五相十拍步進(jìn)電動機(jī)控制課程設(shè)計(jì)

1、.目錄摘要2第一章3第二章42.142.242.342.3.142.3.25第三章PLC6163.2PLC63.3 PLC73.473.583.5.193.5.2113.6173.7183.8183.9193.1019總結(jié)20參考文獻(xiàn)20.摘要步進(jìn)電機(jī)是一種控制精度極高的電機(jī),在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。 步進(jìn)電動機(jī)具有快速起停、精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，所以常用作工業(yè)過程控制及儀器儀表的控制元件。基于 PLC 控制的步進(jìn)電動機(jī)具有設(shè)計(jì)簡單，實(shí)現(xiàn)方便，參數(shù)設(shè)計(jì)置靈活等優(yōu)點(diǎn)。矩角特性是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時一個很重要的參數(shù)，矩角特性好，步進(jìn)電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩就大，運(yùn)行不易失步。改善矩角特性一般通過增加步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行拍

2、數(shù)來實(shí)現(xiàn)。本文主要是介紹采用可編程控制器 (PLC) 對五相十拍步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制的設(shè)計(jì)原理及方法進(jìn)行分析。本文詳細(xì)的介紹了用PLC控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的原理，及硬件和軟件設(shè)計(jì)方法。其內(nèi)容主要包括 I/O 地址分配、 PIC 外部接線圖、控制流程圖、主電路圖、梯形圖、元件清單以及語句表。本文設(shè)計(jì)過程中使用了十六位移位寄存器，大大簡化了程序的設(shè)計(jì)，使程序更間湊，方便了設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中表明此設(shè)計(jì)是合理有效的。關(guān)鍵詞 : PLC ；梯形圖；元件清單；五相十拍步進(jìn)電機(jī).第一章引言步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是電氣自動化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機(jī)械等領(lǐng)域。步進(jìn)電動機(jī)具有快速起停、精確步進(jìn)

3、和定位等特點(diǎn)，所以常用作工業(yè)過程控制及儀器儀表的控制元件。目前，比較典型的控制方法是用單片機(jī)產(chǎn)生脈沖序列來控制步進(jìn)電機(jī)。但采用單片機(jī)控制，不僅要設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制程序和I/O 接口電路，實(shí)現(xiàn)比較麻煩?；?PLC控制的步進(jìn)電動機(jī)具有設(shè)計(jì)簡單，實(shí)現(xiàn)方便，參數(shù)設(shè)計(jì)置靈活等優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于對精度要求比較高的運(yùn)動控制系統(tǒng)中，如機(jī)器人、打印機(jī)、軟盤驅(qū)動器、繪圖儀、機(jī)械閥門控制器等。矩角特性是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時一個很重要的參數(shù)，矩角特性好，步進(jìn)電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩就大，運(yùn)行不易失步。改善矩角特性一般通過增加步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行拍數(shù)來實(shí)現(xiàn)。.第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 程序設(shè)計(jì)的基本思路在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時，首先應(yīng)明確對象

4、的具體控制要求。由于CPU 對程序的串行掃描工作方式，會造成輸入輸出的滯后，而由掃描方式引起的滯后時間，最長可達(dá)兩個掃描周期，程序越長，這種滯后越明顯，則控制精度就越低。因此，在實(shí)現(xiàn)控制要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)使程序盡量簡潔緊湊。 另一方面，同一控制對象， 根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發(fā)生變化，此時，要求程序修改方便、簡單，即要求程序有較好的柔性。以SIMATIC 移位指令為步進(jìn)控制的主體進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，可較好的滿足上述設(shè)計(jì)要求。2.2 五相步進(jìn)電動機(jī)的控制要求：1五相步進(jìn)電動機(jī)有五個繞組: A、B、C、D、E ,正轉(zhuǎn)順序 : ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB 反轉(zhuǎn)順序

5、 : ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB 2用五個開關(guān)控制其工作：1 號開關(guān)控制其運(yùn)行( 啟 / 停 )。2 號開關(guān)控制其低速運(yùn)行(轉(zhuǎn)過一個步距角需0.5 秒 )。3 號開關(guān)控制其中速運(yùn)行(轉(zhuǎn)過一個步距角需0.1 秒 )。4 號開關(guān)控制其低速運(yùn)行(轉(zhuǎn)過一個步距角需0.03 秒)。5 號開關(guān)控制其轉(zhuǎn)向( ON 為正轉(zhuǎn)， OFF 為反轉(zhuǎn) )。3 方案原理分析2.3.1功能要求對五相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制，主要分為兩個方面：五相繞組的接通與斷開順序控制。正 轉(zhuǎn) 順 序 ： ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB反 轉(zhuǎn) 順 序：ABC BC BCD CD CDE DE DEA

6、EA EAB AB以及每個步距角的行進(jìn)速度。圍繞這兩個主要方面，可提出具體的控制要求如下：（1） 可正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；（2） 運(yùn)行過程中，正反轉(zhuǎn)可隨時不停機(jī)切換；（3） 步進(jìn)三種速度可分為高速（0.05S），中速（ 0.3S）,低速（ 0.5S）三檔，并可隨時手控變速；.2.3.2 性能要求在實(shí)現(xiàn)控制要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)使程序盡量簡潔緊湊。另一方面，同一控制對象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同， 控制要求或控制時序會發(fā)生變化，此時，要求程序修改方便、簡單，即要求程序有較好的柔性。.第三章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)31 輸入輸出編址控制步進(jìn)電機(jī)的個輸入開關(guān)及控制A 、B、C、D、E 五相繞組工作的輸出端在 PLC中的

7、 I/O 編址如表 1 所示。表 1I/O 地址分配表輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)元件名稱符號地址編碼元件名稱符號地址編碼啟 /停開關(guān)SB1I0.0A 繞組AQ0.00.5s 低速運(yùn)行開關(guān)SB2I0.1B 繞組BQ0.10.1s 中速運(yùn)行開關(guān)SB3I0.2C 繞組CQ0.20.03s 高速運(yùn)行開關(guān)SB4I0.3D 繞組DQ0.3控制轉(zhuǎn)向開關(guān)QSI0.4E 繞組EQ0.43.2 選擇 PLC類型根據(jù)上圖的 I/O 分配表通過查閱手冊選擇S7-200 CPU222基本單元（ 8 入/6 出） 1臺3.3 PLC 外部接線圖PLC 外部接線圖的輸入輸出設(shè)備、 負(fù)載電源的類型等的設(shè)計(jì)就結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來設(shè)定。步進(jìn)電

8、動機(jī)采用五相十拍控制外部接線圖如圖31 所示。.CPU2221M1LSB1Q0.0AI0.0SB2Q0.1BI0.1SB3Q0.2CI0.2SB4I0.32M2LQSQ0.3DI0.4EI0.5Q0.4I0.6Q0.5I0.7MN220V ACL+ DC24VFUL1圖 31 步進(jìn)電動機(jī)采用五相十拍控制外部接線圖3.4 控制流程圖由于上述具體控制要求， 可作出步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行時的程序框圖，如圖 3 2 所示。以工作框圖為基本依據(jù)，結(jié)合考慮控制的具體要求，首先可將梯形圖程序分為 4 個模塊進(jìn)行編程，即模塊 1：步進(jìn)速度選擇；模塊 2：起動、停止；模塊 3：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；模塊 4：移位控制功能模塊；模

9、塊 :5：A 、 B、C、 D、E 五相繞組對象控制。然后，將各模塊進(jìn)行連接，最后經(jīng)過調(diào)試、完善、實(shí)現(xiàn)控制要求。.開始首次選擇步進(jìn)速度啟 /停正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)位移寄存器賦初值低中高速速速N發(fā)出位移脈沖執(zhí)行位移位移輸出控制電機(jī)步進(jìn)十拍計(jì)數(shù)Y圖 32控制流程圖.3.5 梯形圖程序設(shè)計(jì)3.5.1 步進(jìn)控制設(shè)計(jì)采用移位指令進(jìn)行步進(jìn)控制。首先指定移位寄存器MW0 ，按照五相十拍的步進(jìn)順序，移位寄存器的初值見表2。表 2 移位寄存器初值M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.1M0.0100000000每右移 1 位，電機(jī)前進(jìn)一個布局角（一拍） ，完成十拍后重新賦初值其中 M1.2 、M1

10、.3、M1.4 、M1.5 、 M1.6 和 M1.7 始終為“ 0”。據(jù)此，可作出移位寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)繞組的狀態(tài)真值表，如表3.1、3.2 所示。從而得出五相繞組的控制邏輯關(guān)系式：正轉(zhuǎn)時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+M0.0相 Q0.2=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.5相 Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5+M0.4+M0.3相 Q0.4= M0.5+M0.4+M0.3+M0.2+M0.1反轉(zhuǎn)時A 相 Q0.0=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.0B 相

11、 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 3.1移位寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)繞組狀態(tài)真值表（正轉(zhuǎn)）移位寄存器 MW0正轉(zhuǎn)M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE10000000001110001000000000110000100000000111000010000000011000001000000011100000100

12、0000011000000100010011000000010010001000000001011001000000000111000表 3.2移位寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)繞組狀態(tài)真值表（反轉(zhuǎn)）移位寄存器 MW0反轉(zhuǎn)M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE100000000011000010000000011001001000000010001000100000010011000010000000011000001000000111000000100000110000000010001110000000001001100000000000111

13、100.3.5.2 梯形圖設(shè)計(jì)啟停使用單按鈕控制。梯形圖設(shè)計(jì)如下，首先，按SB2(SB3或 SB4)初次選擇一種步進(jìn)速度，五相步進(jìn)電動機(jī)的速度由定時器T33 控制，把三個值50、 10、3 分別送到VW100可得到低速、中速、高速三種速度。再按SB1，M2.0 得電，移位寄存器賦初值，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，且定時器開始計(jì)時，到設(shè)定值時，T33 得電動作，移位寄存器值右移一位， C21計(jì)數(shù)一次，然后 T33 重新計(jì)時。計(jì)數(shù)十次后動作 C21使移位寄存器重新賦值，依次循環(huán)。 QS控制正反轉(zhuǎn)， ON時 I0.4 得五相步進(jìn)電動機(jī)正轉(zhuǎn)， OFF時 I0.4 失電五相步進(jìn)電動機(jī)為反轉(zhuǎn)。再按一下 SB1， C20

14、 動作， M20 失電， C21 復(fù)位電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。.3.6 語句表.3.7 主電路圖3.8 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制圖.3.9元件清單控制主電路器件清單序號符號名稱型號單位數(shù)量單價總價（元）1CPU222XPPLC6ES7214-2BD23-0XB8臺1190019002M步進(jìn)電機(jī)86BYGH5430臺13603603FU熔斷器rm10個23.97.84SB按鈕開關(guān)la19-11d個52.6135QS刀開關(guān)HD11F-100A/38個150506KM交流接觸器CJX2-0901個220.5417KT時間繼電器H3Y-2個412.5508FR斷路器5SJ6320-7CC20個1105.3105.33.1

15、0元件布置圖.總結(jié)通過學(xué)習(xí) PLC理論課程后，在做課程設(shè)計(jì)能檢測我的學(xué)習(xí)成果和知道自己的不足，此次設(shè)計(jì)每個人一個題目。由于平時大家都是學(xué)理論，沒有過實(shí)際設(shè)計(jì)和調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)，拿到的時候都不知道怎么做。但通過各方面的查資料并學(xué)習(xí)。我基本學(xué)會了 PLC設(shè)計(jì)的步聚和基本方法。也鍛煉了自己獨(dú)立做事的能力，怎么去查找資料，怎么去利用手中的資料，怎么樣很好的寫一篇PLC論文。在這次設(shè)計(jì)實(shí)踐之中，我學(xué)會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細(xì)節(jié)不加重視。在課程設(shè)計(jì)過程中我了解到， PLC 并不是一門單一的編程技術(shù)，它是一門系統(tǒng)專業(yè)課程。PLC 可以廣義的認(rèn)為是一臺背嵌入操作系統(tǒng)的高可靠性 PC機(jī)。首先需要精深