三相六拍步进电机FX2NPLC控制.docx

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三相六拍步进电机FX2NPLC控制

电气工程学院

课程设计说明书

设计题目：

系别：

年级专业：

学号：

学生姓名：

指导教师：

电气工程学院《课程设计》任务书

课程名称：

电气控制与PLC课程设计

基层教学单位：

电气工程及自动化系指导教师：

学号

学生姓名

（专业）班级

设计题目

三相六拍步进电机PLC控制系统设计

设

计

技

术

参

数

采用PLC构成三相六拍步进电机的电气控制系统。

控制要求查阅相关文献。

设

计

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PLC硬件配置电路。

2）根据控制要求，编制PLC控制程序

3）按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。

参

考

资

料

1、《PLC电气控制技术》漆汉宏主编机械工业出版社2008

2、图书馆各类期刊文献相关数据库

3、相关电气设计手册

周次

第一周

第二周

应

完

成

内

容

完成全部方案设计：

周一、二：

查、阅相关参考资料

周二至周五：

方案设计

周六、日：

设计方案完善

周一、二：

完成设计说明书

周三、四：

绘制A1设计图纸

周五：

答辩考核

指导教

师签字

基层教学单位主任签字

说明：

1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科

摘要

　　PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

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。

本设计是用PLC做三相六拍步进电机的控制核心，用按钮开关来实现对步进电机正、反转运行控制，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、低速度的切换控制。

关键词：

PLC控制三相六拍正反转运行高低速运行

封皮………………………………………………………………………………………………1

任务书…………………………………………………………………………………………..2

摘要……………………………………………………………………………………………..3

目录…………………………………………………………………………………………….4

第一章三相六拍步进电机的PLC控制及要求………………………………………………5

1.1步进电机的工作原理……………………………………………………………………..5

1.2三相六拍步进电机控制要求……………………………………………………………………5

1.3步进电机的驱动………………………………………………………………………………………6

第二章参数选择………………………………………………………………………………………….7

2.1三相六拍步进电机的参数选择…………………………………………………………………….7

2.2PLC的选择…………………………………………………………………………………………..7

2.3功率放大电路参数选择……………………………………………………………………………..7

第三章整体设计………………………………………………………………………………………….7

3.1PLC的I/O端口分配表……………………………………………………………………………….7

3.2硬件接线图……………………………………………………………………………………………8

3.3程序流程图………………………………………………………………………………………….8

3.4状态转移图…………………………………………………………………………………………..9

3.5步进梯形图………………………………………………………………………………………….10

3.6时序图……………………………………………………………………………………………….12

总结……………………………………………………………………………………………………….13

参考文献………………………………………………………………………………………………….14

评审意见表……………………………………………………………………………………………….15

第一章三相六拍步进电机的PLC控制及要求

1．1步进电机的工作原理

电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60º。

各磁极上套有线圈，连成A、B、C三相绕组。

转子上均布40个小齿。

所以每个齿的齿距为θE=360º/40=9º，而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。

由于定子和转子的小齿数目分别是30和40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。

若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐，那么B相和C相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即3º。

因此，B、C极下的磁阻比A磁极下的磁阻大。

若给B相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越B相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3º；此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。

接着停止对B相绕组通电，而改为C相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过3º。

依次类推，当三相绕组按A→B→C→A顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动3º的规律步进式转动起来。

若改变通电顺序，按A→C→B→A顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动3º的规律转动。

因为每一瞬间只有一相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。

单三拍运行时的步矩角θb为30º。

三相步进电动机还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按AB→BC→CA→AB顺序循环通电的方式，以及单、双六拍运行，即按A→AB→B→BC→C→CA→A顺序循环通电的方式。

1.2三相六拍步进电机控制要求

1.2.1三相六拍步进电机的正、反转

正转：

A→AB→B→BC→C→CA→A

反转：

A→AC→C→CB→B→BA→A

1.2.2三相六拍步进电机运行状态的开关控制

（1）按下正转启动按钮电机实现正转低速运行

（2）按下反转启动按钮电机实现反转低速运行

（3）按下停止按钮电机实现停车

（4）正、反转运行时，可通过按下高、低速按钮实现电机的高、低速运行切换

（5）正、反转启动按钮切换无须经过停车步骤

1.3步进电机的驱动

步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如下图所示，它由脉冲发生控制单元（PLC内）、功率放大单元等组成。

功率放大电路（如下图所示）

设计功率放大电路采用N沟道MOSFET，因为PLC输出端接直流电压为12V，电流为数十mA级，而MOSFET触发栅源电压为12V左右，所以要在MOSFET栅极串接电阻，使其高电平信号到来时达到触发电压范围时，不至于电压过大损坏器件。

绕组为三相直流步进电机的绕组，当脉冲信号为高电平时，MOSFET触发，漏源极导通，绕组两端为步进电机额定电压，使绕组得电，电机运行。

当脉冲信号为低电平时，MOSFET不导通，绕组不得电，电机停止。

在绕组两端所加的电阻和二极管起到在低电平时对绕组上能量的泄放作用。

第二章参数选择

2.1三相六拍步进电机的参数选择

本设计选择三相直流步进电机，额定电压24V,额定电流1.39A功率20W，电机转速1800r/min,电机扭矩1.08KG*CM,安装尺寸60*60，轴径8mm。

2.2PLC的选择

本设计采用三菱FX2N-16MRPLC

2.3功率放大电路参数选择

本设计选用IRF540N100V33AMOSFET作为功率器件，R1=300

R2=1K

。

第三章整体设计

3.1PLC的I/O端口分配表

输入端

输出端

名称

代号

输入编号

名称

代号

输出编号

正传启动

SB0

X000

绕组A

Y0

Y000

反转启动

SB1

X001

绕组B

Y1

Y001

停止

SB2

X002

绕组C

Y2

Y002

高速转动

SB3

X003

低速转动

SB4

X004

3.2硬件接线图

3.3程序流程图

3.4状态转移图

3.5步进梯形图

3.6时序图

3.6.1正转低速运行

3.6.2反转低速运行

总结

本次课程设计的内容是三相六拍步进电动机控制程序的设计与调试，针对现在的PLC技术，实现一些设计。

还应该加强PLC语句的练习，要能够运用自如。

此外还应掌握PLC的外部接线方法。

通过不懈的努力，得到了一系列可靠的实验数据。

但是在这次课程设计过程中也遇到了不少的问题和困难，例如对功率放大电路设计时如何对参数进行选择。

还有很重要的一点就是对基础知识不够扎实，使得设计进度缓慢，必须不断的在书本上学习新的知识来弥补不足等。

但幸运的是，随着课程设计的逐步进行，对种种问题进行了研究解决，最终才获得了预期的研究成果。

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，需要精通PLC本身的编程语言梯形图、语句表语言。

这次课程设计对我们而言是对所学课程内容掌握情况的一次自我验证，对所学知识的综合应用能力检验，它培养和训练了我们的编程以及调试能力，进而提高了我们对学习和应用相关专业知识的兴趣。

通过本次设计我们的能力得到了锻炼，因而有着极其重要的意义。

参考文献

1、漆汉宏主编·《PLC电气控制技术》·（第二版）机械工业出版社，出版年：

2008

2、王兆安刘进军主编·《电力电子技术》·（第五版）机械工业出版社，出版年：

2009

3、康华光主编·《电子技术基础模拟部分》·（第五版）高等教育出版社，出版年：

2008

电气工程学院课程设计评审意见表

指导教师评语：

（1）、学习态度及平时表现（出勤等）□A□B□C□D□E

（2）、查阅资料，分析、解决问题的能力□A□B□C□D□E

平时成绩：

2013年7月1日

图面及其它成绩：

（1）、结构合理、层次分明，书写规范：

□A□B□C□D□E

（2）、基本概念正确，分析与论述清楚：

□A□B□C□D□E

（3）、图纸（插图）简明清晰、电气符号规范：

□A□B□C□D□E

图面及其它成绩：

2013年7月1日

答辩小组评语：

（1）、语言叙述思路清晰、表达清楚：

□A□B□C□D□E

（2）、基本概念正确、设计方案合理：

□A□B□C□D□E

（3）、基础知识扎实、回答问题准确：

□A□B□C□D□E

答辩成绩：

2013年7月1日

课程设计综合成绩：

答辩小组成员签字：

2013年7月5日