基于plc的步進(jìn)電機(jī)控制課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了本實(shí)驗(yàn)旨在完成使用PLC（Programmable Logic Controller）控制步進(jìn)電機(jī)的整步運(yùn)行、正反轉(zhuǎn)運(yùn)行、快慢速運(yùn)行以及定位運(yùn)行。文中指出本次使用的編程思想主要為模塊化設(shè)計(jì)即為完成任務(wù)可對(duì)程序劃分為主程序及子程序。由于步進(jìn)電機(jī)需要脈沖來(lái)運(yùn)行，所以本程序使用PTO高速脈沖輸出脈沖。在定位程序中則應(yīng)用到中

2、斷子程序命令。另外，本文為更好的闡述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加入了與之前完全不同的方式的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在對(duì)比試驗(yàn)中則應(yīng)用計(jì)時(shí)器來(lái)完成步進(jìn)電機(jī)的脈沖產(chǎn)生，另步進(jìn)電機(jī)的各種功能則使用了一般的設(shè)計(jì)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。二者完成完全相同的功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC 步進(jìn)電機(jī) PTO高速脈沖 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1

3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1實(shí)驗(yàn)任務(wù)……………………………………………………………………1</p><p>　　1.2實(shí)驗(yàn)要求 …………………………………………………………………1</p><p>　　2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備…………………………………………………………………………………2</p>

4、<p>　　2.1步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介…………………………………………………………………2</p><p>　　2.2 PLC簡(jiǎn)介………………………………………………………………………2</p><p>　　3 設(shè)計(jì)過(guò)程…………………………………………………………………………………3</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)思想…………………………………………………………

5、………………………3</p><p>　　3.2程序設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………4</p><p>　　4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)…………………………………………………………………12</p><p>　　4.1對(duì)比程序思想…………………………………………………………12</p><p>　　4.2對(duì)比程序……………

6、…………………………………………14</p><p>　　謝辭………………………………………………………………………………15</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………16</p><p><b>　　1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p><b>　　1.1實(shí)驗(yàn)任務(wù)&

7、lt;/b></p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)要求改變PLC脈沖輸出信號(hào)的頻率，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。同時(shí)按下K1、K2、K3按鈕，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行整步運(yùn)行。按下慢/快按鈕，電機(jī)慢/快速運(yùn)行。用PLC輸出脈沖的個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的精確定位。在整步運(yùn)行狀態(tài)下，設(shè)脈沖數(shù)為一固定值，并用計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的精確定位控制。按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作。</p><p><b>　　1

8、.2實(shí)驗(yàn)要求</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)要求使用步進(jìn)電機(jī)。選用的步進(jìn)電機(jī)為二項(xiàng)混合式，供電電壓24VDC，功率30W，電流1.7A，轉(zhuǎn)矩0.35NM，步矩角1.8º/0.9º,并配有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)細(xì)分運(yùn)行，減少震蕩。</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求選用PLC設(shè)計(jì)出輸出頻率可變的控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度、方向、定位、細(xì)分等控制功能。</p

9、><p>　　本設(shè)計(jì)旨在培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。掌握PLC控制的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)方法；掌握PLC控制程序設(shè)計(jì)、調(diào)試的方法。</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備</b></p><p><b>　　2.1步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)又

10、稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其功能是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個(gè)脈沖電信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)到一個(gè)角度或前進(jìn)一步。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量θ或線位移量S與脈沖數(shù)k成正比，在負(fù)載能力范圍內(nèi)這些關(guān)系不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而波動(dòng)。因而可適用于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以在很寬的范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)調(diào)速；能夠快速啟動(dòng)、反

11、轉(zhuǎn)和制動(dòng)。它不需要變換能直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用微型計(jì)算機(jī)控制。</p><p>　　近幾十年來(lái)，數(shù)字技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展為步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。在現(xiàn)代工業(yè)，特別是航空、導(dǎo)彈、無(wú)線電等工業(yè)中，要求加工的機(jī)械零件形狀復(fù)雜，數(shù)量多，精度高，利用人工操作不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，而且要求精度難以達(dá)到。目前，我國(guó)已較多地將步進(jìn)電機(jī)用于機(jī)械加工的數(shù)字程序控制機(jī)床中（即數(shù)控機(jī)床）；在繪圖機(jī)

12、、軋鋼機(jī)的自動(dòng)控制，自動(dòng)記錄儀表和數(shù)模變換等方面也得到很多的應(yīng)用。</p><p><b>　　2.2PLC簡(jiǎn)介</b></p><p>　　國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）1987年2月頒布第三稿，終稿中對(duì)可編程控制器的定義是：</p><p>　　“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)

13、部存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各類(lèi)型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程；而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)相連成一體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?lt;/p><p>　　PLC的發(fā)展大致分為：初級(jí)階段、崛起階段、成熟階段、飛速發(fā)展階段和開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化階段。PLC總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、體積小、容量大、速度快、易使用、性能高，信息化、軟PLC、標(biāo)準(zhǔn)化、與現(xiàn)場(chǎng)總線技

14、術(shù)緊密結(jié)合等方向發(fā)展。</p><p>　　初期的PLC主要在以開(kāi)關(guān)量居多的電氣順序控制系統(tǒng)中使用，但20世紀(jì)90年代后PLC也被廣泛地在流程工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中使用，一直到現(xiàn)在的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，PLC更是其中的主要角色，其應(yīng)用面越來(lái)越廣。PLC之所以被廣泛使用，其主要原因是：價(jià)格低、抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)、編程方便，易于使用、功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短、維護(hù)方便。</p&

15、gt;<p>　　目前PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、制藥、電力、機(jī)械制造、汽車(chē)、批量控制、裝卸、造紙/紙漿、食品/糧食加工、紡織、環(huán)保和娛樂(lè)等行業(yè)。</p><p><b>　　3設(shè)計(jì)過(guò)程</b></p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)思想</b></p><p>　　為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)要求

16、本控制程序采用模塊化設(shè)計(jì)，分為主程序、子程序、和中斷程序。</p><p>　　參數(shù)定義及I\O接口地址分配如下：</p><p><b>　　表1</b></p><p><b>　　1程序完成功能：</b></p><p>　　當(dāng)按下啟停開(kāi)關(guān)是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行燈亮，步進(jìn)電機(jī)以1000ms為周期整步運(yùn)

17、行。</p><p>　　當(dāng)按下正反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)步進(jìn)電機(jī)無(wú)論快慢反向運(yùn)行。</p><p>　　當(dāng)按下快速按鈕時(shí)步進(jìn)電機(jī)以100ms為周期快速運(yùn)行。</p><p>　　當(dāng)按下慢速按鈕時(shí)步進(jìn)電機(jī)以2500ms為周期慢速運(yùn)行。</p><p>　　再次按下啟停按鈕步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行，運(yùn)行燈滅。</p><p><b>

18、;　　圖1</b></p><p><b>　　2程序完成功能：</b></p><p>　　當(dāng)按下啟停按鈕時(shí)步進(jìn)電機(jī)可以運(yùn)行。</p><p>　　當(dāng)按下定位按鈕是步進(jìn)電機(jī)以1000ms為周期運(yùn)行同時(shí)運(yùn)行燈亮，運(yùn)行3步后電機(jī)停止運(yùn)行燈滅。（注：該步可重復(fù)操作。）</p><p>　　再次按下啟停按鈕步進(jìn)電機(jī)

19、徹底停止。</p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　3.2程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)1程序如圖： </p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　程序Network 1與Network 2表

20、示當(dāng)啟停鍵按下，按下快速按鈕由于Network 1中快速常閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)Network 1無(wú)法調(diào)用POTSBR1子程序，同時(shí)Network 2開(kāi)始運(yùn)行子程序POTSBR2由于M0.1的設(shè)計(jì)快速按鈕自鎖POTSBR2實(shí)現(xiàn)持續(xù)的運(yùn)行。同理按下慢速按鈕時(shí)POTSBR2停止POTSBR1開(kāi)始運(yùn)行。快慢按鈕之間互鎖，快慢鍵自身自鎖。</p><p><b>　　圖4</b></p><

21、p>　　Network 3主要負(fù)責(zé)按下啟停按鈕時(shí)運(yùn)行燈亮滅，當(dāng)無(wú)快慢信息輸入時(shí)POTSBR3運(yùn)行，由于M0.0和M0.1兩個(gè)常閉開(kāi)關(guān)，當(dāng)按下快慢任意一鍵時(shí)POTSBR3停止。同時(shí)正反轉(zhuǎn)按鈕按下實(shí)現(xiàn)方向的變化 。</p><p>　　Network 1、2、3為并列的主程序，它們共同控制子程序的調(diào)用及一些基本功能。 </p><p>　　一程序子程序如下圖所示：</p>

22、<p>　　子程序中我們使用PLS Q0.0輸出高速脈沖。高速脈沖串輸出PTO和寬度可調(diào)脈沖輸出PWM都由PLS指令激活輸出。Q0.0的寄存器選用SMB67以及SMB68。SMW67為控制PTO\PWM脈沖輸出的基本功能，控制字節(jié)為16#8D。16#8D意為SM67控制字由低到高8位16進(jìn)制數(shù)為1000 1101即允許脈沖輸出PTO模式下單管線異步更新，以ms為周期單位允許PTO更新輸出脈沖個(gè)數(shù)但脈沖周期不更新。SMW68為周

23、期值。</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　上圖為POTSBR1子程序圖中SMB67為16#8D，SMW68為2500，即將慢速運(yùn)行周期設(shè)定為2500ms當(dāng)調(diào)用該子程序時(shí)PLS由Q0.0輸出周期為2500ms的脈沖。</p><p><b>　　圖6</b></p><p>

24、;<b>　　圖7</b></p><p>　　上兩圖同理將快速脈沖周期定為100ms,正常速周期為1000ms。POTSBR1、2、3三個(gè)子程序分別等待調(diào)用。</p><p>　　由以上主程序及其子程序即可完成，要求中整步運(yùn)行，按下慢\快按鈕，電機(jī)慢\快速運(yùn)行。PLC輸出信號(hào)為驅(qū)動(dòng)器方向電平的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的方向控制。按下正\反轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)正\反轉(zhuǎn)運(yùn)行。運(yùn)行

25、燈指示啟停狀態(tài)。</p><p><b>　　2程序設(shè)計(jì)如圖：</b></p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　Network 1當(dāng)按下啟停按鈕和定位按鈕時(shí)給POTSBR0一個(gè)上升沿將其觸發(fā)，為防止定位后下降沿再次觸發(fā)POTSBR0在定位開(kāi)關(guān)和POTSBR之間加一P開(kāi)關(guān)。</p><

26、;p>　　Network 2當(dāng)按下定位按鈕時(shí)運(yùn)行燈通過(guò)自鎖保持在定位期間始終亮。</p><p>　　Network 1、2為2號(hào)程序的主程序，二者共同保證子程序的調(diào)用及運(yùn)行燈的工作。</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　上圖為2號(hào)程序的子程序。PLS設(shè)置同1號(hào)程序脈沖仍由Q0.0輸出，SMD72定為3意為PLS

27、輸出三個(gè)脈沖后程序停止。中斷程序名為INT_0，ENI開(kāi)中斷。</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　上圖為中斷子程序INT_0當(dāng)脈沖輸出數(shù)為3時(shí)中斷，此時(shí)運(yùn)行燈狀態(tài)清零。</p><p>　　由上兩個(gè)子程序共同完成計(jì)數(shù)中斷從而實(shí)現(xiàn)定位。</p><p><b>　　4對(duì)比試驗(yàn)</

28、b></p><p><b>　　4．1對(duì)比程序思想</b></p><p>　　完成實(shí)驗(yàn)后我們加入了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，此次的實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐?，只是設(shè)計(jì)思路不同。完成主實(shí)驗(yàn)是我們采用了模塊化的設(shè)計(jì)思路，對(duì)完成任務(wù)的程序分為主程序和子程序。而此次的設(shè)計(jì)思路則不分主從，產(chǎn)生脈沖方式則改為計(jì)時(shí)器產(chǎn)生脈沖。</p><p>　　下圖為1任務(wù)程序圖：</

29、p><p><b>　　圖10</b></p><p>　　上圖為一程序運(yùn)行燈與正反轉(zhuǎn)的控制程序，其設(shè)計(jì)與主實(shí)驗(yàn)的程序完全相同。</p><p>　　下圖與上圖在該實(shí)驗(yàn)中并列。下圖為正常速與快慢速運(yùn)行的控制程序。其正常速度周期為1000ms，快速周期為100ms,慢速周期為2500ms。其各狀態(tài)速度同上。</p><p>&

30、lt;b>　　圖11</b></p><p><b>　　下圖為定位程序：</b></p><p><b>　　圖12</b></p><p><b>　　4.2實(shí)驗(yàn)對(duì)比</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)兩次以不同的設(shè)計(jì)思想對(duì)同一任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，體會(huì)到模塊化思想

31、有著極大的優(yōu)越性和先進(jìn)性。在完成相同功能的前提下，模塊化程序設(shè)計(jì)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多人分工同時(shí)進(jìn)行，大大提高了設(shè)計(jì)效率縮短了設(shè)計(jì)周期。在閱讀程序時(shí)，模塊化的程序會(huì)相對(duì)短小，便于閱讀。而PTO產(chǎn)生高速脈沖的方式相比于計(jì)時(shí)器也更為直觀和簡(jiǎn)便。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　本次專(zhuān)業(yè)課程實(shí)踐已經(jīng)到了尾聲，感激之情溢于言表。從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順

32、利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！</p><p>　　回想實(shí)踐這幾個(gè)周的經(jīng)過(guò)，我感慨頗多。剛接觸到實(shí)踐題目，大家都是一臉的迷茫不知如何開(kāi)始。感謝姚老師，他為我們解答實(shí)踐過(guò)程中的難點(diǎn)，并悉心的指導(dǎo)的我的操作。在此我向姚老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。同時(shí)我還要感謝同組的同學(xué)們，感謝大家在我遇到困難和疑惑時(shí)真誠(chéng)的幫助我、支持我。感謝學(xué)校給我們提供的方便條件開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室給我

33、們進(jìn)行課題。我要感謝在我人生中最美麗的四年里出現(xiàn)并給予我無(wú)私幫助的所有人，我向你們致以最誠(chéng)摯的謝意！感謝你們！在論文即將完成之際我在這里再一次感謝我的導(dǎo)師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。感謝我的同學(xué)們對(duì)我的幫助和指點(diǎn)。沒(méi)有他們的幫助和提供資料對(duì)于我一個(gè)并沒(méi)有明確思路和扎實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)的人來(lái)說(shuō)要想在短短的幾天的時(shí)間里充分理解并且靈活運(yùn)用PLC知識(shí)并完成論文是幾乎不可能的

34、事情。非常感謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王永華．現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[2] 陳隆昌 閻治安 劉新正.控制電機(jī)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2011.</p><p>　　[3]