完整版基于plc的步进电机控制课程毕业设计论文文档格式.docx
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2.根据步进电机单元分配IO接口并进行设计（1天）；
3.按照课程设计要求利用接通延时定时器（TON）设计梯形图，完成设计的要求实现对步进电机的控制（1天）。
4.编写设计说明书，完成设计书（2天）。
指导教师（签字）：
年月日
分院院长（签字）：
年月日
摘要
步进电机是一种控制精度极高的电机，一种基于脉冲控制的电气元件在工业上有着广泛的应用。
随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。
论文在简要介绍步进电机的工作原理和控制原则之后,对采用可编程控制器（PLC）对步进电机进行控制的设计方法进行了介绍。
实际应用表明了设计的有效性。
本次课程设计根据传统步进电机控制中的不足和缺点,将PLC直接控制技术运用于步进电机的控制。
该系统解决了传统控制技术中的各部分硬件的设计、选型、接口匹配往往要花费设计者一很大的精力和劳动,接口信号的匹配以及各器件的质量等对整个系统的可靠性影响很大等缺点。
根据PLC控制步进电机的控制特点及其原理,把软件控制和硬件电路互相结合起来,形成整体的控制,有效的克服了它们的缺点而发挥了它们的优势。
本文详细阐述了该系统中PLC（西门子）直接控制步进电机的实现方法、系统的各部件的组成、各部件的连接情况。
本文主要介绍了西门子S7-200在步进电机控制方面的应用。
关键词：
步进电机；
可编程逻辑控制器（PLC）；
西门子S7-200
目录
1概述1
2可编程逻辑控制器2
2.1PLC的定义2
2.2PLC的功能2
2.3PLC的特点3
2.4PLC的基本组成3
2.5PLC的工作原理4
2.6S7-200PLC系统的基本组成5
3硬件设计7
3.1控制要求7
3.2可编程序控制器的控制系统设计7
3.2.1PLC控制系统的设计原则7
3.2.2PLC控制系统的设计内容及步骤7
3.2.3接通延时定时器（TON）8
3.3选择PLC型号9
3.3.1IO点数的估计9
3.3.2用户存储器容量的估算10
3.3.3CPU功能与结构的选择10
3.3.4机型选择10
3.4系统设计流程示意图11
3.5IO分配表12
3.6IO接线12
4软件设计13
4.1程序设计的主要内容13
4.2程序设计的步骤13
4.3设计梯形图14
4.3.1梯形图编程语言概述14
4.3.2梯形图指令程序15
4.4设计语句表16
5调试18
6结束语19
参考文献20
1概述
可编程逻辑控制器（PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。
20世纪70年代初出现了微处理器。
人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。
可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段后，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。
更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。
世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。
这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。
2可编程逻辑控制器
2.1PLC的定义
在二十世纪七十年代PLC问世后，由美国电气制造商协会对PLC下过如下的定义:
PLC是一种数字式的电子装置。
它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。
1982年，国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee-IEC）颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版对PLC作了如下的定义:
PLC是一种数字运算操作的电子系统，专门为在工业环境下应用而设计的。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
2.2PLC的功能
（1）开关量逻辑控制
（2）模拟量控制
（3）闭环过程控制
（4）定时控制
（5）计数控制
（6）顺序（步进）控制
（7）数据处理
（8）通信和联网
2.3PLC的特点
（1）可靠性高、抗干扰能力强
（2）通用性强、灵活性好、功能齐全
（3）编程简单、使用方便
（4）模块化结构
（5）安装简单、调试方便
（6）网络通信
（7）体积小、能耗低、便于机电一体化
2.4PLC的基本组成
从广义上说，PLC也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的使用与控制要求的编程语言。
所以PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器（CPU）、存储器、输入输出（IO）接口、电源等,如图2.1所示：
SBKM
YV
SQYV
HL
SAHL
图2.1可编程逻辑控制器的基本组成
2.5PLC的工作原理
（一）建立IO映像区
在PLC存储器内开辟了IO映像区。
PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在相应的位上；
将运算的结果存放到输出映像区对应的位上。
PLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继电器”的数据取用于IO映像区，而不直接与外部设备发生关系。
IO映像区的建立，使PLC工作失职和内存有关的得知单元内所存信息状态发生关系，而系统输出也只是给内存某一地址单元设定一个状态。
这样不仅加快程序执行速度，而且还是控制系统与外界隔离，提高了系统的抗干扰能力。
同时控制系统远离实际对象，为硬件标准化生产创造了条件。
（二）循环扫描的工作方式
PLC上电后，在系统程序的监控下，周而复始的按一定的顺序对系统内部的各种人物进行查询、判断和执行，这个过程实质上是按顺序循环扫描的过程。
执行一个循环扫描过程所需的时间称为扫描周期，其典型值是1-100MS。
图2.2PLC的工作过程
PLC的工作过程，与CPU的操作方式有关。
CPU有两个操作方式：
STOP方式和RUN方式。
在扫描周期内，STOP方式和RUN方式的主要差别在于：
RUN方式下执行用户程序，而在STOP方式下不执行用户程序。
PLC对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。
（三）输入、输出延迟响应
由于PLC采用循环扫描的工作方式，即对信息采用串行处理方式，必定导致输入、输出延迟响应。
当PLC的输入端有一个输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这段时间就称为响应时间或滞后时间。
这种现象称为输入、输出延迟响应或滞后现象。
2.6S7-200PLC系统的基本组成
S7-200PLC有基本单元（S7-200CPU模块）、个人计算机（PC）或编程器、STEP7-MicroWIN32编程软件以及通信电缆组成。
基本单元也成为主机，由中央处理单元（CPU）、电源以及数字量输入输出单元组成。
这些单元被紧凑的安装在一个独立的装置中。
基本单元可以构成一个独立的控制系统。
图2.3S7-200CPU模块
S7-200PLC主机型号规格种类较多，以适应不同需求的控制场合。
西门子公司推出的S7-200CPU22X系列产品有：
CPU221模块、CPU224模块、CPU226模块等。
例如，CPU226模块的IO总数为40点。
其中输入点24点，输出点16点。
可带7个扩张模块，用户程序存储器容量为6.6K字。
内置高速计数器，具有PID控制器的功能。
有2个高速脉冲端和2个RS-485通信口。
具有PPI通信协议和自由口协议的通信能力。
运行速度快、功能强。
适用于要求更高的中小型控制系统。
24个数字量输入点分成两组。
第一组由输入端子I0.0-I0.7、I1.0-I1.4共13个输入点组成，每个外部输入的开关信号均有个输入端子接出，经一个直流电源终至公共端1M；
第二组有输入端子I1.5-I1.7、I2.0-I2.7共11个输入点组成，每个外部输入信号有个输入端子接出，经一个直流电源至公共端2M。
由于是直流输入模块，所以采用直流电源作为检测各输入接点状态的电源。
M、L+两个端子提供DC24V400mA传感器电源，可以作为传感器的电源输出，也可以作为输入端的检测电源使用。
16个数字量输出点分成三组。
第一组由输出端子Q0.0-Q0.3共4个输出点与公共端1L组成；
第二组有输出端子Q0.4-Q0.7、Q1.0共5个输出点与公共端2L组成；
第三组由输出端子Q1.1-Q1.7共7个输出点与公共端3L组成。
每个负载的一端与输出点相连，另一端经电源与公共端相连。
由于是继电器输出方式，所以既可带直流负载，也可代交流负载。
负载的基里原有负载性质确定。
输出端子排的右端N、L1端子是供电电源AC120V240V输入端。
该电源电压允许范围为AC85-264V。
3硬件设计
3.1控制要求
在步进电机单元完成本实验。
使用接通延时定时器指令，可以大大简化程序设计。
输入端（IN）接通时，当定时器的当前值等于或大于设定值（PT）时，该定时器位置位为“1”，运用定时器的这个特点可实现步进电机的控制。
图3.1步进电动机控制的模拟实验面板图
3.2可编程序控制器的控制系统设计
3.2.1PLC控制系统的设计原则
在最大限度的满足被控对象控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、安全可靠，并考虑到今后生产的发胀和工艺的改进，在选择PLC机型时，应适当留有余地。
3.2.2PLC控制系统的设计内容及步骤
（一）分析控制对象
在确定采用PLC控制后，应对被控对象工艺流程的特点和要求做深入了解、详细分析、认真研究，明确控制的任务、范围、和要求，根据工业指标，合理的制定和选取控制参数，使PLC控制系统最大限度的满足被控对象的工艺要求。
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