三相六拍步進(jìn)電機(jī)PLC梯形圖控制程序設(shè)計(jì)與調(diào)試

/現(xiàn)代控制技術(shù)及PLC控制課程設(shè)計(jì)姓名學(xué)號(hào)班級(jí)機(jī)電專業(yè)機(jī)械電子工程院別機(jī)械工程學(xué)院指導(dǎo)教師2013年7月5日

內(nèi)容摘要步進(jìn)電動(dòng)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(guò)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(lái)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,而且對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境適應(yīng)性差,可靠性不高。使用PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)三相六拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)東芝的抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，同時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)了模塊化結(jié)構(gòu)，是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分靈活，而且編程語(yǔ)言簡(jiǎn)短易學(xué)，便于掌握，可以進(jìn)行在線修改，柔性好，體積小，維修方便。本設(shè)計(jì)是利用PLC做三相六拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制核心，用按鈕開關(guān)的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)正,反轉(zhuǎn)控制，而且正，反轉(zhuǎn)切換無(wú)須經(jīng)過(guò)停車步驟。其次可以通過(guò)對(duì)按鈕的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高，低速度的控制。充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)最重要的一條原則。本設(shè)計(jì)更加便于實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的制動(dòng)化控制。目錄1引言……………………12系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)………………………22.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理……………………22.2方案原理分析…………………32.3可行性研究……………………32.4設(shè)計(jì)思想………………………33控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………43.1控制程序圖及軟件模塊………43.2梯形圖程序設(shè)計(jì)與梯形圖……………………53.3三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制語(yǔ)句表………………93.4PLC接線圖與主電路圖……………………104心得體會(huì)………………115參考文獻(xiàn)………………12引言課題內(nèi)容用PLC控制三相六拍電動(dòng)機(jī)，控制要求如下：1.三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三個(gè)繞組：A,B,C,正轉(zhuǎn)通電順序?yàn)椋篈→AB→B→BC→C→CA→A反轉(zhuǎn)通電順序?yàn)椋篈→CA→C→BC→B→AB→A2.要求能實(shí)現(xiàn)正，反轉(zhuǎn)控制，而且正，反轉(zhuǎn)切換無(wú)須經(jīng)過(guò)停車步驟。3．就有兩種轉(zhuǎn)速：1號(hào)開關(guān)合上，則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需0.5秒。2號(hào)開關(guān)合上，則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需0.05秒。4．要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)100個(gè)步距角后自動(dòng)停止運(yùn)行。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)，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。2、根據(jù)控制要求，編制PLC應(yīng)用程序。3、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，內(nèi)容包括：①設(shè)計(jì)過(guò)程和有關(guān)說(shuō)明。②基于PLC的電氣控制系統(tǒng)電路圖。③PLC控制程序（梯形圖和指令表）。④電器元器件的選擇和有關(guān)計(jì)算。⑤電氣設(shè)備明細(xì)表。⑥參考資料、參考書及參考手冊(cè)。⑦其他需要說(shuō)明的問(wèn)題，例如操作說(shuō)明書、程序的調(diào)試過(guò)程、遇到的問(wèn)題及解決方法、對(duì)課程設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)和建議等。系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)硬件配置及組成原理：三相六拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一典型單定子、徑向分組、反應(yīng)式伺服電機(jī)。它與普通電機(jī)一樣，分為定子和轉(zhuǎn)子兩部分，其中定子又分為定子鐵芯和定子繞組。定子鐵芯由電工鋼片疊壓而成。定子繞組繞制在定子鐵芯上，六個(gè)均勻分布齒上的線圈，在直徑方向上相對(duì)的兩個(gè)齒上的線圈串連在一起，構(gòu)成一相控制繞組。三相步進(jìn)電機(jī)可構(gòu)成三相控制繞組，若任一相繞組通電，便形成一組定子磁極。在定子的每個(gè)磁極上，即定子鐵芯上的每個(gè)齒上開了五個(gè)小齒，齒槽等寬，齒間夾角為9o，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，只有均勻分布的40個(gè)小齒，齒槽等寬，齒間夾角為9o，與磁極上的小齒一致。此外，三相定子磁極上的小齒在空間位置上依次錯(cuò)開1/3齒距。當(dāng)A相磁極上的小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對(duì)齊時(shí)，B相磁極上的齒剛好超前或滯后轉(zhuǎn)子齒輪1/3齒距角，C相磁極上的齒剛好超前或滯后轉(zhuǎn)子齒輪2/3齒距角。步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于對(duì)精度要求比較高的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，如機(jī)器人、打印機(jī)、軟盤驅(qū)動(dòng)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(shí)一個(gè)很重要的參數(shù)，矩角特性好，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩就大，運(yùn)行不易失步。改善矩角特性一般通過(guò)增加步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行拍數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多情況下，三相步進(jìn)電機(jī)采用三相六拍運(yùn)行方式。二、方案原理分析功能要求：對(duì)三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制，主要分為兩個(gè)方面：三相繞組的接通與斷開順序控制。即：正轉(zhuǎn)順序：A-AB-B-BC-C-CA-A：反轉(zhuǎn)順序：A-AC-C-CB-B-BA-A以及每個(gè)步距角的行進(jìn)速度。圍繞這兩個(gè)主要方面，可提出具體的控制要求如下：可正轉(zhuǎn)起動(dòng)或反轉(zhuǎn)起動(dòng)；運(yùn)行過(guò)程中，正反轉(zhuǎn)可隨時(shí)不停機(jī)切換；步進(jìn)兩種速度可分為高速（0.05S），低速（0.5S）兩檔，并可隨時(shí)手控變速；要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)100個(gè)步距角后自動(dòng)停止運(yùn)行。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(jiǎn)潔﹑緊湊。另一方面，同一控制對(duì)象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時(shí)序會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)，要求程序修改方便、簡(jiǎn)單，即要求程序有較好的柔性。三、可行性研究“0”-“1”“0”-“1”，經(jīng)減法指令使轉(zhuǎn)過(guò)每步距角所需時(shí)間減少0.01S（Network3），每次加速或減速的幅度可按需要任意修改設(shè)定。而如果用其他方法編程，比如以定時(shí)器，比較指令等編程，則每一次變化速度，所有的定時(shí)器和比時(shí)段都需做出相應(yīng)的調(diào)整，為程序修改帶來(lái)不便。四、設(shè)計(jì)思想步進(jìn)電機(jī)的速度控制是通過(guò)改變輸入脈沖的頻率高低實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)發(fā)生脈沖的頻率減小時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的速度就下降,當(dāng)頻率增加時(shí)，速度就加快。還可以用過(guò)頻率的改變來(lái)提高步進(jìn)電機(jī)的位置精度。以移位指令為步進(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?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)一、控制程序圖及軟件模塊由上述具體控制要求，可作出步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)的程序框圖，如下圖所示。以工作框圖為依據(jù)，結(jié)合考慮控制的具體要求，首先可將梯形圖程序分成4個(gè)模塊進(jìn)行編程，即模塊1：步進(jìn)速度選擇：模塊2：起動(dòng)，停止和清零;模塊3：移位步進(jìn)控制功能模塊；模塊4：A,B,C三相套組對(duì)象控制。然后，在將模塊進(jìn)行連接，最后經(jīng)過(guò)調(diào)試，完善，實(shí)現(xiàn)控制要求。程序流程圖二、梯形圖程序設(shè)計(jì)CPU的選擇本次設(shè)計(jì)要求正反轉(zhuǎn)和高低速控制共五個(gè)輸入接口，控制A,B，C三相繞組三個(gè)輸出接口，所以選用CPU221,六個(gè)輸入，四個(gè)輸出滿足控制要求。輸入輸出編址控制步進(jìn)電機(jī)的歌輸入開關(guān)及控制A,B,C三相繞組工作的輸出端在PLC中的I/O地址分配表如下表所示。控制信號(hào)信號(hào)名稱元件名稱元件符號(hào)地址編碼輸入信號(hào)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕常開按鈕SB1步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕常開按鈕SB2停止及清零按鈕常開按鈕SB3低速開關(guān)常開按鈕SB4高速開關(guān)常開按鈕SB5輸出信號(hào)控制A相繞組控制B相繞組控制C相繞組I/O地址分配表狀態(tài)真值表采用移位指令進(jìn)行步進(jìn)控制。每右移1位，電機(jī)前進(jìn)一個(gè)步距角，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，從而得出三相繞組的控制邏輯關(guān)系式。正轉(zhuǎn)時(shí)：反轉(zhuǎn)時(shí)：移位寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)繞組狀態(tài)真值表如下表所示：移位寄存器正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)ABCABC000000000000100000100100010000110101001000010101000100011011000010001010000001101110移位寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)繞組狀態(tài)真值表梯形圖程序根據(jù)程序模塊及三相繞組的控制邏輯關(guān)系，可繪出梯形圖控制程序。程序如下三、三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制語(yǔ)句表EUMOVW50,VW100EUMOVW5,VW100ANC20ANC20MOVB0,MB0EUOC0MOVB2#100000,MB0ANC20TONT33,VW100LDT33SRBMB0,LDT33LDT33LDC0CTUC0,6LDT33LDC20CTUC20,100OLDOLD三相六拍步進(jìn)電機(jī)PLC梯形圖控制程序設(shè)計(jì)與調(diào)試三相六拍步進(jìn)電機(jī)PLC梯形圖控制程序設(shè)計(jì)與調(diào)試三相六拍步進(jìn)電機(jī)PLC梯形圖控制程序設(shè)計(jì)與調(diào)試接線圖如下圖所示：心得體會(huì)機(jī)電控制技術(shù)是一門側(cè)重應(yīng)用方向的學(xué)科。所以要多一點(diǎn)實(shí)踐。不要看不起小的項(xiàng)目，在其中你能總結(jié)出設(shè)計(jì)程序的邏輯思維方法，總結(jié)中不斷進(jìn)步。通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對(duì)PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒(méi)有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知道的撐握都是思想上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來(lái)的程序與到PLC中的時(shí)候，問(wèn)題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過(guò)解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，我們對(duì)PLC的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。在課程設(shè)計(jì)過(guò)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(tái)背嵌入操作系統(tǒng)的高可靠性PC機(jī)。首先需要精深PLC本身的編程語(yǔ)言梯形圖、語(yǔ)句表語(yǔ)言。達(dá)到這個(gè)水平你只能讀懂編好的程序，并可以設(shè)計(jì)一些工程需要程序。、在一些大型程序中還需要用到數(shù)據(jù)庫(kù)的知識(shí)，PLC入門很快但要不斷進(jìn)取努力。

通過(guò)合作，我們的合作意識(shí)得到加強(qiáng)。合作能力得到提高。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒(méi)有過(guò)深入的交流，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們用了分工與合作的方式，每個(gè)人互責(zé)一定的部分，同時(shí)在一定的階段共同討論，以解決分工中個(gè)人不能解決的問(wèn)題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見，同時(shí)我們還向別的同學(xué)請(qǐng)教。在此過(guò)程中，每個(gè)人都想自己的方案得到實(shí)現(xiàn)，積極向同學(xué)說(shuō)明自己的想法。能過(guò)比較選出最好的方案。在這過(guò)程也提高了我們的表過(guò)能力。

在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，不是每一個(gè)問(wèn)題都能自己解決，向老師請(qǐng)教或向同學(xué)討論是一個(gè)很好的方法，不是有句話叫做思而不學(xué)者殆。做事要學(xué)