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1、太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书基于PLC步进电机控制系统的设计摘要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，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。使转轴步进一个步距角增量，输出角位移与输入脉冲数成正比，转速与输入脉冲频率成正比。步进电机的控制方式简单，属于开环控制，且无累积定位误差，有较高的定位精度，而PLC作为一种工业控制微机，是实现电机一体化的有力工具，因此基于PLC的步进电机控制技术已广泛用于数字定位控制中。本设计将步
2、进电机控制系统用于控制数控机床滑台。本控制系统的设计，由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计主要包括步进电机的工作原理、步进电机的驱动电路设计、PLC的输入输出特性、PLC的外围电路设计以及PLC与步进电机的连接与匹配等问题的实现。软件设计包括主程序以及各个模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制。本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。关键词：步进电机、PLC、转速控制、方向控制31Stepping motor control system based on PLCAbstractWith the development of microelectronics an
3、d computer technology, the stepper motor is increasing demanded, which is widely used in printers, electric toys and other consumer products, and CNC machine tools, industrial robots, medical equipment and other electrical machinery products, and is applied in the national economy in various fields.
4、 Researching of stepper motor control system to improve the control accuracy and response speed, energy conservation is so important.Stepper motor is a device which will transform electrical pulses into mechanical angular displacement so that Shaft of each pulse to a step angle stepping increment, S
5、O output angular displacement is proportional to the input pulses, speed is proportional to the input pulse speed and speed is proportional to input pulse frequency. Stepper motor control is simple, is open-loop control, and no accumulation of positioning error, a high positioning accuracy,and the P
6、LC as an industrial control computer, is a powerful tool for the integration of the motor, Therefore, the stepper motor control based on PLC technology has been widely used for digital positioning control.The control system consists of hardware and software design of two parts. Among them, the hardw
7、are design includes the working principle of stepper motor, stepper motor drive circuit design, PLC input and output characteristics, PLC and PLC external circuit connection with the stepper motor and matching Problem. Software design, including the main program and each module of the control progra
8、m, ultimately realizes on the stepper motor rotation direction and rotation speed control This system has the intelligence, practicality and reliability features.Keywords：Stepper motor, PLC, speed control, direction controlII目录基于PLC步进电机控制系统的设计I摘要IStepping motor control system based on PLCIIAbstractI
9、I第一章 绪论11.1 PLC的发展及应用前景11.1.1 可编程控制器（PLC）的发展趋势11.1.2 可编程控制器（PLC）的应用领域11.1.3 PLC的应用前景11.2 提出问题21.2.1 机床滑台类型及控制31.2.2 本文的工作目的及意义31.2.3 本文的主要目的及意义31.3 系统功能4第二章 PLC概述52.1 PLC的产生与发展52.1.1 PLC的产生及定义52.1.2 PLC的发展62.2 PLC的特点与功能72.2.1 PLC的特点72.2.2 PLC的功能72.3 PLC的结构82.4 PLC的编程语言82.4.1 梯形图92.4.2 语句表112.4.3 顺序功
10、能图11第三章 步进电机概述123.1 步进电机工作原理123.2 步进电机的特性123.3 步进电机的分类133.4 步进电机驱动器的直流供电电源的确定133.5 步进电机使用时的注意事项143.6 步进电机驱动器的细分原理及一些相关说明143.7 反应式步进电机153.8本设计所用步进电机18第四章 总体方案设计194.1数控滑台的控制方法194.1.2进给速度控制194.1.3 进给方向控制194.2 PLC控制系统设计194.3 PLC控制系统的接地方法204.4步进电机的控制204.4.1步进电机的起停控制214.4.2步进电机的加减速控制214.4.3 步进电机的换向控制224.5
11、 本章小结22第五章 数控滑台的设计235.1总体设计方案的确定235.2 机械部分设计计算23第六章 设计硬件电路366.1 硬件电路总体分析366.2总体设计分析图366.3电路总体设计366.4步进电机的驱动电路38第七章 软件设计447.1 可编程控制器（PLC）的工作原理447.2存储空间的计算477.3可编程控制器（PLC）提供的编程语言477.4 PLC编程中难点介绍497.4.1驱动电源的特殊性497.4.2用功能指令构建控制程序的有关问题497.5 PLC梯形图 I/O分配表50第8章 GX Developer软件程序模拟运行518.1 程序运行图文说明51结论68附录691
12、、流程图692、控制系统设计步骤69参考文献711、参考资料712、参考论文72外文文献74中文翻译78致谢81第一章 绪论1.1 PLC的发展及应用前景PLC 工艺自从出现一直到今天，已经由最初的接线逻辑发展到了储存逻辑，目前被大量的应用到众多的行业之中。当今社会是一个高速发展的社会，目前的半导体工艺和电脑科技非常发达，PLC 借助这些技术的优势，已经可以非常好的处理网络接口了。总体来说，这项工艺很受行业人士的喜欢。这项系统是专门用于工艺生产工作的数控系统，它把电脑科技和自控工艺等技术有效的融合在一起，它是目前行业的关键设备，它的稳定性很高。此外，它还具有强大的抗干扰能力，编程步骤简单，而且
13、易于维护。随着工艺不断发展，现今它的控制活动已经能够从原先的单一化逻辑控制发展到如今的持续性控制。1.1.1 可编程控制器（PLC）的发展趋势我们坚信这项技术一定会得更好的发展。从技术上来看，随着目前电脑等优秀的科学技术被广泛的应用到 PLC 上面，因此我们坚信不久的将来，就会出现运算速率更快，容量更加庞大，更为先进的产品。从规模上来说，完备的通信设备会更好地迎合各种工业控制场合的不同需求；从市场上来分析，今后的竞争将会更加的激烈，将会发生垄断现象，届时将会有全球通用的编程语言；通过分析网络的发展态势可以得知，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成的大型控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
14、伴随着计算机网络的高速发展，可编程控制器作为国际通用网络和自动化控制网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的大量领域发挥十分重要的作用。1.1.2 可编程控制器（PLC）的应用领域PLC 是以微计算机技术和通信技术和自动控制技术为基础发展起来的新的工业控制装置，随着微处理工艺的发展，这项技术必然会会在众多的行业之中获取良好的发展。当前它的应用范围非常广，比如：通用和专用机械，汽车制造，机床与工具，立体仓库，控制设备制造、控制与装置仪表，环保及文化娱乐等各个行业。而且还在朝着其它方向扩展。PLC 的自诊断占 18，批量控制占26，运动控制占 40，过程控制占 58，应用机械控制占 871.1.3
15、 PLC的应用前景PLC制造商通过收购和联合大量的软件企业和发展软件产业。明显的提升了软件使用性能。大多的品牌都有与它们的设备相对应的平台甚至软件，将其有效的结合在一起，能够显著的提升系统的综合服务能力，而且节省投资，得到良好的控制体系，目前，PLC+网络+IPC+CRT 的模式被大规模应用。可编程控制器（PLC）厂家在以前的CPU模板上提供物理层 RS232/422/485 接口的基础上，新添了很多不同的通讯接口，能够创造一体化的网络体系。近年来信息技术发展很快，用户对开放性有着更多的需求，而且此时的互联网也在迅速发展。例如：罗克韦尔 A-B公司大力主推的三层网络结构体系，即 Device Net、Ether Net，Contml Net。工艺在发展的时候，生产厂家为了获得更多的市场份额，不断展开激烈的竞争。它们的标准不一样，所以无法很好的兼容在一起，这就导致用户在使用的时候非常不方便，而且会造成维护费用增加。以后市场必然会高度开放，这已经被大多数生产厂家意识到了
