1、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、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。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。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
2、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：五相绕组的接通及断开顺序控制。正转顺序：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB 反转顺序：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB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，最长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控
3、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。第一部分 设计任务和要求 1 1.1 实验目的： 11。2 PLC系统设计内容及步骤 13 五相十拍步进电动机的控制要求： 2第二部分 设计方案 22。1 总体设计方案说明 32 PLC控制系统组成方框图 4第三部分 系统硬件设计 43。1 PLC的选型及硬件配置 42输入输出地址分配 43.3 PLC的控制电路 5第四部分 P
4、LC控制软件设计及调试 54。1 系统程序设计 52实验调试步骤： 114.3调试结果及分析 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第一部分 设计任务和要求1 实验目的：PLC构成五相十拍步进电机模拟控制系统1.2 PLC系统设计内容及步骤 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、控制过程及要求等。确定被控对象及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
5、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
6、。则要包括说明书、电气原理图，电气元件明细表，程序等。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 2.五相步进电动机有五个绕组： A、B、C、D、E ， ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB反转顺序: ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB 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
7、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 设计方案2.1 总体设计方案说明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
8、时性的定时器T246T250。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 PLC控
9、制系统组成方框图 图11 程序结构框图第三部分 系统硬件设计3.1 PLC的选型及硬件配置根据设计要求，可选择-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，导线若干。 3.2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:输入点输出点元件名称符号地址分配启动/停止SB1X1A相绕组AY1低速运行SB2X2B相绕组BY2中速运行SB3X3C相绕组CY3高速运行SB4X4D相绕组DY4正/反转SB5X5E相绕组EY5 表11 PLC外部I/O地址分
10、配表3.3 PLC的控制电路第四部分 PLC控制软件设计及调试 1 系统程序设计 程序梯形图如图11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）.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，
11、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、按照I/O分配表，用实验连接导线将PLC主机模块输入、输出接口及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端口及+24V相连接，将PLC主机模块端口0及实验板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,
12、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调试结果及分析程序编制好了以后，下一个步骤就是调试及分析,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：。仔细分析后才知道，是移位信号
13、的控制出现了一点问题，开始我们用的是M1M10的常闭触点来控制移位信号M0,只有当M1M10十个继电器都失电时，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S7200系列PLC实验实训装置；2.PC机、PC/PPI编程线缆；3.3.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
14、分 结论本次设计研究了PLC控制步进电动机的设计原理及实现方法，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、电缆设计及铺设、PLC输出端保护等问题，以使系统达到安全可靠的工作，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
15、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、排除故障，使运行中的故障率降低到最低水平，保障电动机正常运行.最终,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
16、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
17、.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。最后，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。第八部分：参考文献1 王宗才。机电传动及控制.北京：电子工业出版社。2011:161295.2 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）.指导教师评语：成绩： 指导教师签字： 年 月 日
