三相六拍步進(jìn)電機(jī)plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、電氣工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 設(shè)計(jì)題目：三相六拍步進(jìn)電機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 別： 電氣工程學(xué)院 年級專業(yè)： 應(yīng)用電子 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱： 電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì) 基層教學(xué)單位：電氣工程及自動化系 指導(dǎo)教師： 學(xué)號學(xué)生姓名專業(yè)班級設(shè)計(jì)題目三相六拍步進(jìn)電機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)采用PLC構(gòu)成三相六拍步進(jìn)電機(jī)的電氣控制系統(tǒng)?？刂埔蟛殚喯嚓P(guān)文獻(xiàn)。設(shè)計(jì)要求1) 根據(jù)控制要求，進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括PLC硬件配置電路。2) 根據(jù)控制要求，編制PLC控制程序3) 按要求編寫設(shè)計(jì)說明書并繪制A1幅面圖紙一張。參考資料1、

2、PLC電氣控制技術(shù) 漆漢宏主編 機(jī)械工業(yè)出版社 20082、圖書館各類期刊文獻(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)庫3、相關(guān)電氣設(shè)計(jì)手冊周次第一周第二周應(yīng)完成內(nèi)容完成全部方案設(shè)計(jì)：周一、二：查、閱相關(guān)參考資料周二至周五：方案設(shè)計(jì)周六、日：設(shè)計(jì)方案完善周一、二：完成設(shè)計(jì)說明書周三、四：繪制A1設(shè)計(jì)圖紙周五：答辯考核指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說明：1、此表一式三份，系、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。 2、學(xué)生那份任務(wù)書要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。電氣工程學(xué)院 教務(wù)科摘要步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，加工中心等各種自動化控制系統(tǒng)中，隨著微電子和HYPERLINK :/baike.baidu /view/3314.htm計(jì)算

3、機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用。PLC(可編程序控制器）是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一門新興技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究以及其他各個(gè)領(lǐng)域自動化的重要手段之一，應(yīng)用十分廣泛，是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一。本設(shè)計(jì)是用PLC實(shí)現(xiàn)三相六拍步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動過程控制，使步進(jìn)電機(jī)動作的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，而且系統(tǒng)構(gòu)成十分靈活，便于在線修改。 關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī) PLC 三相六拍目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc13547 第一章 課題任務(wù)分析 PAGEREF _Toc13547 4 HYPERLINK l _Toc29626

4、1.1 三相六拍步進(jìn)電機(jī)概況 PAGEREF _Toc29626 4 HYPERLINK l _Toc27049 1.2 三相六拍步進(jìn)電機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc27049 5 HYPERLINK l _Toc26106 1.3 用PLC控制三相六拍步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc26106 6 HYPERLINK l _Toc14111 第二章 三相六拍步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制 PAGEREF _Toc14111 7 HYPERLINK l _Toc4120 2.1 驅(qū)動電源的組成 PAGEREF _Toc4120 7 HYPERLINK l _Toc996 2.2 驅(qū)動電源各

5、部分簡介 PAGEREF _Toc996 7 HYPERLINK l _Toc16520 第三章 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc16520 9 HYPERLINK l _Toc17903 3.1確定I/O點(diǎn)數(shù)及PLC機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc17903 9 HYPERLINK l _Toc14708 3.2 控制系統(tǒng)的I/O口及地址分配 PAGEREF _Toc14708 9 HYPERLINK l _Toc29348 3.3 I/O端子接線圖 PAGEREF _Toc29348 10 HYPERLINK l _Toc28423 第四章 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc28423

6、 11 HYPERLINK l _Toc6264 轉(zhuǎn)速的控制 PAGEREF _Toc6264 11 HYPERLINK l _Toc15630 4.1.2正反轉(zhuǎn)控制 PAGEREF _Toc15630 11 HYPERLINK l _Toc13951 4.1.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 PAGEREF _Toc13951 12 HYPERLINK l _Toc30402 4.1.4 步進(jìn)梯形圖 PAGEREF _Toc30402 13 HYPERLINK l _Toc18851 4.1.5 指令表 PAGEREF _Toc18851 16 HYPERLINK l _Toc2484 第五章 心得體會 PA

7、GEREF _Toc2484 16 HYPERLINK l _Toc1108 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc1108 18第一章 課題任務(wù)分析1.1 三相六拍步進(jìn)電機(jī)概況 一般電機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電機(jī)卻是一步一步轉(zhuǎn)動的，故叫步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子為多極分布，定子上嵌有多相星形連接的控制繞組，由專門電源輸入電脈沖信號，每輸入一個(gè)脈沖信號，該電機(jī)就轉(zhuǎn)過一定的角度，因此步進(jìn)電機(jī)是一種把脈沖信號變?yōu)榻嵌任灰频膱?zhí)行元件。 步進(jìn)電機(jī)有多種通電方式，以下介紹三相六拍步進(jìn)電機(jī)通電方式的基本原理（以轉(zhuǎn)子四個(gè)齒為例，即齒距角為90）： a.A相通電 b.A、B相通電 c.B相通電 d.B、C相通電 圖1

8、 三相六拍步進(jìn)電機(jī)通電時(shí)轉(zhuǎn)子位置設(shè)A相首先通電，轉(zhuǎn)子齒與定子A、A對齊（圖1a）。然后在A相繼續(xù)通電的情況下接通B相，這時(shí)定子B、B極對轉(zhuǎn)子齒2、4產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，但是A、A極繼續(xù)拉住齒1、3，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩個(gè)磁拉力平衡為止，這時(shí)轉(zhuǎn)子的位置如圖1b所示，即轉(zhuǎn)子從圖1a位置順時(shí)針轉(zhuǎn)過了15。接著A相斷電，B相繼續(xù)通電，這時(shí)轉(zhuǎn)子齒2、4和定子B、B極對齊（圖1c），轉(zhuǎn)子從圖1c的位置又轉(zhuǎn)過了15，其位置如圖1d所示。這樣，如果按AABBBCCCAA的順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子便順時(shí)針方向一步一步地轉(zhuǎn)動，步距角15。電流換接六次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進(jìn)了一個(gè)齒距角。如果按AACCCBB

9、BAA的順序通電，則電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。采用六拍方式時(shí)，轉(zhuǎn)子走六步前進(jìn)一個(gè)齒距角，即每走一步前進(jìn)六分之一齒距角，因此步距角的計(jì)算公式為：360/ZrmZr是轉(zhuǎn)子齒數(shù)，m是運(yùn)行拍數(shù)。一般步進(jìn)電機(jī)最常見的步距角是3或15。由上式可知，轉(zhuǎn)子上不只4個(gè)齒（齒距角90），而是20個(gè)齒（齒距角為18）或40個(gè)齒（齒距角為9）。為了使轉(zhuǎn)子齒與定子齒對齊，兩者的齒寬和齒距必須相等。因此，定子上除了6個(gè)極以外，在每個(gè)極面上還有很多小齒。由上面介紹可知，步進(jìn)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、精確度高、起動靈敏、停車準(zhǔn)確等性能。此外，步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速決定于電脈沖頻率，并與頻率同步。1.2 三相六拍步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電

10、機(jī)的種類很多，本設(shè)計(jì)中選擇36BF02型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)作為控制對象，其結(jié)構(gòu)圖如下所示。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有如下特點(diǎn)： 精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。 外表允許的最高溫度在攝氏80-90度。 力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。 圖2 單定子徑向分相反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖1.3 用PLC控制三相六拍步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)要求1 三相步進(jìn)電動機(jī)有三個(gè)繞組：A、B、C，正轉(zhuǎn)通電順序?yàn)椋篈ABBBCCCAA反轉(zhuǎn)通電順序?yàn)椋篈CACBCBABA2 要求能實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)控制，且正、反轉(zhuǎn)切換無須經(jīng)過停車步驟。3 具有兩種轉(zhuǎn)速： 高速： 低速：第二章 三相六拍步

11、進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制步進(jìn)電動機(jī)需配置一個(gè)專用的電源供電，電源的作用是讓電機(jī)的控制繞組按照特定的順序通電，即受輸入的電脈沖控制而動作，這個(gè)專用電源稱為驅(qū)動電源。步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電源是一個(gè)互相聯(lián)系的整體，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能是由電動機(jī)和驅(qū)動電源兩者配合所形成的綜合效果。2.1 驅(qū)動電源的組成在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種控制中。對于步進(jìn)電動機(jī)來講，它受控于脈沖量，比直流電機(jī)或交流電機(jī)組成的開環(huán)精度高，適用于精度要求不太高的機(jī)電一體化伺服傳動系統(tǒng)。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源開環(huán)控制基本上由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖放大器（也稱功率放大器）三部分

12、組成，如圖3所示。脈沖發(fā)生器步步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器脈沖放大器 指令脈沖 輸出 圖3 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源開環(huán)控制 2.2 驅(qū)動電源各部分簡介（1）脈沖發(fā)生器 脈沖發(fā)生器是一個(gè)脈沖頻率由幾赫茲到幾千赫茲可連續(xù)變化的脈沖信號發(fā)生器。脈沖信號一般由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號為方波信號。（2）脈沖分配器 脈沖分配器中由門電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路，它根據(jù)指令把脈沖信號按一定的邏輯關(guān)系加在脈沖放大器上，使步進(jìn)電動機(jī)按確定的運(yùn)行方式工作。下面介紹CH250環(huán)形脈沖分配器。 CH250環(huán)形脈沖分配器是三相步進(jìn)電機(jī)的理想脈沖分配器，其三相六拍的工作方式的解法如圖4所示。圖4 CH250三相六拍接法J6

13、r、J6L是三相六拍的控制端，三相六拍供電時(shí)，若J6r“1”，J6L“0”，電機(jī)正轉(zhuǎn)；若J6r“0”，J6L“1”，電機(jī)反轉(zhuǎn)。R1為復(fù)位端，使用時(shí)，首先將其對應(yīng)復(fù)位端接入高電平，使其進(jìn)入工作狀態(tài)，然后換接到工作位置。CL端是時(shí)鐘脈沖輸入端，EN是時(shí)鐘脈沖允許端，用以控制時(shí)鐘脈沖的允許與否。當(dāng)脈沖CP由CL端輸入，只有EN端為高電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖的上升沿才起作用。CH250也允許以EN端作脈沖CP的輸入端，此時(shí)，只有CL為低電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖的下降沿才起作用。A0、B0、C0為環(huán)形分配器的三個(gè)輸出端，經(jīng)過脈沖放大器后分別接到步進(jìn)電動機(jī)的三相線上。（3）脈沖放大器（功率放大器） 由于脈沖分配器輸出端A

14、0、B0、C0的輸出電流很小，如CH250脈沖分配器的輸出電流大約為200-400A，而步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電流較大，為了滿足驅(qū)動要求，脈沖分配器輸出的脈沖需經(jīng)脈沖放大器（即功率放大器）后才能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。 第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1確定I/O點(diǎn)數(shù)及PLC機(jī)的選擇PLC的輸入信號有5個(gè)，包括停止開關(guān)、高低速控制按鈕，正反轉(zhuǎn)控制按鈕。PLC的輸出信號有三個(gè)，即三個(gè)輸出繼電器。根據(jù)I/O端子的數(shù)量和種類，選擇FX2N-16MR PLC機(jī)一臺。3.2 控制系統(tǒng)的I/O口及地址分配 名稱 代碼地址編號輸入停止 SB0 X000正轉(zhuǎn) SB1 X001反轉(zhuǎn)SB2X002低速SB3X003高速SB4X004輸出A相

15、KM1Y000B相KM2Y001C相KM3Y0023.3 I/O端子接線圖圖5 I/O端子接線圖第四章 軟件設(shè)計(jì)三相步進(jìn)電機(jī)分低速和高速二檔，分別通過開關(guān)SB3、SB4選擇；正、反轉(zhuǎn)控制由開關(guān)SB1，SB2選擇。轉(zhuǎn)速的控制由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生不同周期T的控制脈沖，通過脈沖控制器的選擇，可以獲得不同頻率的控制脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。4.1.2正反轉(zhuǎn)控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制可通過改變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向，三三相六拍步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA-A時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A順序通電時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此，可以通過編程改變輸出脈沖的順序來改變步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序，即通過調(diào)換接通相序，改變Y0、Y1和Y2接通的順序，以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。正轉(zhuǎn)： Y0 Y0、Y1 Y1 Y1、Y2 Y2 Y2、Y0 反轉(zhuǎn)： Y0 Y0、Y2 Y2 Y2、Y1 Y1 Y1、Y0 4.1.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.1.4 步進(jìn)梯形圖4.1.5 流程圖第五章 心得體會為期十天的PLC課程設(shè)計(jì)即將要結(jié)束，心中也松了一口氣，自己的課題終于完成了。在這期間遇到了很多問題，而這些瑣碎的問題是在課本學(xué)習(xí)中難以察覺的，只有在動手實(shí)踐的過程中才會一個(gè)個(gè)出現(xiàn)，阻攔在自己面前，考驗(yàn)我們的能力。就我個(gè)人而言，我的課題是“三相六拍步進(jìn)電機(jī)PLC控制”，剛拿到自己的課