定。不过，出于对力矩、平稳、噪声及减小角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A这种通电状态，这样将原来每步改变为。因此本设计采用PLC控制三相六拍步进电动机，来实现电机的速度、正反转、以及步数的控制。5 硬件的设计 PLC的输入信号有9个，包括启动开关、电机慢速、中快和快速控制按纽，正反转控制开关，电机单步、10步和100步按纽开关，以及暂停开关。 PLC的输出信号有三个，即三个输出继电器。 根据I/O端子的数量和种类，选择FX2-32MR PLC机一台。画系统框图图5-1 PLC控制步进电机系统框图控制面板上的位置按纽控制移动的距离，速度按纽控制移动的速度，方向按钮控制移动的方向，启/停按纽控制电机的启动和暂停。在控制面板上设定移动距离、速
