畢業(yè)設計PLC控制步進電運行

1、 畢業(yè)設計 題目：plc控制步進電運行 摘 要plc（即可編程控制器）在工業(yè)控制領域內(nèi)得到十分廣泛地應用。plc是一種基于數(shù)字計算機技術、專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的電子控制裝置，它采用可編程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入/輸出，完成一系列邏輯、順序、定時、記數(shù)、運算等確定的功能，來控制各種類型的機電一體化設備和生產(chǎn)過程。步進電機作為一個驅(qū)動執(zhí)行單元，廣泛地使用于工業(yè)領域和民用領域。 關鍵詞：步進電機；plc；可編程序的存儲器；位置控制abstractabstract: plc ( programmable controller ) in the field of indu

2、strial control has been very widely used. plc is based on a digital computer technology, specifically for the industrial application environment and the design of the electronic control device, it uses a programmable memory, used to store a users instruction, through digital or analog input / output

3、, complete a series of logic, sequence, timing, counting, operations and other defining features, to control various types of mechanical and electrical equipment and integrated production process. stepping motor as a driving execution unit, is used widely in industry and civil fields.keywords: stepp

4、ing motor；plc；programmable memory；position control14目 錄第一章 設計系統(tǒng)11.1.1步進電機與步進電機驅(qū)動器的接線圖11.1.2 plc接線圖11.1.3按帶驅(qū)動器的plc接線圖的方式編寫plc程序21.2采用西門子s7-300plc控制三相步進電機的過程例子21.2.1 三相六拍、三相三拍2第二章 可編程的產(chǎn)生和發(fā)展52.1 plc簡介52.2可編程控制器的工作原理7第三章：步進式電動機83.1步進電機的簡介83.2 步進電動機的分類93.2.1按工作原理分類：93.2.2 按輸出轉(zhuǎn)矩的大小分類：103.3 步進電動機的結構與原理10參考

5、文獻11致 謝12緒 論步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比,其轉(zhuǎn)速與單位時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比,其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關?？删幊炭刂破?programmable logic controller,通常稱plc)是一種工業(yè)控制計算機,具有模塊化結構、配置靈活、高速的處理速度、精確的數(shù)據(jù)處理能力、多種控制功能、網(wǎng)絡技術和優(yōu)越的性價比等性能,能充分適應工業(yè)環(huán)境,簡單易懂,操作方便,可靠性高,是目前廣泛應用的控制裝置之一1,2。plc對步進電機也具有良好的控制能力,利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功

6、能,即可實現(xiàn)對步進電機的控制。利用plc控制步進電機,其脈沖分配可以由軟件實現(xiàn),也可由硬件組成。第一章 設計系統(tǒng)1.1.1步進電機與步進電機驅(qū)動器的接線圖步進電機驅(qū)動器與plc連接，sh-2h042ma步進電機驅(qū)動器的輸入信號為cp+、cp-和dir+、dir-，其連接方式有三種： 共陽極方式：把cp+和dir+接在一起作為共陽端opto（接外部系統(tǒng)的+5v），脈沖信號接入cp-端，方向信號接入dir-端；共陰極方式：把cp-和dir-接在一起作為共陰端（接外部系統(tǒng)的gnd），脈沖信號接入cp+端，方向信號接入dir+端；差動方式：直接連接。 1.1.2 plc接線圖 plc接線圖（帶驅(qū)動器）

7、plc接線圖（不帶驅(qū)動器，輸出電源電壓應與步進電動機額定電壓匹配）sb1為啟動按鈕，sb2為停止按鈕，sb3為加速按鈕，sb4為減速按鈕。1.1.3按帶驅(qū)動器的plc接線圖的方式編寫plc程序1.2采用西門子s7-300plc控制三相步進電機的過程例子1.2.1 三相六拍、三相三拍電路說明：輸出： a相加電壓：q0.0b相加電壓：q0.1 c相加電壓：q0.2 啟動指示燈：q0.3三相單三拍運行方式：q0.4三相雙三拍運行方式：q0.5三相單六拍運行方式：q0.6輸出脈沖顯示燈： q0.7三相單三拍運行方式三相雙三拍運行方式三相單六拍運行方式編程方法： 使用定時器指令實現(xiàn)各種時序脈沖的要求：使

8、用定器產(chǎn)生不同工作方式下的工作脈沖，然后按照控制開關狀態(tài)輸出到各相對應的輸出點控制步進電機。 m0.0作為總控制狀態(tài)位，控制脈沖發(fā)生指令是否啟動。一旦啟動，采用t0、t1、t2以及它們的組合可以得到三相單三拍和三相雙三拍的兩種工作方式下，各相的脈沖信號。如t0的狀態(tài)為三相單三拍工作狀態(tài)下a相的脈沖。同理可使用類似程序得到三相單六拍時各相所需的脈沖信號。2使用移位指令實現(xiàn)各相所需的脈沖信號。例如在mw10中進行移位，每次移位的時間為1秒鐘。如圖為三相單六拍正向時序流程圖，三相單三拍可利用相同的流程圖，從m11.1開始移位，每次移兩位，而三相雙三拍從m11.2開始，每次移兩位。 程序段2：三相單三

9、拍或三相單六拍工作方式，此時均從m11.0開始移位，兩種工作方式均為m11.6為“1”時返回。程序段3：三相雙三拍工作方式，此時從m11.1開始因為，而在m11.7時返回。程序段4：若按下停止按鈕或沒有選擇工作方式時，mw10中的內(nèi)容為“0”，則不會有輸出。程序段5：三相單三拍或三相雙六拍，每次應移動2位。程序段6：三相單六拍，每次應移動一位。程序段7為移位指令，由于t1的周期為1秒鐘，因此每間隔1秒鐘，移位指令左移指定的位數(shù)。再將mw10中對應的位控制相應的輸出，可實現(xiàn)步進電機的控制。步進電機的反向控制可根據(jù)相同的辦法來實現(xiàn)。1.2.2正反轉(zhuǎn)控制 步進電機的正反轉(zhuǎn)控制可通過改變步進電機各繞組

10、的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向，三相六拍步進電機通電順序為a-ab-b-bc-c-ca-a時電機正轉(zhuǎn)；當繞組按a-ac-c-cb-b-ba-a順序通電時電機反轉(zhuǎn)。因此，可以通過plc輸出的方向控制信號改變硬件環(huán)形分配器的輸出順序，或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來改變步進電機繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。即通過正反轉(zhuǎn)驅(qū)動環(huán)節(jié)（調(diào)換相序），改變y0、y1和y2接通的順序，以實現(xiàn)步進電動機的正反轉(zhuǎn)控制。正轉(zhuǎn)： 反轉(zhuǎn)：第二章 可編程的產(chǎn)生和發(fā)展2.1 plc簡介雖然plc問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術的不斷進步，plc也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三各階段：早期

11、的plc一般稱為可編程邏輯控制器。這是的plc多少由電繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上 以計算機的形式出現(xiàn)，在i/o接口電路上作了改進以適應工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采用廣大電器工程技術人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。因此，早期的plc的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復使用等。其中plc特有的編程語言梯形圖一直沿用至今。在七十年代，微處理器的出現(xiàn)使p

12、lc發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為plc的中央處理單元（cpu）。這樣，使plc的功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。再硬件方面，除了保持其原有的開關模塊以外，還增加了模擬量快、遠程i/o模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，是各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使plc的應用范圍得以擴大。進入八十年代中、后期，由于插大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的plc所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進

13、一步提高plc的處理速度，各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得plc軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。從結構上分，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、i/o板、顯示面板、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置（如圖1）圖1plc的基本結（1）cpu的構成及功能-cpu是plc的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。每套plc至少有一個cpu，它按plc

14、的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 （2）i/o模塊- plc與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（i/o）完成的。i/o模塊集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o種類有開關量輸入（di），開關量輸出（do），模擬量輸入（ai），

15、模擬量輸出（ao）等。（3）電源模塊-plc電源用于為plc各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24v的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220vac或110vac），直流電源（常用的為24vac）。 （4）底板或機架-大多數(shù)模塊式plc使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使cpu能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。（5）擴展接口當plc主機（基本單元）的點數(shù)不夠用時，可以通過擴展i/o接口連接擴展機（擴展單元），以增加輸入和輸出點數(shù)。（6）編程器和其他外設plc需要通過編程器輸入、檢查、修改、完善和調(diào)試程序，也需要

16、它在線監(jiān)控plc的工作情況，編程器是plc最主要的外圍設備。plc也可以配置其他設備，如打印機、顯示器、eprom寫入器和盒式磁 2.2可編程控制器的工作原理與普通微機類似，plc也是由硬件和軟件兩大部分組成的。在軟件的控制下，plc才能正常工作。軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩部分。 plc的基本工作過程（1）輸入現(xiàn)場信息：在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點，讀入各輸入點的狀態(tài)。 （2）執(zhí)行程序：順次掃描用戶程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進行邏輯運算。 （3）輸出控制信號：根據(jù)邏輯運算的結果，輸出狀態(tài)寄存器（鎖存器）向各輸出點并行發(fā)出相應的控制信號，實現(xiàn)所要求的邏輯控制功能。 每次掃

17、描開始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對各輸入輸出點、存儲器和cpu等進行診斷，診斷的方法通常是測試出各部分的當前狀態(tài)，并與正常的標準狀態(tài)進行比較，若兩者一致，說明各部分工作正常，若不一致則認為有故障。此時，plc立即啟動關機程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，并關斷所有輸出點，然后停機。診斷結束后，如沒發(fā)現(xiàn)故障，plc將繼續(xù)往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請求。如果有則進行相應的處理，比如，接受編程器發(fā)來的命令，把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)、出錯信息送給編程器顯示等。處理完通信后，plc繼續(xù)往下掃描，輸入現(xiàn)場信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸出控制信號，完成一個掃描周期。然后又從自診斷開始，進行第二輪掃描 圖2 plc掃描流程

18、圖第三章：步進式電動機3.1步進電機的簡介步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非 超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。 根據(jù)機電能量轉(zhuǎn)換原理，步進電動機與通常的的交流或直流電動機無異，是將電能變成機械能的電磁元件。但它的運行原理等方面存在特殊性。所以我們在使用前必須先了解其原理，才能在設計時靈活運用。 3.2 步進電動機的分類3.2.1按工作原理分

19、類：激磁式（電磁式） 步進電動機的定子和轉(zhuǎn)子均有繞組，靠電磁力矩使轉(zhuǎn)子動。反應式（磁阻式）圖3 轉(zhuǎn)子無繞組，定子繞組勵磁后產(chǎn)生反應力矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。永磁式 圖4 轉(zhuǎn)子和定子的某一方具有永久磁鋼，另一方由軟磁材料制成。繞組輪流通電，建立的磁場與永久磁鋼的恒定磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜剑ㄓ来鸥袘剑﹫D3圖43.2.2 按輸出轉(zhuǎn)矩的大小分類： 1快速步進電動機 電動機的輸出轉(zhuǎn)矩一般為0。074nm，可以控制小型精密機床的工作臺，例如線切割機床。2功率步進電動機 電動機的輸出轉(zhuǎn)矩一般為540nm，可直接驅(qū)動機床的移動部件。此外，按勵磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相、等等。相數(shù)越多，步距角越小，但結

20、構越復雜。按運動方式分為旋轉(zhuǎn)運動、直線運動、平面運動等。按定子排列還可分為徑向式（單段式）和軸向（多段式），軸向式的轉(zhuǎn)動慣量小，快速性和穩(wěn)定性好，功率步進電動機多為軸向式。3.3 步進電動機的結構與原理 結構特點:步進電動機由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。我們以三相步進電動機為例。三相反應式步進電動機的結構簡圖（如圖3.2）所示，定子有六個磁極，每相對磁極構成一相控制繞組 ，轉(zhuǎn)子上有均布的四個齒。 圖3.2 工作原理 步進電動機的工作原理，其實就是電磁鐵的工作原理，當u相通電，v、w相不通電，如圖3所示，1、3齒與u相對齊；當v相通電，u、w相不通電，如圖3所示，2、4齒與v相對齊；當w相通電，u、v相不通電，如圖3所示，1、3齒與w相對齊。由此可見，當通電順序為uv wu v 時，轉(zhuǎn)子便順時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動，通電狀態(tài)每換接一次，轉(zhuǎn)子前進一步，一步對應的角度稱為步距角。電流換接三次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進一個齒距的位置，一個齒距所對應的角度稱為齒距角（此例中齒距角為90度）當改變通電順序時，將改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。通電方式單相輪流通電方式每次切換前后只有一相繞組通電。在這種通電方式下，電動機工作的 穩(wěn)定性較差，容易失步。上述例子即為單向輪流通電方式，稱為三相單三拍通電。單雙相輪流通電方式 上述兩種通電