PLC控制步进电机课程设计汇本.docx
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PLC控制步进电机课程设计汇本
第1章PLC的发展
PLC全称为可编程控制器，是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微机处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。
目前，PLC已被广泛用于生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置。
被广泛的认为是现代化工业的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。
PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需求外，主要是因为它具有很多独特的有点，较好的解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、经济问题。
PLC可靠性高，抗干扰能力强，其平均无故障时间可达几十万个小时，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施。
其次PLC编程简单、使用方便，目前大多数PLC采用的编程语言都是梯形图语言，梯形图与电气控制线路相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易被广大工程技人员掌握。
PLC功能完善、通用性强、设计安装简单、维护方便。
采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低，是实现机电一体化的理想控制设备。
目前PLC已广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各个行业。
随着PLC的性价比不断提高，其应用领域还将不断扩大。
为此，本文主要研究基于PLC的步进电机控制系统，实现PLC对步进电机的各种控制。
第2章PLC对步进电机的控制
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
步进电机在构造上主要为反应式、永磁式和混合式。
本设计采用的为86BYG202步进电机，是四相八拍步进电机，属于永磁式步进电机。
现代控制系统中,PLC作为广泛应用于工业自动化领域的控制器,它的功能越来越强,性能越来越先进。
为了配合步进电机的控制,许多PLC都置了脉冲输出功能,并设置了相应的控制指令,可以很好地对步进电机进行直接控制。
这种控制方式的优点是:
大大减少系统设计的工作量,不存在各部分接口信号的匹配问题,提高系统的可靠性。
整个控制系统由PLC和步进电机组成。
PLC具有实时刷新技术,输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高,使得脉冲分配能有很高的分配速度,充分利用步进电机的速度响应能力,提高整个系统的快速性。
第3章程序设计
3.1设计方案的提出
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
由上可对知步进电机的控制可通过改变脉冲的频率或者是脉冲的发射的数来控制步进电机的转速。
此次的课程设计用的是三菱的可编程控制器。
考虑在闪烁电路的基础上进行改进。
经过探讨一共一处三种可行性方案：
1）使用脉冲输出指令PLSY，它可用于指定输出继电器Y0或Y1输出给定频率的脉冲。
但是PLSY指令指定频率在一定的围之间，并且只限于使用晶体管输出的Y0或Y1。
使用此指令局限性较大，且程序不易编制。
2）使用位位移指令STFR/STFL，它可用于控制位原件的右移或者左移。
位位移指令对周期的可调性小，只能按着一定的规律定向加速或定向减速。
3）使用寄存器MOV指令，将控制周期的参数由MOV控制，程序语句如（MOVK10DO）。
并将MOV指令与INC（加）和DEC（减）指令相结合，控制D0值得大小，从而控制周期参数的变化，进而控制输出脉冲频率的大小，最终达到控制步进电机转速的目的。
最终确定使用MOV指令和INC（加）、DEC（减）相结合的方法来控制步进电机的运转。
3.2最终方案的确定
根据课程设计要求，利用PLC来控制步进电机的运动过程。
其要求最终程序能够实现控制步进电机的转动速度，实现步进电机的加速和减速过程。
第3章已经确定使用MOV指令和INC（加）、DEC（减）相结合的方法，从而确定了程序（如图3-1、图3-2所示）。
程序包括四个输入X0、X1、X2、X3，一个输出Y0。
X0一旦输入，将10赋予到数据寄存器D0中。
X1、X2分别控制寄存器里的D0加1、减1指令控制，从而控制计时器的计时周期，实现步进电机的减速、加速操作。
X3、T0、T1构成了闪烁电路，从而控制了步进电机的周期性间歇转动。
Y0的输出实现了对步进电机加速减速的控制过程。
图3-1梯形图
图3-2指令表
最后考虑加入对步进电机的正反转的控制功能，增加其实用性，确定使用RST和SET指令控制正反转。
X4的输入使Y1置1，从而控制步进电机反转。
X5的输入使Y1复位为0，从而使步进电机正转。
PLC控制步进电机控制口分配表如表1所示，最终程序如图3-3、图3-4所示。
表1步进电机三菱系列PLC控制口分配表
输入信号
名称
输入点编号
名称
输入点编号
正向转动
X4
正常转速
X0
反向转动
X5
加速
X1
停止
X3
减速
X2
图3-3有正反转梯形图
图3-4有正反转指令表
第4章设计过程中遇到的问题
在设计过程中遇到不少问题，如下：
问题一：
在使用可编程控制器输入编写好的程序时，有些指令在可编程控制器的输入界面上没有，如MOV、DEC和INC，经过查找，输入这些指令只需输入其对应的数字即可，指令和数字的对应如MOV----FNC12、DEC----FNC25和INC----FNC24。
问题二：
初步程序（如图4-1所示）完成之后，在使用PLC调试程序时发现对输入脉冲的周期进行加减操作时无法观察到预期效果。
最后发现是由于X1的输入使频率增加特别大，使显示过程不明显，所以采用上升沿控制脉冲输入，最终解决了问题，如图4-2所示。
图4-1
问题三：
可编程控制器与步进电机驱动器的连接，以及步进电机与步进电机驱动器的连接。
步进电机驱动器与步进电机相连一一般为并联接法，如表2所示。
表2引导线接线方法
接法
并联接法
驱动器接线
A
A-
B
B-
接线端子
红（长）
绿（短）
红（短）
绿（长）
黄（长）
蓝（短）
黄（短）
蓝（长）
步进电机驱动器与PLC的接口如下：
OPTO：
为输入信号的公共端，OPTO端须接外部系统的VCC。
DIR：
方向电平信号输入端，高低电平控制电机正/反转。
CP：
步进脉冲信号输入，下降沿有效。
第5章作品展示
整个设计作品主要由3大部分组成，即为三菱型可编程控制器（如图5-1所示）、步进电机驱动器（如图5-2所示）和步进电机（如图5-3所示）。
总装图如图5-4所示。
图5-1
图5-2
图5-3
图5-4
第6章
设计总结
本次课程设计的主要任务是用PLC控制步进电机，在此基础上完成相关的设计任务，设计容看似简单，其实所要做的辅助性工作也是相当多的，因为步进电机工作过程中所涉及到的实在很多，所以在做课程设计之间，我们又认真复习了从图书馆借来的有关步进电机的参考资料，学会了如何分析现有问题，并熟悉了设计步骤，知道了如何查阅手册和一些相关量的常规选取方法，以及要注意的问题等等。
在做的过程中，还结合了平时实习中所看到的实际情况，这也使我们在思想素质和分析能力上都有所提高。
通过这次设计，我们小组成员认真合作，共同努力，终于把此设计圆满的完成。
这次设计使我们在基本理论的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。
课程设计已结束，回顾设计的整个过程，我们都觉得受益匪浅。
课程设计是整个相关课程的重要教学环节，使理论与现实更加接近，加深了我们对理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。
提高了我们独立思考问题、解决问题和创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。
通过这次设计，我们也对步进电机的控制过程有了一定的了解，同时又对在课堂上的所学的知识有了进一步的学习了更加深入的了解。
而且，对我们的查阅资料的能力和写word的能力有了很大的提高，这对我们帮助很大。
更重要的是这次课程设计也让我们看到了团队合作的重要性，设计过程中遇到的问题都是在大家的共同努力下发现和解决的。
也非常感老师在课程设计中给予我们的帮助。
致
我的这篇论文的完成，首先应当归功于指导老师的指导。
老师给予了我大量的指导和帮助，在整个论文的撰写当中积累了很多的经验，我不但完成了论文，也学到了许多书本上学不到的知识，受益匪浅，老师们治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。
感老师给我们这次锻炼的机会，让我们在大三就可以得到机会练习学长们在大四才能接触的东西，其实学习是没有时间界限的，我们在任何时候都可以学习我们比较感兴趣的知识。
在老师的帮助下，我顺利的解决了在制作中遇到的各种困难，所以对老师们致以深深的感。
参考文献
[1]甫.六足仿生机器人的研制及其运动规划研究[D].工业大学博士论文，2009
[2]军.多足步行机器人步态规划及控制的研究[D].华中科技大学硕士学位论文,2004.
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