五相十拍步进电动机控制课程设计

五相十拍步进电动机控制课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 西门子PLC课程设计 题目:五相十拍步进电动机控制设计与调试 姓名: 班级: 学号: 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 格式 设计说明 设计图纸 科技文献分析 其它 平时 总评 (20分) (20分) (20分) (20分) (10分) {10分} (100分) 五相十拍步进电动机PLC控制设计与调试 目录 摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 第一章 引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 第二章 系统总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.1程序设计的基本思路„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 2.2五相步进电动机的控制要求„„„„„„„„„„„„„„„4 2.3方案原理分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.3.1 功能要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 2.3.2 性能要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 第三章 PLC控制系统设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6 3(1输入输出编址„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3.2选择PLC类型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3.3 PLC外部接线图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.4 控制流程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.5 梯形图程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.5.1 步进控制设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 3.5.2 梯形图设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 3.6 语句表„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 3.7主电路图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 3.7电机正反转控制图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 3.9元件清单„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 3.10元件布置图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 19 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 20 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 附录一„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 附录二„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23 2 江西理工大学应用科学学院课程设计 摘要 步进电机是一种控制精度极高的电机, 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。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。在实际应用中表明此设计是合理有效的。 关键词: PLC;梯形图;元件清单;五相十拍步进电机 3 五相十拍步进电动机PLC控制设计与调试 第一章 引言 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。 4 江西理工大学应用科学学院课程设计 第二章 系统总体方案设计 2.1程序设计的基本思路 在进行程序设计时，首先应明确对象的具体控制要求。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SIMATIC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。 2.2五相步进电动机的控制要求: 1(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 2(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 号开关控制其低速运行 (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 )。 2. 3方案原理分析 2.3.1 功能要求 对五相六拍步进电机的控制，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，正反转可随时不停机切换; (3) 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; 5 五相十拍步进电动机PLC控制设计与调试 2.3.2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。 6 江西理工大学应用科学学院课程设计 第三章 PLC控制系统设计 3(1输入输出编址 控制步进电机的个输入开关及控制A、B、C、D、E五相绕组工作的输出端在PLC中的I/O编址如表1所示。 表1 I/O地址分配表 输入点 输出点 元件名称 符号 地址编码 元件名称 符号 地址编码 SB1 I0.0 A Q0.0 启/停开关 A绕组 SB2 I0.1 B Q0.1 0.5s低速运行开关 B绕组 SB3 I0.2 C Q0.2 0.1s中速运行开关 C绕组 SB4 I0.3 D Q0.3 0.03s高速运行开关 D绕组 QS I0.4 E Q0.4 控制转向开关 E绕组 3.2选择PLC类型 根据上图的I/O分配表通过查阅手册选择S7-200 CPU222基本单元(8入/6出)1台 3.3 PLC外部接线图 PLC外部接线图的输入输出设备、负载电源的类型等的设计就结合系统的控制要求来设定。步进电动机采用五相十拍控制外部接线图如图3—1所示。 7 五相十拍步进电动机PLC控制设计与调试 CPU222 1M1L SB1AI0.0Q0.0 SB2BI0.1Q0.1 SB3CI0.2Q0.2 SB4I0.3 2M 2L QSDI0.4Q0.3 EI0.5Q0.4 I0.6Q0.5 I0.7 M N FU220V AC L+ DC24VL1 图3—1步进电动机采用五相十拍控制外部接线图 3.4 控制流程图 由于上述具体控制要求，可作出步进电机在运行时的程序框图，如图3—2所示。以工作框图为基本依据，结合考虑控制的具体要求，首先可将梯形图程序分为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;模块3:正转、反转;模块4:移位控制功能模块;模块:5:A、B、C、D、E五相绕组对象控制。然后，将各模块进行连接，最后经过调试、完善、实现控制要求。 8 江西理工大学应用科学学院课程设计 开始 首次选择步进速度 启/停 正转或反转 位移寄存器赋初值 低中高 速 速 速 发出位移脉冲 执行位移 位移输出控制电机步进 N 十拍计数 Y 图3—2 控制流程图 9 五相十拍步进电动机PLC控制设计与调试 3.5 梯形图程序设计 3.5.1 步进控制设计 采用移位指令进行步进控制。首先指定移位寄存器MW0，按照五相十拍的步进顺序，移位寄存器的初值见表2。 表2 移位寄存器初值 M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.1 M0.0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 每右移1位，电机前进一个布局角(一拍)，完成十拍后重新赋初值 其中M1.2、M1.3、M1.4、M1.5、M1.6和M1.7始终为“0”。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，如表3.1、3.2所示。从而得出五相绕组的控制逻辑关系式: 正转时 A相 Q0.0=M1.1+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0 B相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.7+M0.1+M0.0 C 相Q0.2=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.5 D相 Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5+M0.4+M0.3 E相 Q0.4= M0.5+M0.4+M0.3+M0.2+M0.1 反转时 A相 Q0.0=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.0 B相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.2+M0.1+M0.0 C相 Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0 D相 Q0.3=M0.6+M0.5+M0.4+M0.3+M0.2 E相 Q0.4=M1.0 +M0.7+M0.6+M0.5+M0.4 10 江西理工大学应用科学学院课程设计 表3.1 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表(正转) 移位寄存器MW0 正转 M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.0 A B C D E 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 表3.2 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表(反转) 移位寄存器MW0 反转 M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.0 A B C D E 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 11 五相十拍步进电动机PLC控制设计与调试 3.5.2 梯形图设计 启停使用单按钮控制。梯形图设计如下，首先，按SB2(SB3或SB4)初次选择一种步进速度， 五相步进电动机的速度由定时器T33控制，把三个值50、10、3分别送到VW100可得到低速、中速、高速三种速度。再按SB1，M2.0得电，移位寄存器赋初值，电机开始转动，且定时器开始计时，到设定值时，T33得电动作，移位寄存器值右移一位，C21计数一次，然后T33重新计时。计数十次后动作C21使移位寄存器重新赋值，依次循环。QS控制正反转，ON时I0.4得五相步进电动机正转，OFF时 I0.4失电五相步进电动机为反转。再按一下SB1，C20动作，M20失电，C21复位电机停止转动。 12 江西理工大学应用科学学院课程设计 13 五相十拍步进电动机PLC控制设计与调试 14 江西理工大学应用科学学院课程设计 15 五相十拍步进电动机PLC控制设计与调试 16 江西理工大学应用科学学院课程设计 17 五相十拍步进电动机PLC控制设计与调试 3.6 语句表 18 江西理工大学应用科学学院课程设计 3.7主电路图 3.8电机正反转控制图 19 五相十拍步进电动机PLC控制设计与调试 3.9元件清单 控制主电路器件清单 序号 符号 名称 型号 单位 数量 单价 总价(元) 1 CPU222XP PLC 6ES7214-2BD23-0XB8 台 1 1900 1900 2 M 步进电机 86BYGH5430 台 1 360 360 3 FU 熔断器 rm10 个 2 3.9 7.8 4 SB 按钮开关 la19-11d 个 5 2.6 13 5 QS 刀开关 HD11F-100A/38 个 1 50 50 6 KM 交流接触器 CJX2-0901 个 2 20.5 41 7 KT 时间继电器 H3Y-2 个 4 12.5 50 8 FR 断路器 5SJ6320-7CC20 个 1 105.3 105.3 3.10 元件布置图 20 江西理工大学应用科学学院课程设计 总结 在本次设计中，我需要的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。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 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 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。 21 五相十拍步进电动机PLC控制设计与调试 参考文献 [1]程子华，PLC原理与实例分析.北京:国防工业出版社，2006 2]廖常初，PLC编程及应用.北京: 机械工业出版社，2005 [ [3]高钦和，可编程控制器应用技术及其设计实例.北京:高等教育出版社，2004 [4]李缓，PLC原理与应用.北京:北京邮电大学出版社，2005 [5] 林明星，电气控制及可编程序控制器[M ].北京:机械工业出版社，2004 [6] 周淑珍、高鸿斌, PLC分析与设计应用.北京:电子工业出版社，2004 [7] 王玉中, 电气控制及PLC应用技术.河南:河南科学技术出版社，2006 [8] 张新军,电气控制与PLC技术及应用.济源:济源职业技术学院出版社，2006 [9] 张进秋主编.可编程控制器原理及应用实例[M].北京:机械工业出版社，2004 [10] 江秀汉、汤楠主编.可编程序控制器原理及应用.西安:西安电子科技大学出版，200 [11] 阮友德 电气控制与PLC实训教程 人民邮电出版社 [12] 李俊秀 可编程控制器应用技术 化学工业出版社 [13] 陈新华主编.电工技术与可编程序控制器实践.北京:机械工业出版社，2002 22 江西理工大学应用科学学院课程设计 附录一 对PLC对步进电机的控制期刊的分析与想法 PLC对步进电机的控制的期刊见附录二 通过阅读该期刊，PLC对步进电机的控制由PLC控制驱动电路，在由驱动电路控制步进电机的转数，继而驱动负载。通过调节步进电机的频率来控制其转数，也可调节输人脉冲的周期就可以控制步进电机的运动速度。可以根据步进电机的输出位移量确定PLC输出的脉冲个数，即可实现对步进电机的步数控制。基本上可以达到无级调速，该期刊采用三菱PLC控制，然而我们可以采用西门子s7-200实现控制。 大体思路及其方法如下: 步进电机控制系统的结构框图如图所示。主要由人机界面、PLC控制器、步进电机驱动器及步进电机组成。 由于步进电机本身的结构特性决定了它要实现高速运转必须有加速过程。如果启动时突然加载高频脉冲，电机会产生啸叫、失步、甚至不能启动。在停止阶段也是这样的，当高频突降到零时，电机也会产生啸叫和振动。所以在加速和停止时，都必须有一个加速和减速阶段。 我的具体做法为:首先控制步进电机，使之稳步启动，然后高速运动(电机正常工作时的速度)，到达指定位置，减速之后低速运行一段时间，然后停止。后退过程同与前进过程相同，电机工作过程如图所示: 控制系统中PLC用来产生控制脉冲;通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲，控制步进电机的转角进而控制伺服机构的进给量;同时通过编程控制脉冲频率。采用驱动器对输出脉冲进行放大。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 23 五相十拍步进电动机PLC控制设计与调试 绕组的通电顺序实现。 采用s7-200的优点:PLC脉冲控制步进电机技术应用于中、小功率牵引设备中，具有控制简单、稳定、成本低等特点。如果在系统中加上保护电路及防干扰措施，还可提高系统的稳定。 24