基于PLC的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書題 目：基于plc的步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系 名： 信息工程系 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化1093 姓 名： 李圣軍 學(xué) 號(hào)： 10212409317 指導(dǎo)教師： 喬志剛 2012 年 1 月 6 日前言3課程任務(wù)書41.設(shè)計(jì)目的 72.設(shè)計(jì)要求 73.控制要求94.plc輸入輸出接線圖 105.編程元件地址分配表106.硬件組態(tài)117.控制程序7.1線性化控制程序設(shè)計(jì)127.2結(jié)構(gòu)化控制程序設(shè)計(jì)178. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析219. 結(jié)束語2210.參考文獻(xiàn)24課程設(shè)計(jì)評(píng)分表25前言可編程控制器是電氣控制技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)?？删幊炭刂破鳛椤白詣?dòng)化和電氣工程

2、及其自動(dòng)化”專業(yè)的一門重要專業(yè)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握工廠電氣控制設(shè)備技術(shù)和可編程控制器的使用、分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)生產(chǎn)過程中的控制電路，掌握其使用方法。課程設(shè)計(jì)以培養(yǎng)工程應(yīng)用能力為主，在獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)的同時(shí)，還要進(jìn)行諸方面能力的培養(yǎng)和提高，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。這些能力包括：n 獨(dú)立工作能力；n 綜合運(yùn)用所學(xué)過的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，提高解決工程應(yīng)用問題的能力；n 運(yùn)用各種現(xiàn)代化手段，獲取相關(guān)資料的能力；n 調(diào)試程序的能力；n 工程繪圖的能力；n 編寫技術(shù)資料的能力；n 創(chuàng)新能力。plc課程設(shè)計(jì)的主要目的，是通過對(duì)某個(gè)簡單的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、某條簡單的自動(dòng)化生產(chǎn)線、某些簡單的工藝過程的調(diào)

3、查研究，使學(xué)生明確生產(chǎn)工藝對(duì)電氣控制提出的各項(xiàng)要求。根據(jù)這些要求，進(jìn)行plc控制系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)、硬件配置及軟件編程設(shè)計(jì)。通過不斷地調(diào)試和完善程序來滿足生產(chǎn)工藝的要求。本課程設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)的備選課題。通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步熟悉plc控制系統(tǒng)的應(yīng)用，并培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路及方法。課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 李圣軍 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化 1093 指導(dǎo)教師： 喬志剛 工作單位：信息工程系自動(dòng)控制教研室 題目： 基于plc的步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一初始條件1. 給出步進(jìn)電機(jī)的基本工作原理、工作方式及其控制方法；2. 給出實(shí)際調(diào)試用步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)放大電路原理圖；3. 給出

4、用于系統(tǒng)調(diào)試用的s7-300plc、計(jì)算機(jī)、調(diào)試用步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)放大電路；4. 給出plc的編程軟件step 7。二要求完成的主要任務(wù)1. 設(shè)計(jì)要求 根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書給出的步進(jìn)電機(jī)工作原理、工作方式及其控制方法，設(shè)計(jì)plc控制系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)： 在步進(jìn)電機(jī)的單四拍、雙四拍、單雙八拍工作方式中至少選擇一種工作方式進(jìn)行控制。 能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)和停止、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)及改變轉(zhuǎn)速。（詳細(xì)控制要求見課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書） 要求用線性化編程和結(jié)構(gòu)化編程兩種編程方法來實(shí)現(xiàn)該控制邏輯。在結(jié)構(gòu)化編程中，同一種通電方式的正反轉(zhuǎn)使用同一個(gè)fc，在ob1中調(diào)用同一個(gè)fc實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。2. 說明書撰寫要求u 內(nèi)容要求一般

5、要求包括如下內(nèi)容： 目錄編制課程設(shè)計(jì)的目錄，目錄的各級(jí)標(biāo)題按照章節(jié)順序排列，最多列到三級(jí)標(biāo)題即可，如1.1.1。 引言課程設(shè)計(jì)正文前的簡短介紹。包括本課題的設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)的主要過程及主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容。 電路設(shè)計(jì)要求畫出plc的輸入/輸出接線圖。 plc硬件組態(tài)要求列出硬件組態(tài)表。 plc編程元件的地址分配首先對(duì)輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行地址分配，然后對(duì)其他編程元件也進(jìn)行地址分配，如位存儲(chǔ)器m，定時(shí)器t，計(jì)數(shù)器c等。編程中要使用符號(hào)地址，所以在ob1中要編輯符號(hào)表（包括輸入繼電器、輸出繼電器、定時(shí)器及位存儲(chǔ)器（或叫輔助繼電器），在fc1中要編輯變量聲明表。 編寫控制程序要求： 編寫線性化程序； 在結(jié)構(gòu)化編程

6、中分別編制ob1和fc1； 在程序段中添加注釋。 程序調(diào)試說明對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的主要問題及解決方法、調(diào)試過程及方法、在調(diào)試過程中對(duì)對(duì)原設(shè)計(jì)程序做了哪些有意義的改進(jìn)及調(diào)試的結(jié)果幾方面進(jìn)行闡述。 結(jié)束語對(duì)本課程設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，寫出設(shè)計(jì)中的體會(huì)。 主要參考文獻(xiàn)寫出完成設(shè)計(jì)任務(wù)過程中參考的主要參考文獻(xiàn)，注意參考文獻(xiàn)的格式。u 格式要求1. 紙張格式：要求統(tǒng)一用a4紙打印，頁面設(shè)置上空2.5cm，下空2.0cm，左空2.5cm，右空2.0cm）：2. 正文層次：正文內(nèi)容層次序號(hào)為：1、1.1、1.1.1，其中正文標(biāo)題；一級(jí)標(biāo)題1.（黑體小2號(hào)加粗），二級(jí)標(biāo)題1.1（黑體小三號(hào)），三極標(biāo)題1.1.1（黑體小四號(hào)

7、）。正文內(nèi)容格式：宋體五號(hào)，1.25倍行距。3. 參考文獻(xiàn)格式：參考文獻(xiàn)不少于5個(gè)，并應(yīng)按文獻(xiàn)號(hào)、作者、文獻(xiàn)題名、出版地：出版社和出版年等順序書寫。如：1 戴軍，袁惠新.膜技術(shù)在含油廢水處理中的應(yīng)用.膜科學(xué)與技術(shù)，2002.4. 圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、流程圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)徒手畫，必須采用計(jì)算機(jī)輔助繪圖。圖序及圖名置于圖的下方；表序及表名置于表的上方；圖表一律采用采用阿拉伯?dāng)?shù)字連續(xù)編號(hào)。u 裝訂順序設(shè)計(jì)報(bào)告按照如下順序裝訂：封面任務(wù)書目錄正文參考文獻(xiàn)評(píng)分表。三時(shí)間安排序號(hào)階段內(nèi)容時(shí)間安排地點(diǎn)1課前輔導(dǎo)12月31日1-2節(jié)1-2072組合設(shè)計(jì)小組，查閱資料，擬定設(shè)計(jì)方案12月

8、31日自定3硬件設(shè)計(jì)、地址分配、控制程序設(shè)計(jì)1月1日1月3日自定4系統(tǒng)調(diào)試（注：設(shè)計(jì)及調(diào)試過程中請(qǐng)同學(xué)們將自己設(shè)計(jì)的項(xiàng)目資料保存在u盤中，以便完成設(shè)計(jì)報(bào)告及答辯查驗(yàn)）1月4日1月5日4-4145答辯1月6日4-414指導(dǎo)老師簽字： 2011 年12 月27 日系主任簽字：1、設(shè)計(jì)目的 了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理及步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制原理。 綜合應(yīng)用所學(xué)plc知識(shí)設(shè)計(jì)基于plc的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)； 通過自行編程調(diào)試掌握plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。2、步進(jìn)電機(jī)原理簡述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將數(shù)字式電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的機(jī)電元件，每一個(gè)脈沖信號(hào)可以使步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步，轉(zhuǎn)過的角度與控制脈沖的個(gè)數(shù)呈嚴(yán)格的正

9、比關(guān)系。其運(yùn)行速度與控制脈沖頻率呈嚴(yán)格的正比關(guān)系，正是這個(gè)特點(diǎn)，使其可以和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合，成為比較理想的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)主要應(yīng)用于開環(huán)位置控制系統(tǒng)中。目前步進(jìn)電機(jī)在數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、鐘表、包裝機(jī)械、食品機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。以二相步進(jìn)電機(jī)為例，定子上有兩組相對(duì)的磁極，每對(duì)磁極纏有同一繞組，形成一相。定子和轉(zhuǎn)子上分布著大小、間距相同的多個(gè)小齒。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)某一相通電形成磁場后，在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)行推動(dòng)到最大磁導(dǎo)率（或最小磁阻）的位置。步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，對(duì)于一個(gè)m相n拍的步進(jìn)電機(jī)來說，每走完n拍，轉(zhuǎn)子就

10、轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角，所以齒距角與步距角的關(guān)系為：從控制原理上，步進(jìn)電機(jī)可以分為反應(yīng)式、永磁式和混合式步進(jìn)電機(jī)三大類；按照控制繞組的相數(shù)可以分為兩相、三相、四相。 本設(shè)計(jì)中涉及到的步進(jìn)電機(jī)主要參數(shù) 相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極n、s磁場的激磁線圈對(duì)數(shù)，用表示。 拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，或指步進(jìn)電機(jī)走過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，用表示。 齒距角：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上均勻地分布著許多小齒，相鄰兩個(gè)小齒的中心線間的角度稱為齒距角，用表示。步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角位移，用表示。 本設(shè)計(jì)中用到的步進(jìn)電機(jī)本設(shè)計(jì)中用到的步進(jìn)電機(jī)為兩相步進(jìn)電機(jī)。該步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子共有50個(gè)齒，所以齒距角為7

11、.2。電機(jī)每相電流為0.2a，相電壓為5v。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)中用到的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路圖如圖1所示圖 1 兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖圖中tl1tl6對(duì)應(yīng)的是面板上的插孔。圖中標(biāo)注的a及，b及分別表示步進(jìn)電機(jī)的定子的兩相繞組的四個(gè)端子。 兩相步進(jìn)電機(jī)的通電方式：單四拍通電方式：每次只有一相繞組通電，四拍構(gòu)成一定循環(huán)。兩相繞組按照aba的次序輪流通電。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子齒距。 雙四拍通電方式：每次有兩相繞組同時(shí)通電，兩相控制繞組按abbaab的次序輪流通電。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與單四拍相等都是轉(zhuǎn)子齒距，但與單四拍的空間定位不重合。 單、雙八拍的通電方式：上兩種通電方式的循環(huán)拍數(shù)等于4，稱為滿步通電

12、方式。若通電方式等于8，稱為半步通電方式，即按aabbbaa的次序通電。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子齒距。 在上述通電方式中，改變通電的循環(huán)方向即可改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，改變通電的頻率，即可改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。3、控制要求： 能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)和停止、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)及改變轉(zhuǎn)速。 能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的單四拍、雙四拍、單雙八拍運(yùn)行。 當(dāng)按下按鈕sb1時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以單四拍方式和500ms/步的頻率順時(shí)針方向運(yùn)行30步后停止；當(dāng)按下按鈕sb2時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以單四拍方式和500ms/步的頻率逆時(shí)針方向運(yùn)行30步后停止；當(dāng)按下按鈕sb3時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以雙四拍方式和500ms/步的頻率順時(shí)針方向運(yùn)行30步后停止；當(dāng)按下按鈕

13、sb4時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以雙四拍方式和500ms/步的頻率和逆時(shí)針方向運(yùn)行30步后停止；當(dāng)按下按鈕sb5時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以單雙八拍方式和500ms/步的頻率順時(shí)針方向運(yùn)行30步后停止；當(dāng)按下按鈕sb6時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以單雙八拍方式和500ms/步的頻率逆時(shí)針方向運(yùn)行30步后停止；任何時(shí)刻按下按鈕sb7，步進(jìn)電機(jī)停止。4、plc的輸入輸出接線圖：圖2 控制兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路接線圖5、編程元件地址分配表：表1 plc編程元件的地址分配及相應(yīng)符號(hào)表6、硬件組態(tài)：表2 plc硬件組態(tài)表：7、控制程序7.1線性化控制程序線性化控制程序程序段1 正向啟動(dòng) 使a線圈導(dǎo)通 開啟計(jì)時(shí)器t1關(guān)閉反向的相關(guān)繼電器 程序

14、段2 t1 定時(shí)結(jié)束時(shí)使b線圈導(dǎo)通 a線圈關(guān)閉 同時(shí)開啟定時(shí)器t2程序段3 t2定時(shí)結(jié)束時(shí)使-a線圈導(dǎo)通 b線圈關(guān)閉 同時(shí)開啟定時(shí)器t3 程序段4 t3定時(shí)結(jié)束時(shí)使-b線圈導(dǎo)通 a線圈關(guān)閉 同時(shí)開啟定時(shí)器t3程序段5 t4定時(shí)結(jié)束時(shí)使a線圈導(dǎo)通 b線圈關(guān)閉 同時(shí)開啟定時(shí)器t1達(dá)到循環(huán)的目的程序段6 反向啟動(dòng) 使-b線圈導(dǎo)通 開啟定時(shí)器t5同時(shí)關(guān)閉正向相關(guān)繼電器程序段7 t5定時(shí)結(jié)束時(shí)使-a線圈導(dǎo)通 b線圈關(guān)閉 同時(shí)開啟定時(shí)器t6程序段8 t6定時(shí)結(jié)束時(shí)使-a線圈導(dǎo)通 b線圈關(guān)閉 同時(shí)開啟定時(shí)器t7 程序段9 t7定時(shí)結(jié)束時(shí)使 a線圈導(dǎo)通 b線圈關(guān)閉 同時(shí)開啟定時(shí)器t8 程序段10：t8定時(shí)結(jié)束

15、時(shí)使-b線圈導(dǎo)通 a線圈關(guān)閉 同時(shí)開啟定時(shí)器t5實(shí)現(xiàn)循環(huán)程序段11 總的停止功能7.2結(jié)構(gòu)化化控制程序主程序ob1程序段1： 開啟正轉(zhuǎn)相關(guān)功能，關(guān)閉反向相關(guān)功能程序段2：給fc的輸入輸出賦值程序段3：開啟反轉(zhuǎn)相關(guān)功能，關(guān)閉正向相關(guān)功能程序段4：給fc的輸入輸出賦值程序段5：停止功能功能fc1輸入輸出符號(hào)表程序段1：給0輸出置高電平程序段2： 與程序段2345形成循環(huán)輸出程序段3：程序段4：程序段5：8、項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析（分析調(diào)試過程中遇到的主要問題、產(chǎn)生不正確的原因和解決方法及對(duì)程序做了哪些方面有意義的改進(jìn)） 步進(jìn)電機(jī)一開始不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，檢查后程序正確。后來仔細(xì)看了步進(jìn)電機(jī)的工作原理，原來步進(jìn)

16、電機(jī)要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，四個(gè)相序必須弄清楚。把電機(jī)接上電源，用高電平分別接觸電機(jī)的引線，每接觸一下電機(jī)就會(huì)向前或向后轉(zhuǎn)動(dòng)一下，經(jīng)過試驗(yàn)，弄清楚電機(jī)的四個(gè)相序后，重新下載電機(jī)就可以正常轉(zhuǎn)動(dòng)了。9、結(jié)束語（對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，并寫出設(shè)計(jì)中的體會(huì)）此次課程設(shè)計(jì)，大大深了我plc的理解。在這次設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了很多課本上沒有的，以及平時(shí)被我們所忽視的東西。平時(shí)在上完課后認(rèn)為對(duì)老師所講的東西都很理解，但是在真正自己設(shè)計(jì)程序時(shí)卻無從下手。不能清晰的理解理論知識(shí)，就不能在實(shí)際實(shí)踐中熟練的應(yīng)用。不僅是理論知識(shí)的理解，在此次課程設(shè)計(jì)后，我對(duì)很多電子器件有了更深入的理解，比如 功能塊的相關(guān)應(yīng)用。在此次課程設(shè)計(jì)中，真正做到

17、了自己查閱資料、完成一個(gè)電路的設(shè)計(jì)。在此次的設(shè)計(jì)過程中，我更進(jìn)一步地熟悉了plc的工作原理以及程序的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，在這個(gè)過程中我也遇到了困難，通過查閱資料，相互討論，我準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了，這也是我最大的收獲，使自己的實(shí)踐能力有了進(jìn)一步的提高，讓我對(duì)以后的工作學(xué)習(xí)有了更大的信心?；仡櫰鸫舜斡?jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多。的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論

18、，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計(jì)，把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故，鞏固了所學(xué)的知識(shí)。萬事開頭難，在這次課程設(shè)計(jì)后我對(duì)自己的動(dòng)手能力更加有信心。由于時(shí)間有限和個(gè)人能力的不足，對(duì)電路的設(shè)計(jì)不夠完善，但是在以后的時(shí)間里我繼續(xù)學(xué)習(xí)以來提高自己對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。10、參考文摘（相關(guān)文摘不少于5篇，記錄每篇文獻(xiàn)的作者姓名.文獻(xiàn)名稱.文獻(xiàn)發(fā)行城市：文獻(xiàn)出版社，出版年；）【1】李夙.異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制【m】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.【2】王鴻鈺.步進(jìn)電機(jī)控制入門【m】.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1990.【3】劉寶延，程樹康.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.11【4】何希才，姜余祥.電動(dòng)機(jī)控制電路應(yīng)用實(shí)例.中國電力出版社，2