基于PLCS7_300的步進(jìn)電機開環(huán)設(shè)計說明

1、 PAGE30 / NUMPAGES31目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc31621 目錄1 HYPERLINK l _Toc8111 1.引言2 HYPERLINK l _Toc2212 1.1 設(shè)計目的2 HYPERLINK l _Toc14874 1.2 設(shè)計過程2 HYPERLINK l _Toc14874 1.2.1 步進(jìn)電機簡介2 HYPERLINK l _Toc14874 1.2.2 步進(jìn)電機的驅(qū)動電路2 HYPERLINK l _Toc14874 1.2.3 兩相步進(jìn)電機的通電方式4 HYPERLINK l _Toc23207 1.3 設(shè)計容5 H

2、YPERLINK l _Toc11364 2.電路設(shè)計6 HYPERLINK l _Toc3623 3.PLC硬件組態(tài)6 HYPERLINK l _Toc10840 4.PLC編程元件地址分配表6 HYPERLINK l _Toc7433 4.1 線性化編程符號表6 HYPERLINK l _Toc11160 4.2 結(jié)構(gòu)化編程符號表7 HYPERLINK l _Toc22196 4.3 結(jié)構(gòu)化編程FC的變量聲明表7 HYPERLINK l _Toc28921 5.控制程序8 HYPERLINK l _Toc12173 5.1線性化編程8 HYPERLINK l _Toc27421 5.2結(jié)構(gòu)

3、化編程21 HYPERLINK l _Toc13367 5.2.1 OB1控制程序21 HYPERLINK l _Toc123 5.2.2 FC1控制程序 PAGEREF _Toc123 25 HYPERLINK l _Toc123 5.2.3 FC2控制程序 PAGEREF _Toc123 27 HYPERLINK l _Toc5159 6.程序調(diào)試說明30 HYPERLINK l _Toc25127 7.心得體會 PAGEREF _Toc25127 30 HYPERLINK l _Toc25127 8.參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc25127 31引言 可編程控制器是電氣控制技術(shù)中的關(guān)

4、鍵技術(shù)?？删幊炭刂破鳛椤白詣踊碗姎夤こ膛c其自動化”專業(yè)的一門重要專業(yè)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握工廠電氣控制設(shè)備技術(shù)和可編程控制器的使用、分析和設(shè)計自動生產(chǎn)過程中的控制電路，掌握其使用方法。 PLC課程設(shè)計的主要目的，是通過對某個簡單的自動化生產(chǎn)設(shè)備、某條簡單的自動化生產(chǎn)線、某些簡單的工藝過程的調(diào)查研究，使學(xué)生明確生產(chǎn)工藝對電氣控制提出的各項要求。根據(jù)這些要求，進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的原理設(shè)計、硬件配置與軟件編程設(shè)計。通過不斷地調(diào)試和完善程序來滿足生產(chǎn)工藝的要求。本課程設(shè)計提供了設(shè)計的備選課題。通過課程設(shè)計，使學(xué)生進(jìn)一步熟悉PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用，并培養(yǎng)學(xué)生決實際問題的能力，掌握系統(tǒng)設(shè)計的思路

5、與方法。1.1設(shè)計目的 了解步進(jìn)電機的工作原理與步進(jìn)電機的開環(huán)控制原理。 綜合應(yīng)用所學(xué)PLC知識設(shè)計基于PLC的步進(jìn)電機開環(huán)控制系統(tǒng)； 通過自行編程調(diào)試掌握PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。1.2設(shè)計過程1.2.1步進(jìn)電機原理簡介 步進(jìn)電動機是一種將數(shù)字式電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的機電元件，每一個脈沖信號可以使步進(jìn)電機前進(jìn)一步，轉(zhuǎn)過的角度與控制脈沖的個數(shù)呈嚴(yán)格的正比關(guān)系。其運行速度與控制脈沖頻率呈嚴(yán)格的正比關(guān)系，正是這個特點，使其可以和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合，成為比較理想的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機主要應(yīng)用于開環(huán)位置控制系統(tǒng)中。目前步進(jìn)電機在數(shù)控機床、計算機外圍設(shè)備、鐘表、包裝機械、食品機械中得到廣泛的應(yīng)用

6、。 步進(jìn)電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。以二相步進(jìn)電機為例，定子上有兩組相對的磁極，每對磁極纏有同一繞組，形成一相。定子和轉(zhuǎn)子上分布著大小、間距一樣的多個小齒。當(dāng)步進(jìn)電機某一相通電形成磁場后，在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被強行推動到最大磁導(dǎo)率（或最小磁阻）的位置。步進(jìn)電機接收到一個脈沖信號，就驅(qū)動步進(jìn)電機轉(zhuǎn)過一個步距角，對于一個m相n拍的步進(jìn)電機來說，每走完n拍，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個齒距角，所以齒距角與步距角的關(guān)系為：從控制原理上，步進(jìn)電機可以分為反應(yīng)式、永磁式和混合式步進(jìn)電機三大類；按照控制繞組的相數(shù)可以分為兩相、三相、四相。 本課程設(shè)計中用到的步進(jìn)電機為兩相步進(jìn)電機。該步進(jìn)電機轉(zhuǎn)子共有50個齒，所以齒距角

7、為7.2。電機每相電流為0.2A，相電壓為5V。1.2.2步進(jìn)電機的驅(qū)動電路本設(shè)計中用到的步進(jìn)電機的驅(qū)動電路圖如圖1所示： 圖1 步進(jìn)電動機驅(qū)動電路圖中TL1TL4對應(yīng)的是面板上的插孔。圖中標(biāo)注的A與，B與分別表示步進(jìn)電機的定子的兩相繞組的四個端子。1.2.3兩相步進(jìn)電機的通電方式單四拍通電方式：每次只有一相繞組通電，四拍構(gòu)成一定循環(huán)。兩相繞組按照ABA的次序輪流通電。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子齒距。雙四拍通電方式：每次有兩相繞組同時通電，兩相控制繞組按ABBAAB的次序輪流通電。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度與單四拍相等都是轉(zhuǎn)子齒距，但與單四拍的空間定位不重合。單、雙八拍的通電方式：上兩種通電方式的循環(huán)拍數(shù)等于4

8、，稱為滿步通電方式。若通電方式等于8，稱為半步通電方式，即按AABBBAA的次序通電。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子齒距。在上述通電方式中，改變通電的循環(huán)方向即可改變步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動方向，改變通電的頻率，即可改變步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速。本課程設(shè)計采用的是雙四拍的通電方式，實現(xiàn)對兩項步進(jìn)電機的正反?？刂频?，以與可以實現(xiàn)對步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動角度的精確控制。1.2.4步進(jìn)電機控制方式典型的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)如圖2所示： 圖2 典型的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)步進(jìn)電動機是一種將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移或者線位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件。在經(jīng)歷了一個大的發(fā)展階段后，日前其發(fā)展趨向平緩。然而，其基本原理是不變的，即：是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角

9、位移的執(zhí)行元件，每當(dāng)對其施加一個電脈沖時，其輸出轉(zhuǎn)過一個固定的角度。步進(jìn)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(jìn)電機的各相繞組的脈沖順序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率與電機繞組通電的順序，便可控制步進(jìn)電機的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向。步進(jìn)電機的機理是基于最基本的電磁鐵作用，可簡單地定義為，根據(jù)輸人的脈沖信號，每改變一次勵磁狀態(tài)就前進(jìn)一定角度或長度，若不改變勵磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電動機:從廣義上講，步進(jìn)電動機是一種受電脈沖信號控制的無刷式直流電機，也可看作是在一定頻率圍轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率同步的同步電動機。步進(jìn)電機的

10、控制和驅(qū)動方法很多，按照使用的控制裝置來分可以分為:普通集成電路控制、單片機控制、工業(yè)控制機控制、可編程控制器控制等幾種；按照控制結(jié)構(gòu)可分為:硬脈沖生成器硬脈沖分配結(jié)構(gòu)(硬-硬結(jié)構(gòu))、軟脈沖生成器軟脈沖分配器結(jié)構(gòu)(軟-軟結(jié)構(gòu))、軟脈沖生成器硬脈沖分配器結(jié)構(gòu)(軟-硬結(jié)構(gòu))。1硬硬結(jié)構(gòu)如圖3所示，這種步進(jìn)電機的控制驅(qū)動系統(tǒng)由硬件電路脈沖生成器、硬件電路脈沖分配器、驅(qū)動器組成。這種控制驅(qū)動方式運行速度比較快，但是電路復(fù)雜，功能單一。 圖3 硬硬結(jié)構(gòu)控制2軟軟結(jié)構(gòu)軟脈沖生成器軟脈沖生成器如圖4所示，這種步進(jìn)電機的控制驅(qū)動系統(tǒng)由軟件程序脈沖生成器、軟件程序脈沖分配器、驅(qū)動器組成，而軟件脈沖生成器和脈沖分

11、配器都有微處理器或微控制器通過編程實現(xiàn)。用單片機、工業(yè)控制機、普通個人計算機、可編程序控制器控制步進(jìn)電機一般均可采用這種結(jié)構(gòu)。這種控制驅(qū)動方法電路結(jié)構(gòu)簡單、可以實現(xiàn)復(fù)雜的功能，但是占用CPU時間多，給微處理器運行其他工作造成困難。步進(jìn)電機 驅(qū)動器 圖4 軟軟結(jié)構(gòu)控制3軟硬結(jié)構(gòu)如圖5所示，這種步進(jìn)電機的控制驅(qū)動系統(tǒng)由軟件脈沖生成器、硬件脈沖分配器和硬件驅(qū)動器組成。硬件脈沖分配器是通過脈沖分配器芯片(如8713芯片)來實現(xiàn)通電換相控制的。這種控制驅(qū)動方法電路結(jié)構(gòu)簡單、可以實現(xiàn)復(fù)雜的功能，同時占用CPU時間較少，用可編程控制器全部實現(xiàn)了控制器和驅(qū)動器的功能。在PLC中，由軟件代替了脈沖生成器和脈沖分

12、配器，直接對步進(jìn)電機進(jìn)行并行控制，并且由PLC輸出端口直接驅(qū)動步進(jìn)電機。如圖3.7所示，這是一種軟-軟結(jié)構(gòu)，脈沖生成器和脈沖分配器均有可編程序控制器程序?qū)崿F(xiàn)。步進(jìn)電機 驅(qū)動器硬脈沖分配器軟脈沖生成器 圖5 軟硬結(jié)構(gòu)控制1.3設(shè)計容（1）能夠?qū)崿F(xiàn)兩相步進(jìn)電機以雙四拍的起動和停止、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)相互切換與改變轉(zhuǎn)速。（2）當(dāng)按下按鈕SB1時，步進(jìn)電機以雙四拍方式和500MS/步的頻率順時針方向運行30步后停止； 當(dāng)按下按鈕SB2時，步進(jìn)電機以雙四拍方式和500MS/步的頻率逆時針方向運行30步后停止； 當(dāng)按下按鈕SB4時，步進(jìn)電機以雙四拍方式和2S/步的頻率順時針方向運行； 任何時刻按下按鈕SB3，步進(jìn)

13、電機停止。2.電路設(shè)計 PLC控制步進(jìn)電動機硬件圖設(shè)計正SB4I0.3圖6 控制兩相步進(jìn)電動機正反轉(zhuǎn)與改變轉(zhuǎn)速控制線路接線圖PLC硬件組態(tài)PLC的硬件組態(tài)如表1所示： 表1 PLC硬件組態(tài)表4.PLC編程元件地址分配表4.1 線性化編程符號表PLC線性化編程符號表如表2所示： 表2 PLC線性化編程符號表4.2 結(jié)構(gòu)化編程符號表PLC結(jié)構(gòu)化編程符號表如表3所示： 表3 PLC結(jié)構(gòu)化編程符號表4.3 結(jié)構(gòu)化編程FC的變量聲明表PLC結(jié)構(gòu)化編程FC1的變量聲明表如表4所示： 表4 PLC結(jié)構(gòu)化編程FC1的變量聲明表PLC結(jié)構(gòu)化編程FC2的變量聲明表如表5所示： 表5 PLC結(jié)構(gòu)化編程FC2的變量聲

14、明表5.控制程序5.1線性化編程5.2結(jié)構(gòu)化編程5.2.1 OB1控制程序5.2.2 FC1控制程序5.2.3 FC2控制程序6.程序調(diào)試說明在PLC程序設(shè)計與調(diào)試過程中存在以下要說明的：在進(jìn)行PLC線性化程序設(shè)計時，出現(xiàn)兩個一樣地址的輸出時，程序只執(zhí)行后一個地址的輸出。解決方法：通過查找資料發(fā)現(xiàn)西門子PLC程序中，不容許同時存在兩個一樣地址的輸出，于是在兩個一樣的輸出地址刪去了一個，別找辦法使其實現(xiàn)原來的功能。在進(jìn)行PLC結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計時，用模塊化的思想來實現(xiàn)在主程序中調(diào)用同一FC快來實現(xiàn)步進(jìn)電機的正反轉(zhuǎn)，這樣設(shè)計更加簡單，通俗易懂。并且在FC中使用了全局變量，導(dǎo)致PLC的輸出口本身的通電狀

15、態(tài)去控制PLC的循環(huán)通電狀態(tài)。在進(jìn)行PLC的結(jié)構(gòu)化程序調(diào)試時，一按下啟動按鈕，西門子PLC立刻出現(xiàn)死機狀態(tài)。解決方法：通過網(wǎng)上查找資料發(fā)現(xiàn)，沒有將FC功能塊下載到PLC中，導(dǎo)致在主程序中一調(diào)用FC功能塊就出現(xiàn)死機狀態(tài)，故將FC功能塊下載到PLC后，死機狀態(tài)立刻解決。在控制步進(jìn)電動機的正反轉(zhuǎn)的控制程序中可以加入開關(guān)互鎖來使電機的正反轉(zhuǎn)控制可以直接切換。在步進(jìn)電機正反轉(zhuǎn)控制中加入比較器、整數(shù)函數(shù)、計數(shù)器可以實現(xiàn)對步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動步數(shù)的精確控制。心得體會 在為期三周的可編程邏輯控制器課程設(shè)計中，利用軟硬件結(jié)合，實現(xiàn)對步進(jìn)電機工作狀態(tài)正反停的自動控制和精確控制。通過設(shè)定不同延時計時器的數(shù)值，來改變步進(jìn)電機

16、的工作頻率。對PLC的編程工作是對人的毅力和耐心的挑戰(zhàn)，這就促使我們必須是出于興趣使然，興趣使我具備了足夠的毅力和耐心。經(jīng)過無數(shù)次失敗后，當(dāng)看到一個個符號按我的思路整齊的排列，PLC按我的要求有條不紊的運行時，興趣得到了極大的滿足。通過這次設(shè)計實踐，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。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設(shè)計以前，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，當(dāng)我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC 的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。通過合作，我們的合作意識得到加強，合作能力得到提高。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒有過深入的交流，在設(shè)計的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個人互責(zé)一定的部分，同時在一定的階段共同討論，以解決分工中個人不能解決的問題，在交流家積極發(fā)言，和提出意見，同時