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1、 学号： 常 州 大 学 毕业设计（论文）（2012届）题 目 学 生 学 院 专业班级 校内指导教师 专业技术职务 校外指导老师 专业技术职务 二一二年六月基于PLC的电机控制系统 摘要：本论文的目的在于采用PLC来控制步进电机时，可通过硬件连线和软件编程进行对步进电机的控制。通过模块化设计，以主程序调用相应的子程序和终端程序的方式来改变输入脉冲的频率和个数，可实现步进电机的速度、方向、定位等功能。步进电动机是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数模转换元件。其基本原理是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，每当对其施加一个电脉冲时，其输出转过一个固定的角度。步进电机
2、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(即脉冲频率)成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的脉冲顺序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的顺序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。因此，本次设计的中心思想是通过控制脉冲输出信号的频率和个数，实现步进电机的速度、方向、定位等功能。 本设计采用可编程逻辑控制器PLC的高速脉冲输出，选用的是西门子的PLC设计理念在于采用模块化设计，针对设计要求，通过主程序调用相应的子程序及中断程序来完成步进电机的不同功能。关键字：步进电机；PLC ；高速脉冲输出 Design of Motor Control S
3、ystem Based on PLC Abstract：The purpose of this paper is that the PLC to control the stepper motor, stepper motor be controlled through hardware connection and software programming. Through modular design, the main program call the subroutine and the terminal program to change the frequency and numb
4、er of the input pulse, the stepper motor speed, direction, location and other functions. The stepper motor is a digital-analog conversion component that digital pulse signal to convert the mechanical angular displacement or linear displacement . The basic principle is an actuator that electrical pul
5、se signal is converted into linear displacement or angular displacement, whenever imposed on an electrical pulse, the output turned a fixed angle. Output displacement of stepper motor is proportional to the number of input pulses. Its speed is proportional to input of the number of pulses in unit ti
6、me (pulse frequency). Its steering is related to pulse assigned to each phase winding stepper motor pulse sequence . So long as the control of the order of the command pulse number, frequency, and motor windings energized to control the stepper motor output displacement, speed and steering. Therefor
7、e, the central idea of this design is by controlling the frequency and number of the pulse output signal, achieve the stepper motor speed, direction, and positioning. This design uses a Programmable Logic Controller (PLC), high-speed pulse output, an optional Siemens PLC design concept is a modular
8、design, for design requirements, the main program calls the appropriate subroutine and interrupt the program to complete the stepper motor function.Keywords: stepper motor ；PLC ；high-speed pulse output 目 录摘要.IAbstract.II目录.III1 绪论11.1 设计的意义11.2 设计的发展与趋势12 系统设计方案32.1 设计的任务32.2 方案原理32.3 方案特点及选择依据42.4
9、硬件简介52.4.1 PLC的简介52.4.2 步进电机选型72.4.3 驱动器的选型73 系统硬件设计93.1 系统总功能概述93.2 PLC模块设计93.2.1 PLC工作原理93.2.2 PLC的特点123.2.3 PLC控制系统的系统配置及I/O地址分配123.3 步进电机模块设计153.3.1 步进电机工作原理153.3.2 步进电机的特点153.4 步进电机驱动电路设计163.4.1 驱动器原理163.4.2 驱动器的特点163.4.3 驱动电路163.4.4 驱动电路接口174 系统软件设计174.1 上位机组态监控软件设计174.2 程序的设计要求184.3 程序设计184.3
10、.1 程序流程图184.3.2 PTO的概述204.3.3 程序的设计原理224.3.4 程序的分析225 系统调试与故障分析255.1 系统调试255.2 故障解决方案27结 论29附 录30参考文献33致 谢34I常州大学本科生毕业设计1 绪论1.1设计的意义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，在各个行业的控制领域都将有广泛应用。而现在的可编程控制器（通常称PLC）是一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能，能充分适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高，是目前广泛应用的控制装置之一。
11、 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。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,而且对工业现场的恶劣环境适应性差,可靠性不高。基于PLC控制的步进电机具有设计简单,实现方便,定位精度高,参数设置灵活等优点,在工业过程控制中使用,可靠性高,监控方便。 基于步进电动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、轧钢机、自动控制计算装置、自动记录仪表等自动控制领域。 1.2设计的发展与趋势PLC作为简单化了的计算机，功能完备
12、、灵活、通用、控制系统简单易懂，价格便宜，可现场修改程序，体积小、硬件维修方便，价格便宜等优点，在全世界广泛应用，为生产生活带来巨大效益方便。因此，通过研究用PLC来控制步进电动机的，既可实现精确定位控制，又能降低控制成本，还有利于维护。以往的步进电动机需要靠驱动器来控制，随着技术的不断发展完善，PLC具有了通过自身输出脉冲直接步进电动机的功能，这样就有利于步进电动机的精确控制。随着计算机技术的发展，PLC升级为PCC，其基本组成和工作原理和PLC是相同的。但是，PCC具有一般PLC所不具备的特点： PCC已经采用了多任务操作系统； PCC不但支持梯形图和C语言等各种高低编程语言，还具有专为工
13、业控制开发的高级语言，它比通用的高级语言，如C语言更适用于工业控制，更易于编程；PCC可以支持多个主CPU同时工作，而且还具有智能处理器，如专门的时间处理单元守（TPU）。从这些特点可以看出，PCC在很多方面突破传统，在PLC中引入了新的思想和编程思想，更易于实现日趋复杂的控制要求。步进电机在工业领域应用非常广泛，实现PCC控制的步进电机具有很大的实用价值。步进电动机已成为除了直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机，传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入自动化时代的今天，传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。步进电动机的发展与计算机工业密切相关。自从步进电动机在计算机外围设备中取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快
