采用信捷PLC控制多台步进电机.docx

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采用信捷PLC控制多台步进电机

多台步进电机的PLC控制

1引言（主要写课题设计的目的、设计内容及要实现的目标）

2系统总体方案设计

2.1步进电机的选型及特点

2.2步进电机驱动器选型及特点

2.3PLC选型及特点

2.4其它硬件选型（传感器等）

2.5系统组成框图

2.6I/O分配表

2.7系统接线图设计

2.8系统可靠性设计

3控制系统设计

3.1控制程序流程图设计

3.2控制程序时序图设计

3.3控制程序设计思路

3.4创新设计内容

4总结与展望

5参考文献

6附录：

带功能注释的梯形图源程序

多台步进电机加减速控制的PLC控制

1.1引言

步进电动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，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机作为执行元件，是电气自动化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。

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。

基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，参数设计置灵活等优点。

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

1.2设计任务

本系统由“步进电机（4台）、步进电机驱动器（4件）、传感器、继电器、指示灯、按钮、接线端子”等组成。

采用PLC进行控制，实现对4台电机的启停、转速、转向、定位的控制等功能。

步进电机驱动器设定：

脉冲+方向控制方式，脉冲细分数自定。

步进电机工作流程：

1.3设计要求：

1.电机没有复位成功，启动按钮失效。

2.启动按钮在设备工作时失效。

3.按下停止按钮，完成一个工作周期后设备停止。

4.将工作循环次数记录于断电保持继电器，以记录加工工件数。

2．系统总体方案设计

2.1步进电机的选型及特点

步进电机为6出线BS57HB76-03

步距角1.8°

电机长度76mm

保持转矩1.35N.m

额定电流3A/Phase

相电阻1.0Ω

相电感1.6mH

转子惯量480g.cm2

电机重量1.0Kg

2.2步进电机驱动器选型特点

驱动器为Q2HB44MA

Q2HB44MA（B）为等角度恒力矩细分型驱动器，驱动电压DC12-40V,适配6或8出线、电流在4A以下、外径42-86mm的各种型号的二相混合式步进电机。

该驱动器内部采用独特的控制电路，用此电路可以使电机噪音减小，电机运行更平稳，电机的高速性能可提高30％以上，而驱动器的发热可减少50％。

广泛运用于雕刻机、激光打标机等分辨率较高的小型数控设备上。

特点

●高性能、低价格

●设有12/8档等角度恒力矩细分，最高200细分

●采用独特的控制电路

●最高反应频率可达200Kpps

●步进脉冲停止超过100ms时，线圈电流自动减半

●双极恒流斩波方式

●驱动电流从0.5A/相到4A/相连续可调

●单电源输入，电压范围：

DC12-40V

2.3PLC选型及特点

PLC为信捷XC5-32PT-E

􀁺I/O点数32点

􀁺输出类型晶体管输出

􀁺输入类型PNP

􀁺电源类型AC220V

特点：

该型号属于增强型PLC，基本功能齐全，还拥有4路（Y0～Y3）脉冲输出。

基本处理指令0.2～0.5us，扫描时间10,000步5ms，程序容量高达256K。

基本单元可支持7个不同种类、型号的扩展模块和1个扩展BD板。

高速脉冲计数，基本单元配备了3通道、2相高速计数器和高速计数比较器，可进行单相、脉冲＋方向、AB相3种模式进行计数，频率可达80KHz。

支持2种编程方式，即命令语编程和梯形图编程。

这2种编程可相可切换编辑。

2.4其他硬件选型

限位开关*4

按钮*4

接线端子若干

2.5系统组成框图

2.6I/O分配表

2.7系统接线图设计

2.8系统可靠性设计

每一台电机对应一个复位开关，当复位开关没有全部复位成功,启动按钮处于失效状态，电机不能启动。

使用断电保持继电器D4000记录程序循环次数。

在PLC工作时，M1实现自锁，启动按钮失效。

3.控制系统设计

3.1控制程序流程图设计

3.2时序图设计

3.3控制程序设计思路

根据前面所选电机，步距角为1.8°，选择驱动器细分数为200，则电机实际步距角&=1.8°/200=0.009°，电机转速Q=&*K（K为脉冲频率）。

为实现转速1/2r/s、1/4r/s、1/8r/s,容易算得对应的K应为20000Hz、10000Hz、5000Hz。

为实现电机正反转，采用双向脉冲输出指令（D）PLSR，PLC是32点I/O口的XC5系列，Y0~Y3为脉冲输出口，Y4~Y7为方向信号输出口，分别对应M1~M4四台电机。

（D）PLSR指令说明如下：

S1指定分段脉冲参数起始软元件地址编号16位/32位，BIN

S2指定加减速的数值或软元件的地址编号16位/32位，BIN

D1指定脉冲输出端口编号

D2指定脉冲输出方向端口编号

本方案先用（D）MOV指令将脉冲频率和脉冲数写入相应的数据寄存器中，通过SET和RET指令控制线圈M2、M3、M4的高低电平，进而控制寄存器所存储的脉冲数的正负，当S1中第一段设定的脉冲个数为正数时，对应的方向信号输出口输出为ON；当设定的脉冲个数为负数时，输出为OFF。

电机行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4全部被按下，表示电机复位成功，此时启动按钮有效。

PLC每扫描一个周期，电机运行-复位一次。

计数器采用递增模式，设定值为10000，当PLC完成一次扫描，计时器C600将+1，并且使用指令（D）MOV将计数器的结果传送到断电保持寄存器D4000中。

当需要重新开始计数时，可按复位按钮X7使计时器重0开始计数。

程序指令表见附录一。

程序梯形图如下图所示：

3.4创新设计内容

利用PLC的的脉冲输出功能，可以有效的控制多台步进电机正传，反转和停止。

在机械加工中，就此项可以让工件、刀具、夹具等物体按照设定好的程序进行各项复杂的运动，从而增加了加工的精度，还降低了对操作人员的熟练度要求，更有效的减少了劳动力数量。

4总结与展望

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。

我国是发展中国家，工业自动化程度较低，工业自动化应用水平与工业发达国家相比滞后几十年，相当一部分机械行业仍采用传统继电器一接触器设备。

我国正努力成为世界新的制造业基地，制造业的控制主要以离散控制为主，PLC是该领域控制系统的首选。

同时，机械行业为提高劳动生产率和产品质量，必然会实现自动化控制，大量传统产业的自动化改造为PLC的提供更广阔的应用空间。

5参考文献

[1]张建民.机电一体化系统设计第四版.北京:

等教育出版社2014

[2]史国生.电气控制与可编成控制器技术第三版.北京:

学工业出版社2010

[3]熊诗波，黄长义.机械工程测试技术基础.北京:

械工业出版社2013

[4]刘顺禧.电气控制技术.北京：

北京理工大学出版社,1995

[5]袁任光.可编程序控制器（PLC）应用技术与实例第2版.广州：

华

南理工大学出版社,2000

[6]谢剑英.微型计算机控制技术第3版.北京：

国防工业出版社.2001

[7]邓则名.电器与可编程序控制器应用技术.机械工业出版社,1997

[8]钟肈新.可编程控制器原理及应用[M].广州:

华南理工大学出版

社.1988.

6附录一

程序指令表

LDX0

ANDX3

ANDX4

ANDX5

ANDX6

ORM1

ANIX1

OUTM1

LDM1

DMOVK20000D100

DMOVK10000D110

DMOVK5000D120

DMOVK200D130

DMOVK90000D140

DMOVK100000D141

LDM10

DPLSRD110D130Y2Y6

DPLSRD120D130Y3Y7

OUTT1K20

LDPM1

ORT7

SETM3

RSTM4

SETM10

LDM11

DPLSRD110D130Y0Y4

DPLSRD120D130Y1Y5

OUTT2K20

LDT1

RSTM10

SETM11

LDM12

DPLSRD120D130Y0Y4

DPLSRD110D130Y2Y5

OUTT3K10

LDT2

RSTM11

SETM12

LDM13

DPLSRD120D130Y0Y4

DPLSRD100D130Y1Y5

DPLSRD110D130Y3Y7

OUTT4K20

LDT3

RSTM12

SETM13

SETM2

LDM14

DPLSRD100D130Y1Y5

DPLSRD110D130Y2Y6

DPLSRD120D130Y3Y7

OUTT5K20

LDT4

RSTM13

SETM14

SETM3

LDM15

DPLSRD120D130Y0Y4

OUTT6K20

LDT5

RSTM14

SETM15

LDM16

DPLSRD110D130Y0Y4

DPLSRD140D130Y1Y5

DPLSRD110D130Y2Y6

OUTT7K10

LDT6

RSTM15

SETM16

SETM3

LDPX2

RSTC600

LDT7

RSTM16

OUTC600K10000

HSCRC600D4000

LDM2

DMOVK100000D101

LDIM2

DMOVK-100000D101

LDM3

DMOVK100000D111

LDIM3

DMOVK-100000D111

LDM4

DMOVK100000D121

LDIM4

DMOVK-100000D121