三相六拍步进电机PLC梯形图控制程序设计与调试.docx
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三相六拍步进电机PLC梯形图控制程序设计与调试
现代控制技术及PLC控制课程设计
姓
学
班
专
院
名
号
级
业
别
机电
机械电子工程
机械工程学院
指导教师
2013年7月5日
内容摘要
步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点,所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。
目前,比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。
但采用单片机控制,不仅要设计复杂的控制程序和I/O接口电路,实现比较麻烦,而且对工业现场的恶劣环境适应性差,可靠性不高。
使用PLC可编程控制器实现三相六拍步进电动机驱动，可使步进电动机东芝的抗干扰能力强，可靠性高，同时，由于实现了模块化结构，是系统结构十分灵活，而且编程语言简短易学，便于掌握，可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。
本设计是利用PLC做三相六拍步进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现对步进电机正,反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。
其次可以通过对按钮的控制来实现对高，低速度的控制。
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计最重要的一条原则。
本设计更加便于实现对步进电机的制动化控制。
目
录
1引言……………………………………………………………………………………12系统总体方案设计………………………………………………………………………2
2.1系统硬件配置及组成原理……………………………………………………22.2方案原理分析…………………………………………………………………32.3可行性研究……………………………………………………………………32.4设计思想………………………………………………………………………3
3控制系统设计……………………………………………………………………………43.1控制程序图及软件模块………………………………………………………43.2梯形图程序设计与梯形图……………………………………………………53.3三相六拍步进电机控制语句表………………………………………………93.4PLC接线图与主电路图……………………………………………………10
4
5
心得体会………………………………………………………………………………11参考文献………………………………………………………………………………12
引
言
课题内容
用PLC控制三相六拍电动机，控制要求如下：
1.三相步进电动机有三个绕组：
A,B,C,
正转通电顺序为：
A→AB→B→BC→C→CA→A
反转通电顺序为：
A→CA→C→BC→B→AB→A
2.要求能实现正，反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。
3．就有两种转速：
1号开关合上，则转过一个步距角需0.5秒。
2号开关合上，则转过一个步距角需0.05秒。
4．要求步进电动机转动100个步距角后自动停止运行。
2.课题要求
1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
2、根据控制要求，编制PLC应用程序。
3、编写设计说明书，内容包括：
1设计过程和有关说明。
2基于PLC的电气控制系统电路图。
3PLC控制程序（梯形图和指令表）。
4电器元器件的选择和有关计算。
5电气设备明细表。
6参考资料、参考书及参考手册。
7其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
-0-
系统总体方案设计
一、系统硬件配置及组成原理：
三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。
它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁芯和定子绕组。
定子铁芯由电工钢片叠压而成。
定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串连在一起，构成一相控制绕组。
三相步进电机可构成三相控制绕组，若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极。
在定子的每个磁极上，即定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，与磁极上的小齿一致。
此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。
当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮1/3齿距角，C相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮2/3齿距角。
步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。
矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。
改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。
三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多情况下，三相步进电机采用三相六拍运行方式。
-1-
二、方案原理分析
功能要求：
对三相六拍步进电机的控制，主要分为两个方面：
三相绕组的接通与断开顺序控制。
即：
正转顺序：
A-AB-B-BC-C-CA-A：
反转顺序：
A-AC-C-CB-B-BA-A以及每个步距角的行进速度。
围绕这两个主要方面，可提出具体的控制要求如下：
（1）可正转起动或反转起动；
（2）运行过程中，正反转可随时不停机切换；
（3）步进两种速度可分为高速（0.05S），低速（0.5S）两档，并可随时手控变速；（4）要求步进电动机转动100个步距角后自动停止运行。
性能要求：
在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁﹑紧凑。
另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，控制要求或控制时序会发生变化，此时，要求程序修改方便、简单，即要求程序有较好的柔性。
三、可行性研究
要解决的问题的可行性分析及复杂性分析，其中，原低速开关I1.0变为步进基速赋值开关（Network1）;原中速开关I1.1变为减速开关，每次I1.1从“0”-“1”，步进速度减慢0.01S（Network2）；原高速开关I1.2变为加速开关，每次I1.2从“0”-“1”，经减法指令使转过每步距角所需时间减少0.01S（Network3），每次加速或减速的幅度可按需要任意修改设定。
而如果用其他方法编程，比如以定时器，比较指令等编程，则每一次变化速度，所有的定时器和比时段都需做出相应的调整，为程序修改带来不便。
四、设计思想
步进电机的速度控制是通过改变输入脉冲的频率高低实现的。
当发生脉冲的频率减小时，步进电机的速度就下降,当频率增加时，速度就加快。
还可以用过频率的改变来提高步进电机的位置精度。
以移位指令为步进控制的主体进行程序设计，可较好的满足上述设计要求。
-2-
控制系统设计
一、控制程序图及软件模块
由上述具体控制要求，可作出步进电机在启动运行时的程序框图，如下图所示。
以工作框图为依据，结合考虑控制的具体要求，首先可将梯形图程序分成4个模块进行编程，即模块1：
步进速度选择：
模块2：
起动，停止和清零;模块3：
移位步进控制功能模块；模块4：
A,B,C三相套组对象控制。
然后，在将模块进行连接，最后经过调试，
完善，实现控
制要求。
程序流程图
-3-
二、梯形图程序设计
CPU的选择
本次设计要求正反转和高低速控制共五个输入接口，控制A,B，C三相绕组三个输出接口，所以选用CPU221,六个输入，四个输出满足控制要求。
输入输出编址
控制步进电机的歌输入开关及控制A,B,C三相绕组工作的输出端在PLC中的I/O地址分配表如下表所示。
控制信号
信号名称
元件名称
元件符号
地址编码
输入信号
步进电机正转启动按钮
常开按钮
SB1
I0.0
步进电机反转启动按钮
常开按钮
SB2
I0.1
停止及清零按钮
常开按钮
SB3
I0.2
低速开关
常开按钮
SB4
I0.4
高速开关
常开按钮
SB5
I0.5
输出信号
控制A相绕组
Q0.0
控制B相绕组
Q0.1
控制C相绕组
Q0.2
I/O地址分配表
状态真值表
采用移位指令进行步进控制。
每右移1位，电机前进一个步距角，据此，可作出移位寄存器输出状态及步进电机正反转绕组的状态真值表，从而得出三相绕组的控制逻辑关系式。
正转时：
A相Q0.0=M0.5+M0.4+M0.0
B相Q0.1=M0.4+M0.3+M0.2
C相Q0.2=M0.2+M0.1+M0.0
反转时：
A相Q0.0=M0.5+M0.4+M0.0
B相Q0.1=M0.2+M0.1+M0.0
C相Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2
-4-
移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表如下表所示：
移位寄存器
正转
反转
M0.5
M0.4
M0.3
M0.2
M0.1
M0.0
A
B
C
A
B
C
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
1
1
0
移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表
梯形图程序
根据程序模块及三相绕组的控制逻辑关系，可绘出梯形图控制程序。
程序如下
-5-
-6-
-7-
三、三相六拍步进电机控制语句表
LDI0.4
EU
ANI0.5
MOVW50,VW100
LDI0.5
EU
ANI0.4
MOVW5,VW100
LDI0.0
OM1.0
ANI0.1
ANI0.2
KA
ANC20
L2
=M1.0
L3
LDI0.1QA
OM1.1
LDM1.0
OM1.1
EU
OC0
MOVB2#100000,MB0
LDI0.2
=M3.0
LDM1.0
OM1.1
ANM2.0
ANC20
ANI0.2
TONT33,VW100
LDT33
SRBMB0,
LDT33
=M2.0
LDM0.0
OM0.4
OM0.5
=Q0.0
LDM0.0
OM0.1
OM0.2
AM1.1
LDM0.2
OM0.3
OM0.4
AM1.0
OLD
=Q0.1
LDM0.0
OM0.1
ANI0.0
ANQA1I0.2LDT33QA2
OM0.2
AM1.0
ANC20
=M1.1
LDI0.2BB
ANM1.0
ANM1.1
LDC0
OI0.2
CTUC0,6
LDT33
LDC20
LDM0.2
OM0.3
OM0.3
AM1.1
OLD
=Q0.2
MOVB0,MB0
3M
OI0.2
CTUC20,100
-8-
接线图如下图所示：
24V
1M
1L
I0.0
I0.1
I0.2
I0.4
Q0.0
Q0.1
Q0.2
A
功
B功
C功
24V
2M
I0.5
VCC
VCC
M
L+
N
L1
~220V
L1
L2
L3
KA
QA
QA1QA2
BB
3M
-9-
心得体会
机电控制技术是一门侧重应用方向的学科。
所以要多一点实践。
不要看不起小的项目，在其中你能总结出设计程序的逻辑思维方法，总结中不断进步。
通过这次设计实践。
我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。
能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
在课程设计过程中我了解到，PLC并不是一门单一的编程技术，它是一门系统专业课程。
PLC可以广义的认为是一台背嵌入操作系统的高可靠性PC机。
首先需要精深PLC本身的编程语言梯形图、语句表语言。
达到这个水平你只能读懂编好的程序，并可以设计一些工程需要程序。
、在一些大型程序中还需要用到数据库的知识，PLC入门很快但要不断进取努力。
通过合作，我们的合作意识得到加强。
合作能力得到提高。
上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。
在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。
能过比较选出最好的方案。
在这过程也提高了我们的表过能力。
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。
在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。
做事要学思结合。
参考文献
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[1]贺哲荣，石帅军
流行PLC实用程序及设计
西安电子科技大学出版社
[2]阮友德
[3]宋君烈
[4]李俊秀
[5]张万忠
[6]高钦和
电气控制与PLC实训教程
可编程控制器实验教程
可编程控制器应用技术
可编程控制器入门与应用实例可编程控制器应用技术与设计实例
人民邮电出版社东北大学出版社化学工业出版社中国电力出版社人民邮电出版社
-11-
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