五相十拍步进电机plc控制技术_工学_高等教育_教育专区。PLC 控制技术课程设计说明书 PLC 控 制 技 术 课 程 设 计 说 明 书 题 学 专 班 目： 院： 业： 级： 学 号: 学生姓名: 指导教师: 2016 年 6 月 7 日
PLC 控制技术课程设计说明书 PLC 控 制 技 术 课 程 设 计 说 明 书 题 学 专 班 目： 院： 业： 级： 学 号: 学生姓名: 指导教师: 2016 年 6 月 7 日 PLC 控制技术课程设计说明书 内容摘要 本文主要是介绍采用可编程控制器(PLC) 对五相十拍步进电机进行控制的设计 原理及方法进行分析。其中步进电动机具有快速起停、步进和定位等特点，是一 种控制精度极高的电机,常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。可编程控制器 是工业自动化设备的主导产品，具有控制功能强，可靠性高，适用于不同控制要求的 各种控制对象等优点。 本文详细的介绍了用 PLC 控制步进电机系统的原理，及硬件和软件设计方法。其 内容主要包括 I/O 地址分配、PIC 外部接线图、控制流程图、主电路图、梯形图、元 件清单以及语句表。本文设计过程中使用了十六位移位寄存器，大大简化了程序的设 计，使程序更间凑，方便了设计。两相步进电机在实际应用中表明此设计是合理有效的。 关键词: PLC，五相十拍步进电机，梯形图 PLC 控制技术课程设计说明书 引 言 步进电动机是一种控制精度极高的电动机, 在工业上有着广泛的应用。 步进电动 机具有快速起停、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。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。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。本文 主要是介绍采用可编程控制器(PLC) 对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方 法进行分析。本文详细的介绍了用 PLC 控制步进电机系统的原理，及硬件和软件设计 方法。其内容主要包括 I/O 地址分配、PIC 外部接线图、控制流程图、梯形图以及语 句表。本文设计过程中使用了十六位移位寄存器，大大简化了程序的设计，使程序更 间凑，方便了设计。在实际应用中表明此设计是合理有效的 对五相十拍步进电机的控制，主要分为两个方面：五相绕组的接通与断开顺序控 制。正转顺序：ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB 反转顺序：ABC← BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB 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、可正转或反转； 2、运行过程中，步进三种速度可分为高速（0.05S），中速（0.3S）,低速（0.5S） 三档，并可随时手控变速； 由于 CPU 对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引 起的滞后时间，长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就 越低。因此，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。以移位寄存器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。 PLC 控制技术课程设计说明书 目 录 部分 设计任务和要求 ............................................... 1 1.1 实验目的： ..................................................... 1 1.2 PLC 系统设计内容与步骤 ........................................ 1 1.3 五相十拍步进电动机的控制要求： ................................. 2 第二部分 设计方案 ..................................................... 2 2.1 总体设计方案说明 ............................................... 3 2.2 PLC 控制系统组成方框图 ......................................... 4 第三部分 系统硬件设计 ................................................. 4 3.1 PLC 的选型及硬件配置 ........................................... 4 3.2 输入输出地址分配 ................................................ 4 3.3 PLC 的控制电路 ................................................. 5 第四部分 PLC 控制软件设计与调试 ........................................ 5 4.1 系统程序设计 ................................................... 5 4.2 实验调试步骤： ................................................. 11 4.3 调试结果与分析 ................................................. 11 第五部分：元件清单 .................................................... 12 第六部分 结论 ........................................................ 12 第七部分 设计总结 .................................................... 13 第八部分：参考文献 .................................................... 14 PLC 控制技术课程设计说明书 部分 1.1 实验目的： 设计任务和要求 PLC 构成五相十拍步进电机模拟控制系统 1.2 PLC 系统设计内容与步骤 PLC 课程设计主要步骤如下： 1、分析被控对象的工艺条件和控制要求。被控对象是指受控的机械、电 气 设备、生产线或生产过程。在进行系统设计时，首先需要深入了解被控对象的特点、 控制过程与要求等。确定被控对象与 PLC 之间的输入、输出关系。控制要求主要指控 制系统的基本方式、应完成的动作等，同时要注意必要的保护和连锁等 2、选择 I/O 设备。根据控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设 备的具体型号、数量等。常用的输入设备有按钮、限位开关，传感器等；常用的输出 设备有继电器、接触器、电磁阀等。 3、 选择 PLC 的型号。 根据已选择的 I/O 设备， 统计 I/O 点数， 选择合适的 PLC 类型，在选择时要考虑所需机型的容量大小、I/O 模块种类及电源类型等。 4、分配 I/O 点。只有分配 PLC 的 I/O 点后，方可进行程序设计。 5、程序设计，它是整个系统设计的核心工作，首先要熟悉控制要求，根据控 制要求设计好梯形图程序。 6、 输入程序后调试程序。 调试过程中如果发现问题， 则要采取措施逐一排除， 直至调试成功。 7、编写技术文件。则要包括说明书、电气原理图，电气元件明细表，程序等。 1 Plc 控制技术课程设计说明书 1.3 五相十拍步进电动机的控制要求： 1.按下启动按钮，2S 后 A 亮，然后 B 亮（A 灭），C 亮（B 灭），D 亮(C 灭)，E 亮（D 灭）??依次向下循环执行，间隔时间均为２Ｓ 2.五相步进电动机有五个绕组: A、B、C、D、E , 正转顺序: ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB 反转顺序: ABC←BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB 3．用五个开关控制其工作： 1 号开关控制其运行 ( 启 / 停 )。 2 号开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.5 秒)。 3 号开关控制其中速运行 (转过一个步距角需 0.1 秒)。 4 号开关控制其高速运行 (转过一个步距角需 0.03 秒)。 5 号开关控制其转向 ( ON 为正转，OFF 为反转 )。 第二部分 2.1 总体设计方案说明 设计方案 五相十拍步进电动机有五个绕组，分别为 A,B,C,D,E。根据设计要求，可以将其 一个工作过程（周期）分为十个相对独立的状态，这样就可以用辅助继电器来完成设 计，又因为题目要求要用三个开关来控制电动机的低（X2），中（X3），高(X4)三个 等级的转速，一个启动停止开关(X1),还有控制电动机正反转的开关（X5 为 ON 则正 转为 OFF 则反转），所以总体思路分别用 X2，X3，X4 来控制三个频率不等的脉冲信 号，还有题目中要求高速运行时，时间间隔为 0.03S，在做脉冲信号时，要用到延时 性的定时器 T246~T250。在用到延时性定时器时要注意对其进行复位，任何时刻只允 许电动机工作在低中高速三种状态之一，所以，在编程时就用到 X2，X3，X4 三个开 关相互互锁，要消工作在多种状态的冲突。因为有十种状态，所以考虑用以为指令， 这也很好的解决了控制电动机正反转的问题， 但是移位信号的控制用单纯的秒脉冲来 控制是不行的，所以就用到 PLS 指令，将其转化为尖峰脉冲再来控制，另外，题目中 没有出现 5 个绕组都不工作的情况，所以在控制移位信号时还应注意一下（正反转情 2 Plc 控制技术课程设计说明书 况不同）才完全符合要求。因为要可以实现停止其工作，所以在程序中要在适当的时 候对五个绕组进行复位，这样一来，程序的基本框架就出来了。 2.2 PLC 控制系统组成方框图 图 1-1 程序结构框图 3 Plc 控制技术课程设计说明书 第三部分 3.1 PLC 的选型及硬件配置 系统硬件设计 根据设计要求，可选择Ｓ７-２００型号的 PLC 主机，就可以完成 5 进 5 出的程 序设计 硬件配置：PLC 主机一台，220V 交流电源，24V 直流电源各一个，五相十拍步进 电动机一台，五个开关，导线 输入输出地址分配 五相十拍步进电动机五个绕组工作在输出端和 PLC 五个输入开关在 PLC 中的编 址如下： 输入点 元件名称 启动/停止 低速运行 中速运行 高速运行 正/反转 符号 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 表 1-1 地址分配 X1 X2 X3 X4 X5 元件名称 A 相绕组 B 相绕组 C 相绕组 D 相绕组 E 相绕组 输出点 符号 A B C D E 地址分配 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 PLC 外部 I/O 地址分配表 4 Plc 控制技术课程设计说明书 3.3 PLC 的控制电路 第四部分 4.1 系统程序设计 PLC 控制软件设计与调试 程序梯形图如图 1-1 所示，其中 X1：启动/停止开关（ON 时启动，OFF 停止）， X2：低速运行开关，X3：中速运行开关，X4：高速运行开关，X5：正/反转（ON 时正 转，OFF 时反转）。 5 Plc 控制技术课程设计说明书 6 Plc 控制技术课程设计说明书 7 Plc 控制技术课程设计说明书 8 Plc 控制技术课程设计说明书 9 Plc 控制技术课程设计说明书 10 Plc 控制技术课程设计说明书 4.2 实验调试步骤： 1、在断电状态下，连接好 PC/PII 电缆； 2、打开 PLC 的前盖，将运行模式选择开关 STOP 位置，此时 PLC 处于停止状态，或者 用鼠标单击工具条中的 STOP 按钮，可以进行程序编写。 3、在作为编程器的 PC 上，运行 STEP Micro/WIN4.0 编程软件； 4、用菜单命令’文件’---’新建’,新建一个新项目，或者用菜单命令’文件--- 打开’。打开一个已有的项目，或者用菜单命令“文件---另存为”，可修改项目的 名称； 5、用菜单命令“PLC---类型”，设置 PLC 的型号； 6、编写控制程序； 7、用鼠标单击工具栏中的“编译”按钮或“全部编译”按钮来编译输入的程序。 8、下载程序到 PLC； 9、取出 PLC 主机模块和五相步进电机模拟控制实验板将其摆放在实验屏的合适 位置。 10、两相步进电机按照 I/O 分配表，用实验连接导线将 PLC 主机模块输入、输出接口与实验板接口 一一对应连接， 将 PLC 主机模块数字量端口单元 1L、 2L 端口和 1M、 2M、 3M 端口与+24V 相连接，将 PLC 主机模块端口 0 与实验板 0 相连接。 11、连接经检查无误后，接通并打开 PLC 主机模块电源 12、将运行模式选择开关拨到 RUN 位置，或者用单击工具条中的 RUN（运行）按钮， 使 PLC 进入运行方式。 13、根据课程设计内容调试并运行程序。 4.3 调试结果与分析 程序编制好了以后，下一个步骤就是调试与分析，开始调试时，遇到以下两个问 题 问题 1：低速和中速都正常，一旦运行了高速之后，就再也不会继续工作了，即 使重启电源，也不会工作，为什么会出现这一现象呢？ 分析：分析后才知道，我们所用的 T246，T247 都是延时性的定时器，在它们工 作完后都要对它们进行复位，果然，加了复位条件后，程序果然能够持续 稳定的工作。 问题 2：但是有会出现另一问题，就是会出现有 11 种状态，额余状态时五个绕组 都不工作的状态，正反转都有这种情况:。 分析：仔细分析后才知道，是移位信号的控制出现了一点问题，开始我们用的是 M1~M10 的常闭触点来控制移位信号 M0，只有当 M1~M10 十个继电器都失电 时，M0 才有有效信号输入，才能控制移位，因此，我们去掉了 M10，只用 11 Plc 控制技术课程设计说明书 前九个继电器来控制移位信号，这时再次运行，结果正转完全符合要求， 但是反转就会缺失一些状态，这样我们就考虑分别用两个不同的继电器来 控制其正反转的移位信号，这时只需在反转时去掉 M1(保留 M10)，再来运 行，结果完全符合要求。 第五部分：元件清单 1.S7-200 系列 PLC 实验实训装置； 2.PC 机、PC/PPI 编程线.STEP Micro/WIN4.0 编程环境； 4.4.五相步进电机模拟控制实验板； 5.5.连接导线一套 第六部分 结论 本次设计研究了 PLC 控制步进电动机的设计原理与实现方法，主要是程序的设 计，将 PLC 应用到步进电动机控制系统中，充分发挥 PLC 高可靠性和实用性，外部接 线简单、灵活，维修方便。 实际应用中还应结合实际情况，考虑各部分的容量及其实际的技术参数，供电电 源的设计、系统接地问题、电缆设计与铺设、PLC 输出端保护等问题，以使系统达到 安全可靠的工作，两相步进电机所以要想用于实际中，必须得通过现场调试。这就又给我们提出了 更高层次的问题， 毕竟一个较好的和较完善的应用软件不是在短时间内就可以完成它 的需要，要不断的完善和发展，需要我们做大量的工作和时间的检验。现在的系统虽 然满足了基本的要求， 还需要增加很多新的功能和先进的科学技术， 才能实现更安全、 可靠、节约地控制。 虽然现在用 PLC 控制步进电动机简单方便，但单片机等更为便宜，所以，应该在 现有的基础上开发利用单片机等控制系统。而且现有的故障诊断很不全面，应该增加 主动性预防诊断，可使系统在发生故障之前，我们就可以预见故障、排 12 Plc 控制技术课程设计说明书 除故障，使运行中的故障率降低到水平，保障电动机正常运行。 终，就是以信息技术为主，通过先进使用技术，提升步进电动机的控制，强化 产、学、研的有效结合，尽快实现技术引进和自主创新相结合的模式，建立和完善技 术开发体系，全力提升步进电动机控制的水平。 第七部分 设计总结 通过本次试验我学到很多东西，遇到很多需要查资料的问题。在查阅资料的过 程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很 好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领 域，这方面的能力便会使我受益非浅。 通过学习 PLC 理论课程后， 在做课程设计能检测我的学习成果和知道自己的不 足，此次设计每个人一个题目。由于平时大家都是学理论，没有过实际设计和调试的 经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我基本学会了 PLC 设计的步聚和基本方法。也锻炼了自己独立做事的能力，怎么去查找资料，怎么 去利用手中的资料，怎么样很好的写一篇 PLC 论文。 在这次设计实践之中，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。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。然后根据程序在实验室进行调试，使其达到预期的程度。 后，依照调试结果写论文。不断的锻炼自己的动手和思维能力。 在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要 做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。 为以后的工作积累了经验，增强了信心。 13 Plc 控制技术课程设计说明书 第八部分：参考文献 [1] 王宗才.机电传动与控制.北京：电子工业出版社.2011:161-295. [2] 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. [3] 张万忠. PLC 应用及维修技术[M]. 北京: 化学工业出版社. 2006: 7-22. [4] 田瑞庭. 可编程控制器应用技术. 机械工业出版社. 1993. [5] 孙振强. 可编程控制器原理及应用教程[M]. 2 版. 北京: 清华大学出版社. 2008: 41-44. [6] 黎虎 , 游有朋 . 基于 PLC 和变频器的直线电机驱动门控制系统 [ 期刊论文 ]. 电机技术 . 2008(4). 14 Plc 控制技术课程设计说明书 指导教师评语： 成绩： 指导教师签字： 年 月 日 15
以上信息由无锡惠斯通电机科技有限公司整理编辑，了解更多步进电机,两相步进电机,混合式步进电机信息请访问http://www.huistong.com