PLC控制步進(jìn)電機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（PLC課程設(shè)計(jì)）題 目： PLC控制步進(jìn)電機(jī)說(shuō)明書 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2013年11月27日機(jī)械工程學(xué)院2013年11月佳木斯大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)（卓越工程師）設(shè)計(jì)說(shuō)明書目 錄第1章PLC的發(fā)展1第2章PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制2第3章程序設(shè)計(jì)33.1設(shè)計(jì)方案的提出33.2最終方案的確定3第4章設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題6第5章作品展示8第6章設(shè)計(jì)總結(jié)10致謝11參考文獻(xiàn)12-第1章 PLC的發(fā)展PLC全稱為可編程控制器，是在電氣控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成為以微機(jī)處

2、理器為核心，將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。目前，PLC已被廣泛用于生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中，成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制裝置。被廣泛的認(rèn)為是現(xiàn)代化工業(yè)的三大支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。PLC技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需求外，主要是因?yàn)樗哂泻芏嗒?dú)特的有點(diǎn)，較好的解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。PLC可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，其平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)小時(shí)，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施。其次PLC編程簡(jiǎn)單、使用方便，目前大多數(shù)PLC采用的編程語(yǔ)言都是

3、梯形圖語(yǔ)言，梯形圖與電氣控制線路相似，形象、直觀，不需要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)，很容易被廣大工程技人員掌握。PLC功能完善、通用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。采用了集成電路，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。目前PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。隨著PLC的性價(jià)比不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷擴(kuò)大。為此，本文主要研究基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各種控制。第2章 PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決

4、于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上主要為反應(yīng)式、永磁式和混合式。本設(shè)計(jì)采用的為86BYG202步進(jìn)電機(jī)，是四相八拍步進(jìn)電機(jī)，屬于永磁式步進(jìn)電機(jī)?，F(xiàn)代控制系統(tǒng)中, PLC 作為廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的控制器, 它的功能越來(lái)越強(qiáng), 性能越來(lái)越先進(jìn)。為了配合步進(jìn)電機(jī)的控制, 許多PLC 都內(nèi)置了脈沖輸出功能, 并設(shè)置了相應(yīng)的控制指令, 可以很好地對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行直接控制。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是: 大大減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作量, 不存在各部分接口

5、信號(hào)的匹配問(wèn)題, 提高系統(tǒng)的可靠性。整個(gè)控制系統(tǒng)由PLC 和步進(jìn)電機(jī)組成。PLC具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù), 輸出信號(hào)的頻率可以達(dá)到數(shù)千赫茲或更高, 使得脈沖分配能有很高的分配速度, 充分利用步進(jìn)電機(jī)的速度響應(yīng)能力, 提高整個(gè)系統(tǒng)的快速性。-2-第3章 程序設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)方案的提出步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。由上可對(duì)知步進(jìn)電機(jī)的控制可通過(guò)改變

6、脈沖的頻率或者是脈沖的發(fā)射的數(shù)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。此次的課程設(shè)計(jì)用的是三菱的可編程控制器?？紤]在閃爍電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過(guò)探討一共一處三種可行性方案：1）使用脈沖輸出指令PLSY，它可用于指定輸出繼電器Y0或Y1輸出給定頻率的脈沖。但是PLSY指令指定頻率在一定的范圍之間，并且只限于使用晶體管輸出的Y0或Y1。使用此指令局限性較大，且程序不易編制。2）使用位位移指令STFR/STFL，它可用于控制位原件的右移或者左移。位位移指令對(duì)周期的可調(diào)性小，只能按著一定的規(guī)律定向加速或定向減速。3）使用寄存器MOV指令，將控制周期的參數(shù)由MOV控制，程序語(yǔ)句如（MOV K10 DO）。并將MOV指令

7、與INC（加）和DEC（減）指令相結(jié)合，控制D0值得大小，從而控制周期參數(shù)的變化，進(jìn)而控制輸出脈沖頻率的大小，最終達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。最終確定使用MOV指令和INC(加)、DEC（減）相結(jié)合的方法來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。3.2最終方案的確定根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求，利用PLC來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。其要求最終程序能夠?qū)崿F(xiàn)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加速和減速過(guò)程。第3章已經(jīng)確定使用MOV指令和INC(加)、DEC（減）相結(jié)合的方法，從而確定了程序（如圖3-1、圖3-2所示）。程序包括四個(gè)輸入X0、X1、X2、X3，一個(gè)輸出Y0。X0一旦輸入，將10賦予到數(shù)據(jù)寄存器D0中。X1、X2分

8、別控制寄存器里的D0加1、減1指令控制，從而控制計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)周期，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的減速、加速操作。X3、T0、T1構(gòu)成了閃爍電路，從而控制了步進(jìn)電機(jī)的周期性間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。Y0的輸出實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)加速減速的控制過(guò)程。圖3-1 梯形圖圖3-2 指令表最后考慮加入對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制功能，增加其實(shí)用性，確定使用RST和SET指令控制正反轉(zhuǎn)。X4的輸入使Y1置1，從而控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。X5的輸入使Y1復(fù)位為0，從而使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。PLC控制步進(jìn)電機(jī)控制口分配表如表1所示，最終程序如圖3-3、圖3-4所示。表1 步進(jìn)電機(jī)三菱系列PLC控制口分配表輸入信號(hào)名稱輸入點(diǎn)編號(hào)名稱輸入點(diǎn)編號(hào)正向轉(zhuǎn)動(dòng)X4正常轉(zhuǎn)速X

9、0反向轉(zhuǎn)動(dòng)X5加速X1停止X3減速X2圖3-3 有正反轉(zhuǎn)梯形圖圖3-4 有正反轉(zhuǎn)指令表第4章 設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到不少問(wèn)題，如下：?jiǎn)栴}一：在使用可編程控制器輸入編寫好的程序時(shí)，有些指令在可編程控制器的輸入界面上沒(méi)有，如MOV、DEC和INC，經(jīng)過(guò)查找，輸入這些指令只需輸入其對(duì)應(yīng)的數(shù)字即可，指令和數(shù)字的對(duì)應(yīng)如MOV-FNC 12、DEC-FNC 25和INC-FNC 24。問(wèn)題二：初步程序（如圖4-1所示）完成之后，在使用PLC調(diào)試程序時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)輸入脈沖的周期進(jìn)行加減操作時(shí)無(wú)法觀察到預(yù)期效果。最后發(fā)現(xiàn)是由于X1的輸入使頻率增加特別大，使顯示過(guò)程不明顯，所以采用上升沿控制脈沖輸入，最

10、終解決了問(wèn)題，如圖4-2所示。圖4-1問(wèn)題三：可編程控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的連接，以及步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的連接。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)相連一一般為并聯(lián)接法，如表2所示。表2 引導(dǎo)線接線方法接法并聯(lián)接法驅(qū)動(dòng)器接線AA-BB-接線端子紅（長(zhǎng)）綠（短）紅（短）綠（長(zhǎng)）黃（長(zhǎng)）藍(lán)（短）黃（短）藍(lán)（長(zhǎng)）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與PLC的接口如下：OPTO：為輸入信號(hào)的公共端，OPTO端須接外部系統(tǒng)的VCC。DIR：方向電平信號(hào)輸入端，高低電平控制電機(jī)正/反轉(zhuǎn)。CP：步進(jìn)脈沖信號(hào)輸入，下降沿有效。第5章 作品展示整個(gè)設(shè)計(jì)作品主要由3大部分組成，即為三菱型可編程控制器（如圖5-1所示）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（如圖5

11、-2所示）和步進(jìn)電機(jī)（如圖5-3所示）?？傃b圖如圖5-4所示。圖 5-1圖 5-2圖 5-3圖 5-4第6章 設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是用PLC控制步進(jìn)電機(jī)，在此基礎(chǔ)上完成相關(guān)的設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)內(nèi)容看似簡(jiǎn)單，其實(shí)所要做的輔助性工作也是相當(dāng)多的，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)工作過(guò)程中所涉及到的實(shí)在很多，所以在做課程設(shè)計(jì)之間，我們又認(rèn)真復(fù)習(xí)了從圖書館借來(lái)的有關(guān)步進(jìn)電機(jī)的參考資料，學(xué)會(huì)了如何分析現(xiàn)有問(wèn)題，并熟悉了設(shè)計(jì)步驟，知道了如何查閱手冊(cè)和一些相關(guān)量的常規(guī)選取方法，以及要注意的問(wèn)題等等。在做的過(guò)程中，還結(jié)合了平時(shí)實(shí)習(xí)中所看到的實(shí)際情況，這也使我們?cè)谒枷胨刭|(zhì)和分析能力上都有所提高。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我們小組成員認(rèn)真

12、合作，共同努力，終于把此設(shè)計(jì)圓滿的完成。這次設(shè)計(jì)使我們?cè)诨纠碚摰木C合運(yùn)用以及正確解決實(shí)際問(wèn)題等方面得到了一次較好的訓(xùn)練。課程設(shè)計(jì)已結(jié)束，回顧設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，我們都覺得受益匪淺。課程設(shè)計(jì)是整個(gè)相關(guān)課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，使理論與現(xiàn)實(shí)更加接近，加深了我們對(duì)理論知識(shí)的理解，強(qiáng)化了生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的感性認(rèn)識(shí)。提高了我們獨(dú)立思考問(wèn)題、解決問(wèn)題和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，為以后的設(shè)計(jì)工作打下了較好的基礎(chǔ)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我們也對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制過(guò)程有了一定的了解，同時(shí)又對(duì)在課堂上的所學(xué)的知識(shí)有了進(jìn)一步的學(xué)習(xí)了更加深入的了解。而且，對(duì)我們的查閱資料的能力和寫word的能力有了很大的提高，這對(duì)我們幫助很大。更重要的是這次課程設(shè)計(jì)也讓我們看到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題都是在大家的共同努力下發(fā)現(xiàn)和解決的。也非常感謝老師在課程設(shè)計(jì)中給予我們的幫助。14致謝我的這篇論文的完成，首先應(yīng)當(dāng)歸功于指導(dǎo)老師的指導(dǎo)。老師給予了我大量的指導(dǎo)和幫助，在整個(gè)論文的撰寫當(dāng)中積累了很多的經(jīng)驗(yàn)，我不但完成了論文，也學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識(shí)，受益匪淺，老師們治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。感謝老師給我們這次鍛煉的機(jī)會(huì)