三相六拍步进电机PLC梯形图控制程序设计与调试.docx

1、三相六拍步进电机PLC梯形图控制程序设计与调试现代控制技术及 PLC 控制课程设计姓学班专院名号级业别机电机械电子工程机械工程学院指导教师2013 年 7 月 5 日内容摘要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, 而且对工业现场的恶劣环境适应性差, 可靠性不高。使用 PLC 可编程控制器实现三相六拍步进电动机驱动，可使步进电动机东芝的抗干扰 能力强，可靠性高，同时，由于实现了模块化结构，是系统结

2、构十分灵活，而且编程 语言简短易学，便于掌握，可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。本设计是利用 PLC 做三相六拍步进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现 对步进电机正,反转控制，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，低速度的控制。充分发挥 PLC 的功能，最大限度地满足被控对象 的控制要求，是设计 PLC 控制系统的首要前提，这也是设计最重要的一条原则。本设 计更加便于实现对步进电机的制动化控制。目录1 引言 1 2 系统总体方案设计22.1 系统硬件配置及组成原理 2 2.2 方案原理分析 3 2.3 可行性研究 3 2.4 设计思想 33 控

3、制系统设计4 3.1 控制程序图及软件模块 4 3.2 梯形图程序设计与梯形图 5 3.3 三相六拍步进电机控制语句表 9 3.4 PLC 接线图与主电路图 1045心得体会 11 参考文献 12引言课 题 内 容用 PLC 控制三相六拍电动机，控制要求如下：1.三相步进电动机有三个绕组：A,B,C,正转通电顺序为：AABBBCCCAA反转通电顺序为：ACACBCBABA2.要求能实现正，反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。3就有两种转速：1 号开关合上，则转过一个步距角需 0.5 秒。2 号开关合上，则转过一个步距角需 0.05 秒。4要求步进电动机转动 100 个步距角后自动停止运

4、行。2.课题要求1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及 PLC 硬件配置电路。2、根据控制要求，编制 PLC 应用程序。3、编写设计说明书，内容包括：1 设计过程和有关说明。2 基于 PLC 的电气控制系统电路图。3 PLC 控制程序（梯形图和指令表）。4 电器元器件的选择和有关计算。5 电气设备明细表。6 参考资料、参考书及参考手册。7 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决 方法、对课程设计的认识和建议等。- 0 -系统总体方案设计一、系统硬件配置及组成原理：三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。它与普通电

5、 机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁芯和定子绕组。定子铁芯由 电工钢片叠压而成。定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径 方向上相对的两个齿上的线圈串连在一起，构成一相控制绕组。三相步进电机可构成 三相控制绕组，若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极。在定子的每个磁极上，即 定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为 9，转子上没有绕组， 只有均匀分布的 40 个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为 9，与磁极上的小齿一致。此外， 三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开 1/3 齿距。当 A 相磁极上的小齿与转子 上的小齿对齐时，B 相磁极上的齿刚好超前或滞后

6、转子齿轮 1/3 齿距角，C 相磁极上的 齿刚好超前或滞后转子齿轮 2/3 齿距角。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。三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很 多情况下，三相步进电机采用三相六拍运行方式。- 1 -二、方案原理分析功能要求：对三相六拍步进电机的控制，主要分为两个方面：三相绕组的接通与断开顺序控制。 即：正转顺序：A-AB-B-BC-C-CA-A：反转顺序：A

7、-AC-C-CB-B-BA-A 以及每个步距角的 行进速度。围绕这两个主要方面，可提出具体的控制要求如下：（1） 可正转起动或反转起动；（2） 运行过程中，正反转可随时不停机切换；（3） 步进两种速度可分为高速（0.05S），低速（0.5S）两档，并可随时手控变速； （4） 要求步进电动机转动 100 个步距角后自动停止运行。性能要求：在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁紧凑。另一方面，同一控制对象， 根据生产的工艺流程不同，控制要求或控制时序会发生变化，此时，要求程序修改方 便、简单，即要求程序有较好的柔性。三、可行性研究要解决的问题的可行性分析及复杂性分析，其中，原低速开关 I1.0

8、变为步进基速 赋值开关（Network1）;原中速开关 I1.1 变为减速开关，每次 I1.1 从“0”-“1”，步 进速度减慢 0.01S（Network2）；原高速开关 I1.2 变为加速开关，每次 I1.2 从“0”- “1”，经减法指令使转过每步距角所需时间减少 0.01S（Network3），每次加速或减速 的幅度可按需要任意修改设定。而如果用其他方法编程，比如以定时器，比较指令等 编程，则每一次变化速度，所有的定时器和比时段都需做出相应的调整，为程序修改 带来不便。四、设计思想步进电机的速度控制是通过改变输入脉冲的频率高低实现的。当发生脉冲的频率 减小时，步进电机的速度就下降,当频

9、率增加时，速度就加快。还可以用过频率的改变 来提高步进电机的位置精度。以移位指令为步进控制的主体进行程序设计，可较好的 满足上述设计要求。- 2 -控制系统设计一、控制程序图及软件模块由上述具体控制要求，可作出步进电机在启动运行时的程序框图，如下图所示。 以工作框图为依据，结合考虑控制的具体要求，首先可将梯形图程序分成4个模块进行 编程，即模块1：步进速度选择：模块2：起动，停止和清零;模块3：移位步进控制功 能模块；模块4：A,B,C三相套组对象控制。然后，在将模块进行连接，最后经过调试，完善，实现控制要求。程序流程图- 3 -二、梯形图程序设计CPU 的选择本次设计要求正反转和高低速控制共

10、五个输入接口，控制A,B，C三相绕组三个输 出接口，所以选用CPU221,六个输入，四个输出满足控制要求。输入输出编址控制步进电机的歌输入开关及控制A,B,C三相绕组工作的输出端在PLC中的I/O地址 分配表如下表所示。控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号步进电机正转启动按钮常开按钮SB1I0.0步进电机反转启动按钮常开按钮SB2I0.1停止及清零按钮常开按钮SB3I0.2低速开关常开按钮SB4I0.4高速开关常开按钮SB5I0.5输出信号控制A相绕组Q0.0控制B相绕组Q0.1控制C相绕组Q0.2I/O地址分配表状态真值表采用移位指令进行步进控制。每右移1位，电机前进一个步距角，

11、据此，可作出移 位寄存器输出状态及步进电机正反转绕组的状态真值表，从而得出三相绕组的控制逻 辑关系式。正转时：A相 Q0.0=M0.5+M0.4+M0.0B相 Q0.1=M0.4+M0.3+M0.2C相 Q0.2=M0.2+M0.1+M0.0反转时：A相 Q0.0=M0.5+M0.4+M0.0B相 Q0.1=M0.2+M0.1+M0.0C相 Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2- 4 -移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表如下表所示：移位寄存器正转反转M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCABC00000000000010000010010001000011010100

12、1000010101000100011011000010001010000001101110移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表梯形图程序根据程序模块及三相绕组的控制逻辑关系，可绘出梯形图控制程序。程序如下- 5 - 6 - 7 -三、三相六拍步进电机控制语句表LD I0.4EUAN I0.5MOVW 50, VW100LD I0.5EUAN I0.4MOVW 5, VW100LD I0.0O M1.0AN I0.1AN I0.2KAAN C20L2= M1.0L3LD I0.1QAO M1.1LD M1.0O M1.1EUO C0MOVB 2#100000, MB0LD I0.2= M

13、3.0LD M1.0O M1.1AN M2.0AN C20AN I0.2TON T33, VW100LD T33SRB MB0,LD T33= M2.0LD M0.0O M0.4O M0.5= Q0.0LD M0.0O M0.1O M0.2A M1.1LD M0.2O M0.3O M0.4A M1.0OLD= Q0.1LD M0.0O M0.1AN I0.0AN QA1I0.2 LD T33QA2O M0.2A M1.0AN C20= M1.1LD I0.2BBAN M1.0AN M1.1LD C0O I0.2CTU C0, 6LD T33LD C20LD M0.2O M0.3O M0.3A

14、M1.1OLD= Q0.2MOVB 0, MB03MO I0.2CTU C20, 100- 8 -接线图如下图所示：24V1M1LI0.0I0.1I0.2I0.4Q0.0Q0.1Q0.2A功B功C功24V2MI0.5VCCVCCML+NL1220VL1L2L3KAQAQA1 QA2BB3M- 9 -心得体会机电控制技术是一门侧重应用方向的学科。所以要多一点实践。不要看不起小的 项目，在其中你能总结出设计程序的逻辑思维方法，总结中不断进步。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

15、 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。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。首先需要精深 PLC 本身的编程语言梯形图、语句表语言。达到这个水平你只能读懂编好的程序，并可 以设计一些工程需要程序。、在一些大型程序中还需要用到数据库的知识，PLC 入门很 快但要

16、不断进取努力。通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学 都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一 定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流 中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都 想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在 这过程也提高了我们的表过能力。在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一 个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做 思而不学者殆。做事要学思结合。参考文献- 10 -1 贺哲荣，石帅军流行 PLC 实用程序及设计西安电子科技大学出版社2 阮友德3 宋君烈4 李俊秀5 张万忠6 高钦和电气控制与 PLC 实训教程可编程控制器实验教程可编程控制器应用技术可编程控制器入门与应用实例 可编程控制器应用技术与设计实例人民邮电出版社 东北大学出版社 化学工业出版社 中国电力出版社 人民邮电出版社- 11 -