步進控制plc課設

1、摘 要本文介紹了本實驗旨在完成使用PLC（Programmable Logic Controller）控制步進電機的整步運行。文中指出本次使用的編程思想主要為模塊化設計即為完成任務可對程序劃分為主程序及子程序。使用移位寄存器指令，可以大大簡化程序設計。移位寄存器指令所描述的操作過程如下，若在輸入端輸入一串脈沖信號，在移位脈沖作用下，脈沖信號依次移位到各個寄存器的內部繼電器中，并將這些內部繼電器的狀態(tài)輸出，每個內部繼電器可在不同的時間內得到由輸入端輸入的一串脈沖信號。可編程邏輯控制器（PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的

2、指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）?？删幊踢壿嬁刂破鬟M入實用化發(fā)展階段后，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、

3、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位?？删幊踢壿嬁刂破髟谙冗M工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。關鍵詞：PLC ；步進控制 ；移位寄存器目錄1 概述32硬件設計42.1控制要求42.2選擇PLC型號42.2.1 PLC的定義及工作方式42.2.2 PLC的功能52.2.3 PLC的特點52.3系統(tǒng)設計流程示意圖62.4 I/O分配表72.5 I/O接線圖73軟件設計83.1設計梯形圖83.2設計程序語句表94調試115結束語126參考文獻131 概述近年來，步進控制技術得到了飛速發(fā)展，在柔性、精確性、可靠性和宜人性等方面的功能越來越完善，已成為現(xiàn)代先進制造業(yè)的基礎。 數(shù)控就是數(shù)字控制，數(shù)控

4、技術在機床行業(yè)應用得多，就是依靠數(shù)字（電腦編程）來控制機床，具有效率高，精度高等主要特點。 數(shù)控技術是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制的技術。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關的開關量。數(shù)控的產生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進制形式數(shù)據(jù)運算的出現(xiàn)。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；19世紀末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農在美國麻省理工學院進行了數(shù)據(jù)快速運算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計算機，包括計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎。數(shù)控技術是與機床控制密切結合發(fā)展起來的。1952年，第一臺數(shù)控機床問世，成為世界機械工業(yè)史

5、上一件劃時代的事件，推動了自動化的發(fā)展。 現(xiàn)在，數(shù)控技術也叫計算機數(shù)控技術，目前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設備的控制功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可通過計算機軟件來完成?？删幊踢壿嬁刂破鬟M入實用化發(fā)展階段后，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位?？删幊踢壿嬁刂破髟谙冗M工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。2硬件設計 2.1控制要求

6、 在步進電機單元完成本實驗使用移位寄存器指令，可以大大簡化程序設計。移位寄存器指令所描述的操作過程如下；若在輸入端輸入一串脈沖信號，在移位脈沖作用下，脈沖信號依次移位到各個寄存器的內部繼電器中，并將這些內部繼電器的狀態(tài)輸出，每個內部繼電器可在不同的時間內得到由輸入端輸入的一串脈沖信號。圖1.1 步進控制面板2.2選擇PLC型號選擇合適的機型是PLC控制系統(tǒng)硬件配置的關鍵問題。目前，國內外生產PLC的廠家很多，不同的廠家的PLC場頻隨談基本功能相似，但有些特殊功能、價格、服務及使用的編程指令和編程軟件都不同。而同一廠家生產的PLC產品又有不同的系列，同一系列中又有不同的CPU型號，不同系列、不同

7、型號的。因此，如何選擇合適的機型至關重要。需了解PLC功能和特點。2.2.1 PLC的定義及工作方式在二十世紀七十年代PLC 問世后，由美國電氣制造商協(xié)會對PLC下過如下的定義: PLC是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計數(shù)計時和算術運算等功能，用來對各種機械或生產過程進行控制。1982年，國際電工委員會(International Electrical Committee-IEC)頒布了PLC標準草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版對PLC作了如下的定義:PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的。它采用可以

8、編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關外部設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。圖2.1 PLC工作流程2.2.2 PLC的功能（1）開關量邏輯控制（2）模擬量控制（3）閉環(huán)過程控制（4）定時控制（5）計數(shù)控制（6）順序（步進）控制（7）數(shù)據(jù)處理（8）通信和聯(lián)網(wǎng)2.2.3 PLC的特點（1） 可靠性高、抗干擾能力強（2）通用性強、靈活性好、功能齊全（3）編程簡單、使用方便（4）模塊化結構（5）安裝簡單、調試方便（6）網(wǎng)絡通信（7）體積

9、小、能耗低、便于機電一體化 開始2.3系統(tǒng)設計流程示意圖 A、B、C、D燈滅 啟動按鈕SD閉合？ N 0.1s后A燈亮 Y 步進電機前進一步 0.2s后B燈亮 步進電機前進一步 0.2s后C燈亮 步進電機前進一步 0.2s后D燈亮 步進電機前進一步 0.2s后A燈亮 步進電機前進一步 固化程序 圖2.2系統(tǒng)設計流程示意圖2.4 I/O分配表 輸入輸出接線輸入SDI0.0輸出ABCDQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3（啟動開關與LED數(shù)碼顯示的共用）2.5 I/O接線圖 3軟件設計 3.1設計梯形圖 3.2設計程序語句表 Network 1 / 網(wǎng)絡標題LD T40EUSHRB M0.0, M20

10、.0, +4Network 2 LD M20.4ON I0.0R M20.0, 4Network 3 LD M20.3ON I0.0R M0.1, 1Network 4 LD M20.0S M0.1, 1Network 5 LD I0.0AN M0.1= M0.0Network 6 LD I0.0AN T41TON T40, +1Network 7 LD T40TON T41, +1Network 8 LD M20.0= Q0.0Network 9 LD M20.1= Q0.1Network 10 LD M20.2= Q0.2Network 11 LD M20.3= Q0.34調試步進電機的控

11、制系統(tǒng)由可編程控制器和步進電機功率驅動器組成，控制系統(tǒng)中PLC用來產生控制脈沖；通過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進電機的轉角；同時通過編程控制脈沖頻率。在輸入端輸入一串脈沖信號（1000），在移位脈沖作用下，此脈沖信號依次移位（1000-0100-0010-0001-1000-.）中，并將這些內部繼電器的狀態(tài)輸出（LED燈A亮-B亮-C亮-D亮-A亮-）。若將梯形圖網(wǎng)絡三中復位指令的指令操作數(shù)M0.1改為M0.2或M0.3，各個寄存器的內部繼電器的狀態(tài)輸出將發(fā)生改變（1000-0100-0010-0001，即A亮-B亮-C亮-D亮），不會循環(huán)移位；若將梯形圖網(wǎng)絡四中置位指令的指令操

12、作數(shù)M0.1改為M0.2或M0.3，各個寄存器的內部繼電器的狀態(tài)輸出將發(fā)生改變（1000-1100-1110-1111，即A亮-AB亮-ABC亮-ABCD亮），不會循環(huán)移位。5結束語 此次課程設計從程序設計、調試仿真到選型、接線，可以說非常貼近實際需求，是鍛煉我們綜合設計能力的良好體現(xiàn)。我從此次設計中收獲頗多，我一開始的設計思路是采用狀態(tài)轉移圖實現(xiàn)電機的步進，但不久就發(fā)現(xiàn)由于分支較多且要實現(xiàn)正反轉較復雜，在一番躊躇過后，選擇放棄這種設計思路，轉向采用經驗設計法。由于步進電機給脈沖就轉，不給脈沖電機就不轉，而且步進脈沖的頻率越高，步進電機轉得越快；改變各相的通電方式，就可以改變電機的運行方式；改

13、變通電順序，就可以控制電機的正、反轉。所以，采用經驗設計法的主要思想是使用循環(huán)位移指令實現(xiàn)正反轉與狀態(tài)變化，通過控制定時器的時間長短來實現(xiàn)速度控制。單個功能的實現(xiàn)是容易的，但組合起來并沒有沖突是要動腦子的，經過不停地調試與仿真，最終順利完成設計任務。因此，設計最重要的就是思路要清晰，而且一旦發(fā)現(xiàn)路子走不太通或者走得比較曲折，就要考慮是否需要轉換思路（時間上要允許，需慎重）。正確的方向，不斷地努力，就一定能達到目的！6參考文獻 1 S7-200300PLC入門和應用分析邱道伊主編 北京：中國電力出版社，20083王宜結.步進電機自動加減速運行的研究J.自動化技術與應用，2004，23（2）:52

14、-54.4宣財鑫PLC脈沖控制步進電機技術J機車車輛工藝，2002(1):31-325殷華文,于兆和,馬志剛PLC對步進電機的控制技術組合機床與自動化加工技術, 2003 6林春方.可編程控制器原理及其應用M.上海:上海交通大學出版社,2004.7羅妍, 李志蜀, 王汾雁.PLC控制的步進電機頻率曲線優(yōu)化技術研究J.四川大學學報(自然科學版) , 2007,(44,1)8章麗芙, 倪步喜, 張朋.基于 PLC的步進電動機控制系統(tǒng)J. 微電機, 2006,(39,1).9臺防編著.可編程控制器應用教程.北京：中國水利水電出版社，200110PLC 脈沖控制步進電機技術宣財鑫(戚墅堰機車車輛工藝研究所, 江蘇 常州 213011)11基于PLC的步進電機控