五相十拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制課程設(shè)計(jì) (2)

1、<p>　　西門子PLC畢業(yè)設(shè)計(jì)</p><p>　　題目：五相十拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制設(shè)計(jì)</p><p>　　姓名： </p><p>　　班級(jí)： 機(jī)電09-1班 </p><p>　　學(xué)號(hào)：

2、 </p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種控制精度極高的電機(jī), 在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有快速起停、精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，所以常用作工業(yè)過(guò)程控制及儀器儀表的控制元件?；赑LC控制的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，參數(shù)設(shè)計(jì)置靈活等優(yōu)點(diǎn)。矩角特性是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)一個(gè)很重要的參數(shù)，矩角特性好，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩就

3、大，運(yùn)行不易失步。改善矩角特性一般通過(guò)增加步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行拍數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文主要是介紹采用可編程控制器(PLC) 對(duì)五相十拍步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制的設(shè)計(jì)原理及方法進(jìn)行分析。本文詳細(xì)的介紹了用PLC控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的原理，及硬件和軟件設(shè)計(jì)方法。其內(nèi)容主要包括I/O地址分配、PIC外部接線圖、控制流程圖、梯形圖以及語(yǔ)句表。本文設(shè)計(jì)過(guò)程中使用了十六位移位寄存器，大大簡(jiǎn)化了程序的設(shè)計(jì)，使程序更間湊，方便了設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中表明此設(shè)計(jì)是合理有效的。<

4、/p><p>　　關(guān)鍵詞: PLC、五相十拍步進(jìn)電機(jī)、梯形圖、指令表</p><p><b>　　第一章引言</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是電氣自動(dòng)化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)和精密機(jī)械等領(lǐng)域。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有快速起停、精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，所以常用作工業(yè)過(guò)程控制及儀器儀表的控制元件。目前，比較典型的控制方法是

5、用單片機(jī)產(chǎn)生脈沖序列來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)。但采用單片機(jī)控制，不僅要設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制程序和I/O接口電路，實(shí)現(xiàn)比較麻煩。基于PLC控制的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，參數(shù)設(shè)計(jì)置靈活等優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于對(duì)精度要求比較高的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，如機(jī)器人、打印機(jī)、軟盤驅(qū)動(dòng)器、繪圖儀、機(jī)械閥門控制器等。矩角特性是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)一個(gè)很重要的參數(shù)，矩角特性好，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩就大，運(yùn)行不易失步。改善矩角特性一般通過(guò)增加步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行拍數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</

6、p><p>　　下面介紹一種基于PLC的步進(jìn)電機(jī)PTO控制的方法。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1程序設(shè)計(jì)的基本思路</p><p>　　在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)明確對(duì)象的具體控制要求。由于CPU對(duì)程序的串行掃描工作方式，會(huì)造成輸入輸出的滯后，而由掃描方式引起的滯后時(shí)間，最長(zhǎng)可達(dá)兩個(gè)掃描周期，程序越長(zhǎng)，這

7、種滯后越明顯，則控制精度就越低。因此，在實(shí)現(xiàn)控制要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)使程序盡量簡(jiǎn)潔﹑緊湊。另一方面，同一控制對(duì)象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時(shí)序會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)，要求程序修改方便、簡(jiǎn)單，即要求程序有較好的柔性。以SIMATIC移位指令為步進(jìn)控制的主體進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，可較好的滿足上述設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2.2五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制要求：</p><p>　　1．五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

8、有五個(gè)繞組: A、B、C、D、E ,</p><p>　　正轉(zhuǎn)順序: ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB</p><p>　　反轉(zhuǎn)順序: ABC←BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB</p><p>　　2．用五個(gè)開(kāi)關(guān)控制其工作：</p><p>　　1 號(hào)開(kāi)關(guān)控制其運(yùn)行 ( 啟 /

9、停 )。</p><p>　　2 號(hào)開(kāi)關(guān)控制其低速運(yùn)行 (轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需 0.5 秒)。</p><p>　　3 號(hào)開(kāi)關(guān)控制其中速運(yùn)行 (轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需 0.1 秒)。</p><p>　　4 號(hào)開(kāi)關(guān)控制其低速運(yùn)行 (轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需 0.03 秒)。</p><p>　　5 號(hào)開(kāi)關(guān)控制其轉(zhuǎn)向 ( ON 為正轉(zhuǎn)，OFF 為反轉(zhuǎn) )。<

10、;/p><p>　　2. 3方案原理分析</p><p>　　2.3.1 功能要求</p><p>　　對(duì)五相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制，主要分為兩個(gè)方面：五相繞組的接通與斷開(kāi)順序控制。正轉(zhuǎn)順序：ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB 反轉(zhuǎn)順序：ABC←BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB以及每個(gè)步距角的行進(jìn)速度。圍繞這兩

11、個(gè)主要方面，可提出具體的控制要求如下：</p><p><b>　　可正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；</b></p><p>　　運(yùn)行過(guò)程中，正反轉(zhuǎn)可隨時(shí)不停機(jī)切換；</p><p>　　步進(jìn)三種速度可分為高速（0.05S），中速（0.3S）,低速（0.5S）三檔，并可隨時(shí)手控變速；</p><p><b>　　2.3.2性能要

12、求</b></p><p>　　在實(shí)現(xiàn)控制要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)使程序盡量簡(jiǎn)潔﹑緊湊。另一方面，同一控制對(duì)象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時(shí)序會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)，要求程序修改方便、簡(jiǎn)單，即要求程序有較好的柔性。</p><p>　　第三章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3．1輸入輸出編址</b></p>

13、;<p>　　控制步進(jìn)電機(jī)的個(gè)輸入開(kāi)關(guān)及控制A、B、C、D、E五相繞組工作的輸出端在PLC中的I/O編址如表1所示。</p><p>　　表1 I/O地址分配表</p><p>　　3.2選擇PLC類型</p><p>　　根據(jù)上圖的I/O分配表通過(guò)查閱手冊(cè)選擇S7-200 CPU222基本單元（8入/6出）1臺(tái)</p><p&g

14、t;　　3.3 PLC外部接線圖</p><p>　　PLC外部接線圖的輸入輸出設(shè)備、負(fù)載電源的類型等的設(shè)計(jì)就結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來(lái)設(shè)定。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用五相十拍控制外部接線圖如圖3—1所示。</p><p>　　圖3—1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用五相十拍控制外部接線圖</p><p><b>　　3.4 控制流程圖</b></p><p&

15、gt;　　由于上述具體控制要求，可作出步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)的程序框圖，如圖3—2所示。以工作框圖為基本依據(jù)，結(jié)合考慮控制的具體要求，首先可將梯形圖程序分為4個(gè)模塊進(jìn)行編程，即模塊1：步進(jìn)速度選擇；模塊2：起動(dòng)、停止；模塊3：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；模塊4：移位控制功能模塊；模塊:5：A、B、C、D、E五相繞組對(duì)象控制。然后，將各模塊進(jìn)行連接，最后經(jīng)過(guò)調(diào)試、完善、實(shí)現(xiàn)控制要求。</p><p><b>　　N</b

16、></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖3—2 控制流程圖</p><p>　　3.5 梯形圖程序設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1 步進(jìn)控制設(shè)計(jì)</p><p>　　采用移位指令進(jìn)行步進(jìn)控制。首先指定移位寄存器MW0，按照五相十拍的步進(jìn)順序，移位寄存器的初值見(jiàn)

17、表2。</p><p>　　表2 移位寄存器初值</p><p>　　每右移1位，電機(jī)前進(jìn)一個(gè)布局角（一拍），完成十拍后重新賦初值</p><p>　　其中M1.2、M1.3、M1.4、M1.5、M1.6和M1.7始終為“0”。據(jù)此，可作出移位寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)繞組的狀態(tài)真值表，如表3.1、3.2所示。從而得出五相繞組的控制邏輯關(guān)系式：</p>

18、;<p><b>　　正轉(zhuǎn)時(shí)</b></p><p>　　A相 Q0.0=M1.1+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0</p><p>　　B相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.7+M0.1+M0.0</p><p>　　C 相Q0.2=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.5</p><p&g

19、t;　　D相 Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5+M0.4+M0.3</p><p>　　E相 Q0.4= M0.5+M0.4+M0.3+M0.2+M0.1</p><p><b>　　反轉(zhuǎn)時(shí)</b></p><p>　　A相 Q0.0=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.0</p><p>　　B相 Q0

20、.1=M1.1+M1.0+M0.2+M0.1+M0.0</p><p>　　C相 Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0</p><p>　　D相 Q0.3=M0.6+M0.5+M0.4+M0.3+M0.2</p><p>　　E相 Q0.4=M1.0 +M0.7+M0.6+M0.5+M0.4</p><p>　　表3.1

21、 移位寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)繞組狀態(tài)真值表（正轉(zhuǎn)）</p><p>　　表3.2 移位寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)繞組狀態(tài)真值表（反轉(zhuǎn)）</p><p>　　3.5.2 梯形圖設(shè)計(jì)</p><p>　　啟停使用單按鈕控制。梯形圖設(shè)計(jì)如下，首先，按SB2(SB3或SB4)初次選擇一種步進(jìn)速度， 五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度由定時(shí)器T33控制，把三個(gè)值50、10、3分別送到V

22、W100可得到低速、中速、高速三種速度。再按SB1，M2.0得電，移位寄存器賦初值，電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，且定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，到設(shè)定值時(shí)，T33得電動(dòng)作，移位寄存器值右移一位，C21計(jì)數(shù)一次，然后T33重新計(jì)時(shí)。計(jì)數(shù)十次后動(dòng)作C21使移位寄存器重新賦值，依次循環(huán)。QS控制正反轉(zhuǎn)，ON時(shí)I0.4得五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，OFF時(shí) I0.4失電五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為反轉(zhuǎn)。再按一下SB1，C20動(dòng)作，M20失電，C21復(fù)位電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。</p>&

23、lt;p><b>　　3.6 語(yǔ)句表</b></p><p><b>　　3.7主電路圖</b></p><p>　　3.8電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制圖</p><p><b>　　3.9元件清單</b></p><p>　　3.10 元件布置圖</p><p&g

24、t;<b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　機(jī)電控制技術(shù)是一門側(cè)重應(yīng)用方向的學(xué)科。所以要多一點(diǎn)實(shí)踐。不要看不起小的項(xiàng)目，在其中你能總結(jié)出設(shè)計(jì)程序的邏輯思維方法，總結(jié)中不斷進(jìn)步。</p><p>　　在學(xué)完P(guān)LC理論課程后我們做了課程設(shè)計(jì)，此次設(shè)計(jì)以分組的方式進(jìn)行，每組有一個(gè)題目。由于平時(shí)大家都是學(xué)理論，沒(méi)有過(guò)實(shí)際開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，拿到的時(shí)候都不知道怎么做。但通

25、過(guò)各方面的查資料并學(xué)習(xí)。我們基本學(xué)會(huì)了PLC設(shè)計(jì)的步聚和基本方法。分組工作的方式給了我與同學(xué)合作的機(jī)會(huì)，提高了與人合作的意識(shí)與能力。</p><p>　　通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對(duì)PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒(méi)有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知道的撐握都是思想上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我了解到，PLC并不是一門單一的編程技

26、術(shù)，它是一門系統(tǒng)專業(yè)課程。PLC可以廣義的認(rèn)為是一臺(tái)背嵌入操作系統(tǒng)的高可靠性PC機(jī)。首先需要精深PLC本身的編程語(yǔ)言梯形圖、語(yǔ)句表語(yǔ)言。達(dá)到這個(gè)水平你只能讀懂編好的程序，并可以設(shè)計(jì)一些工程需要程序。在一些大型程序中還需要用到數(shù)據(jù)庫(kù)的知識(shí)，PLC入門很快但要不斷進(jìn)取努力。</p><p>　　通過(guò)合作，我們的合作意識(shí)得到加強(qiáng)。合作能力得到提高。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒(méi)有過(guò)深入的交流，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們用了分工與合作

27、的方式，每個(gè)人互責(zé)一定的部分，同時(shí)在一定的階段共同討論，以解決分工中個(gè)人不能解決的問(wèn)題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見(jiàn)，同時(shí)我們還向別的同學(xué)請(qǐng)教。在此過(guò)程中，每個(gè)人都想自己的方案得到實(shí)現(xiàn)，積極向同學(xué)說(shuō)明自己的想法。能過(guò)比較選出最好的方案。在這過(guò)程也提高了我們的表過(guò)能力。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們還得到了老師的幫助與意見(jiàn)。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，不是每一個(gè)問(wèn)題都能自己解決，向老師請(qǐng)教或向同學(xué)討論是一個(gè)很好的

28、方法，不是有句話叫做思而不學(xué)者殆。做事要學(xué)思結(jié)合。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　設(shè)計(jì)過(guò)程中我的指導(dǎo)老師給予了我很大的指導(dǎo)和幫助，在此我首先表示感謝。</p><p>　　本課題在選題及研究過(guò)程中老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精

29、神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識(shí)、開(kāi)闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。在他的引導(dǎo)下，我認(rèn)識(shí)了有了設(shè)計(jì)的思路，極大的開(kāi)拓了我的學(xué)術(shù)視野，也為本篇設(shè)計(jì)打下了理論基礎(chǔ)。</p><p>　　在這次設(shè)計(jì)中老師又給我提出了許多寶貴的意見(jiàn)。雖然我遇到了許多困難，但是我及時(shí)的和老師討論這些問(wèn)題，最終問(wèn)題都迎刃而解了。減少了我在這次設(shè)計(jì)中的困惑和完成時(shí)間。在論文撰寫方面更是給

30、予了方向性的指導(dǎo)和建設(shè)性的意見(jiàn)和建議。</p><p>　　最后感謝在大學(xué)三年半期間，傳授我知識(shí)的老師們，感謝在學(xué)習(xí)和生活上給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們，沒(méi)有他們的幫助就沒(méi)有我今天的成績(jī)。經(jīng)過(guò)兩周的學(xué)習(xí)，本次課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)在校學(xué)生，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，畢竟這次設(shè)計(jì)是我第一次進(jìn)行電氣全面和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，疏漏和不足之處在所難免，可能存在許多細(xì)節(jié)未做到及時(shí)處理，請(qǐng)老師指正，以幫助我不斷提高，

31、不斷進(jìn)步。我相信通過(guò)這次全面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及在這個(gè)過(guò)程中各位老師的不斷點(diǎn)撥，在今后的工作中我一定會(huì)做到更好。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]張萬(wàn)忠，劉明芹.電氣與plc控制技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[2]程子華，PLC原理與實(shí)例分析.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2006</

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