步进电机滑台PLC控制课程设计报告.docx

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步进电机滑台PLC控制课程设计报告

大连民族学院机电信息工程学院

自动化系

PLC课程设计报告

题目：

步进电机滑台PLC控制

专业：

自动化

班级：

自动化122，123，124

学生姓名：

谭今文、周鸿儒、唐海涛、

卢真伊、谭潏、潘竹馨

指导教师：

张涛

设计完成日期：

2015年5月7日

课程设计任务书

题目：

步进电机滑台PLC控制

课程设计时间：

2015.4.25-2014.5.7

一、设计任务

采用西门子S7-300系列PLC，使用Step-7编写并调试PLC控制程序，控制步进电机直线滑台的运行，实现手动、单次循环、多次循环、定位控制等功能。

二、设计内容及要求

⒈掌握步进电机的工作原理；

⒉掌握步进电机驱动器的工作原理；

⒊直线滑台控制装置的总体方案设计；

⒋PLC控制系统的硬件设计；

PLC控制系统的软件设计和调试；

撰写设计报告；

资料归档。

三、设计重点

PLC控制系统的软件设计与现场调试

四、课程设计进度要求

学习步进电机和步进电机驱动器的工作原理；

⒉总体方案及PLC硬件设计；

PLC控制系统的软件设计和仿真调试；

PLC控制系统的现场调试；

撰写设计报告；

验收答辩。

五、参阅书目

[1]廖常初，跟我动手学S7-300/400PLC，北京：

机械工业出版社，2010年

[2]常斗南，PLC运动控制实例及解析，北京：

机械工业出版社，2010年

1任务分析和性能指标

1.1任务分析

步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件，每当对其施加一个电脉冲时，其输出轴便转过一个固定的角度，称为一步，当供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动。

步进电机分为反应式、永磁式和混合式等。

步进电机的位移量与输入脉冲数严格成正比，其转速与脉冲频率和步进角有关。

步进电机必须使用专用的步进电机驱动设备才能够正常工作，步进电机系统的运行性能，除与电机自身的性能有关外，在很大程度上还取决于驱动器性能的优劣。

随着电力电子技术的发展，可以实现细分驱动，即将一个步距角细分成若干小步来驱动。

1.2性能指标

1.2.1行程控制

一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器（行程开关/死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。

由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的总转角，因此只要控制步进电机的总转角即可。

由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺服机构的位移量确定PLC输出的脉冲个数：

n=DL/d。

式中DL——伺服机构的位移量（mm），d——伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲）

1.2.2进给速度控制

伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率;因此可以根据该工序要求的进给速度,确定其PLC输出的脉冲频率:

f=Vf/60d（Hz）。

式中Vf——伺服机构的进给速度（mm/min）

1.2.3进给方向控制

进给方向控制即步进电机的转向控制。

步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向，因此可以通过PLC输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实现。

2总体方案设计

2.1硬件方案

一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构。

采用PLC控制的数控滑台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构等部分组成，如图2.1所示。

图2.1硬件组成

元件地址

符号

传感器或执行器

说明

I124.0

SB1

常开按钮1

电机正转

I124.1

SB2

常开按钮2

电机反转

I124.2

SB0

常闭按钮1

电机停止开关

I124.3

SB3

常闭按钮2

右限位开关

I124.6

SB4

常开按钮3

左限位开关

Q124.1

KM1

直流接触器

正转输出

Q124.2

KM2

直流接触器

反转输出

图2.2步进电机滑台控制显示系统I/O分配

2.2软件方案

YN

YNY

图2.2程序流程图

3硬件设计与实现

3.1检测电路

步进电机驱动器接线如图3.1所示

图3.1HST-6560系列步进电机驱动器接线图

步进电机接线如图3.2所示

图3.242BYGH系列步进电机接线图

3.2控制电路

PLC接线如图3.3所示

脉冲

方向-

图3.3PLC接线图

4软件设计与实现

4.1梯形图

本设计梯形图程序如图4.1所示。

图4.1梯形图程序

4.2梯形图功能注释

程序段1、2：

由定时器T0和T1组成一个频率为50HZ的脉冲发生器，其中I124.0和I124.1的通断都能控制脉冲发生器的接通通断。

程序段3：

I124.0按下后电机正转，I124.3为右限位开关，当电机正转时触碰到该限位开关电机将立即反转。

I124.2为停止电机开关，Q124.1为正转自保持，Q124.2与程序段4的Q124.1构成正反转互锁。

程序段4：

I124.1按下后电机反转，I124.6为左限位开关，当电机反转时触碰到该限位开关电机将立即正转。

I124.2为停止电机开关，Q124.2为反转自保持，Q124.1与程序段3的Q124.2构成正反转互锁。

5调试及性能分析

5.1调试分析

5.1.1软件调试

打开STEP7软件，将上述梯形图程序输入编辑区，将该程序写入PLC的RAM，并调试运行该程序。

5.1.2硬件调试

1、按下SB1开关使电机正转，待滑块触碰到右限位开关时，电机立即反转。

按下停止开关SB0使电机停转。

2、按下SB2开关使电机反转，待滑块触碰到左限位开关时，电机立即正转。

按下停止开关SB0使电机停转。

5.2性能分析

按上述步骤，分别对系统进行软件和硬件的调试，看能否实现相应的功能。

本设计用三个开关分别控制步进电机的正转、反转、停止，当电机正转或反转时，按下停止开关电机将立即停止。

当电机正转触到右限位开关时，通过限位开关的控制，电机将立即反转。

当电机反转触到左限位开关时，通过限位开关控制，电机将立即正转。

综上所述，本设计实现了预定的功能。

总结

通过本次课程设计，我们感性地认识到理论与实际的差别，加深了我们对本课程设计的理解和认识。

设计之初，因不熟悉步进电机的基本原理，导致进度较慢。

通过查阅相关资料，并结合实物对照，了解了本次课程设计的任务要求与解决方案。

在本次课程设计中我们遇到很多问题和故障（如步进电机驱动器损坏），在锻炼了我们的动手能力的同时也提高了我们的思考、解决问题的能力。

调试的过程就是观察、分析、排错的过程。

在进行实验时，应该按照设计的实验步骤进行观察、记录，然后与原设计进行比较、分析，以判断每一步是否正确，从而推动整个实验的进程。

实验的调试过程，实质上是一个不断发现问题，不断找出原因，不断解决问题的过程。

要解决问题关键是要发现问题的所在，而要能找到出错的原因，只有通过反复的对实验运行过程中记录的参数进行分析、比较，才能发现问题。

由此可见，在实验室做好现场参数的记录和分析是相当重要的。

这不仅是培养我们养成良好实验习惯的机会，也是让我们学会将理论知识综合运用、掌握实验技巧、提高动手能力的重要途径。

参考文献

[1]胡健.西门子S7-300PLC应用教程.北京:

机械工业出版社.2007.

[2]任胜杰.电气控制与PLC系统.北京:

机械工业出版社.2013.

[3]俞雷声.方宗达编著.电气控制与PLC应用.北京：

机械工业出版社.1998.

附录1元器件清单

器件

型号

数量

步进电机驱动器

HST-6560-A3

1

限位开关

HIGHLYD2000

2

导线

-

20

附录2调试系统照片