三相六拍步進電機FX2NPLC控制

1、電氣工程學院課 程 設 計 說 明 書設計題目： 系 別： 年級專業(yè)： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 電氣工程學院課程設計任務書課程名稱： 電氣控制與PLC課程設計 基層教學單位：電氣工程及自動化系 指導教師： 學號學生姓名（專業(yè)）班級設計題目三相六拍步進電機PLC控制系統(tǒng)設計設計技術(shù)參數(shù)采用PLC構(gòu)成三相六拍步進電機的電氣控制系統(tǒng)?？刂埔蟛殚喯嚓P(guān)文獻。設計要求1) 根據(jù)控制要求，進行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設計，包括PLC硬件配置電路。2) 根據(jù)控制要求，編制PLC控制程序3) 按要求編寫設計說明書并繪制A1幅面圖紙一張。參考資料1、PLC電氣控制技術(shù) 漆漢宏主編 機械工業(yè)出版社 2008

2、2、圖書館各類期刊文獻相關(guān)數(shù)據(jù)庫3、相關(guān)電氣設計手冊周次第一周第二周應完成內(nèi)容完成全部方案設計：周一、二：查、閱相關(guān)參考資料周二至周五：方案設計周六、日：設計方案完善周一、二：完成設計說明書周三、四：繪制A1設計圖紙周五：答辯考核指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：1、此表一式三份，系、學生各一份，報送院教務科一份。 2、學生那份任務書要求裝訂到課程設計報告前面。電氣工程學院 教務科摘要 PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制

3、各種類型的機械或生產(chǎn)過程。本設計是用PLC做三相六拍步進電機的控制核心，用按鈕開關(guān)來實現(xiàn)對步進電機正、反轉(zhuǎn)運行控制，而且正、反轉(zhuǎn)切換無須經(jīng)過停車步驟。其次可以通過對按鈕的控制來實現(xiàn)對高、低速度的切換控制。關(guān)鍵詞：PLC控制 三相六拍 正反轉(zhuǎn)運行 高低速運行目錄封皮1任務書.2摘要.3目錄.4第一章 三相六拍步進電機的PLC控制及要求51.1步進電機的工作原理.51.2三相六拍步進電機控制要求51.3 步進電機的驅(qū)動6第二章 參數(shù)選擇.72.1 三相六拍步進電機的參數(shù)選擇 .72.2 PLC的選擇 .72.3 功率放大電路參數(shù)選擇.7第三章 整體設計.73.1 PLC的I/O端口分配表.73.2

4、 硬件接線圖83.3 程序流程圖 .83.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖.93.5 步進梯形圖.103.6 時序圖.12總結(jié).13參考文獻.14評審意見表.15第一章 三相六拍步進電機的PLC控制及要求11步進電機的工作原理電機的定子上有六個均布的磁極，其夾角是60º。各磁極上套有線圈，連成A、B、C三相繞組。轉(zhuǎn)子上均布40個小齒。所以每個齒的齒距為E=360º/40=9º，而定子每個磁極的極弧上也有5個小齒，且定子和轉(zhuǎn)子的齒距和齒寬均相同。由于定子和轉(zhuǎn)子的小齒數(shù)目分別是30和40，其比值是一分數(shù)，這就產(chǎn)生了所謂的齒錯位的情況。若以A相磁極小齒和轉(zhuǎn)子的小齒對齊，那么B相和C相磁極

5、的齒就會分別和轉(zhuǎn)子齒相錯三分之一的齒距，即3º。因此，B、C極下的磁阻比A磁極下的磁阻大。若給B相通電，B相繞組產(chǎn)生定子磁場，其磁力線穿越B相磁極，并力圖按磁阻最小的路徑閉合，這就使轉(zhuǎn)子受到反應轉(zhuǎn)矩（磁阻轉(zhuǎn)矩）的作用而轉(zhuǎn)動，直到B磁極上的齒與轉(zhuǎn)子齒對齊，恰好轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過3º；此時A、C磁極下的齒又分別與轉(zhuǎn)子齒錯開三分之一齒距。接著停止對B相繞組通電，而改為C相繞組通電，同理受反應轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)子按順時針方向再轉(zhuǎn)過3º。依次類推，當三相繞組按ABCA順序循環(huán)通電時，轉(zhuǎn)子會按順時針方向，以每個通電脈沖轉(zhuǎn)動3º的規(guī)律步進式轉(zhuǎn)動起來。若改變通電順序，按ACBA順序循

6、環(huán)通電，則轉(zhuǎn)子就按逆時針方向以每個通電脈沖轉(zhuǎn)動3º的規(guī)律轉(zhuǎn)動。因為每一瞬間只有一相繞組通電，并且按三種通電狀態(tài)循環(huán)通電，故稱為單三拍運行方式。單三拍運行時的步矩角b為30º。三相步進電動機還有兩種通電方式，它們分別是雙三拍運行，即按ABBCCAAB順序循環(huán)通電的方式，以及單、雙六拍運行，即按AABBBCCCAA順序循環(huán)通電的方式。1.2三相六拍步進電機控制要求1.2.1三相六拍步進電機的正、反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)：AABBBCCCAA反轉(zhuǎn)：AACCCBBBAA1.2.2三相六拍步進電機運行狀態(tài)的開關(guān)控制（1）按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)低速運行（2）按下反轉(zhuǎn)啟動按鈕電機實現(xiàn)反轉(zhuǎn)低速運行（

7、3）按下停止按鈕電機實現(xiàn)停車（4）正、反轉(zhuǎn)運行時，可通過按下高、低速按鈕實現(xiàn)電機的高、低速運行切換（5）正、反轉(zhuǎn)啟動按鈕切換無須經(jīng)過停車步驟1.3 步進電機的驅(qū)動步進電動機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電動機驅(qū)動器，如下圖所示，它由脈沖發(fā)生控制單元（PLC內(nèi)）、功率放大單元等組成。功率放大電路 （如下圖所示） 設計功率放大電路采用N溝道MOSFET，因為PLC輸出端接直流電壓為12V，電流為數(shù)十mA級，而MOSFET觸發(fā)柵源電壓為12V左右，所以要在MOSFET柵極串接電阻，使其高電平信號到來時達到觸發(fā)電壓范圍時，不至于電壓過大損壞器件。繞組為三相直流步進電機的繞組

8、，當脈沖信號為高電平時， MOSFET觸發(fā)，漏源極導通，繞組兩端為步進電機額定電壓，使繞組得電，電機運行。當脈沖信號為低電平時，MOSFET不導通，繞組不得電，電機停止。在繞組兩端所加的電阻和二極管起到在低電平時對繞組上能量的泄放作用。第二章 參數(shù)選擇2.1 三相六拍步進電機的參數(shù)選擇本設計選擇三相直流步進電機，額定電壓24V,額定電流1.39A功率20W，電機轉(zhuǎn)速1800r/min,電機扭矩1.08KG*CM,安裝尺寸 60*60，軸徑8mm。2.2 PLC的選擇本設計采用三菱FX2N-16MR PLC2.3 功率放大電路參數(shù)選擇本設計選用IRF540N 100V 33A MOSFET作為功

9、率器件，R1=300,R2=1K。第三章 整體設計3.1 PLC的I/O端口分配表輸入端輸出端名稱代號輸入編號名稱代號輸出編號正傳啟動SB0X000繞組AY0Y000反轉(zhuǎn)啟動SB1X001繞組BY1Y001停止SB2X002繞組CY2Y002高速轉(zhuǎn)動SB3X003低速轉(zhuǎn)動SB4X0043.2 硬件接線圖3.3 程序流程圖3.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖3.5 步進梯形圖3.6 時序圖3.6.1 正轉(zhuǎn)低速運行3.6.2 反轉(zhuǎn)低速運行總結(jié)本次課程設計的內(nèi)容是三相六拍步進電動機控制程序的設計與調(diào)試，針對現(xiàn)在的PLC技術(shù)，實現(xiàn)一些設計。還應該加強PLC語句的練習，要能夠運用自如。此外還應掌握PLC的外部接線方法。通

10、過不懈的努力，得到了一系列可靠的實驗數(shù)據(jù)。但是在這次課程設計過程中也遇到了不少的問題和困難，例如對功率放大電路設計時如何對參數(shù)進行選擇。還有很重要的一點就是對基礎(chǔ)知識不夠扎實，使得設計進度緩慢，必須不斷的在書本上學習新的知識來彌補不足等。但幸運的是，隨著課程設計的逐步進行，對種種問題進行了研究解決，最終才獲得了預期的研究成果。在課程設計過程中我了解到，PLC并不是一門單一的編程技術(shù)，它是一門系統(tǒng)專業(yè)課程。PLC可以廣義的認為是一臺背嵌入操作系統(tǒng)的高可靠性PC機，需要精通PLC本身的編程語言梯形圖、語句表語言。這次課程設計對我們而言是對所學課程內(nèi)容掌握情況的一次自我驗證，對所學知識的綜合應用能力

11、檢驗，它培養(yǎng)和訓練了我們的編程以及調(diào)試能力，進而提高了我們對學習和應用相關(guān)專業(yè)知識的興趣。通過本次設計我們的能力得到了鍛煉，因而有著極其重要的意義。參考文獻1、漆漢宏主編·PLC電氣控制技術(shù)·（第二版）機械工業(yè)出版社，出版年：20082、王兆安 劉進軍主編·電力電子技術(shù)·（第五版）機械工業(yè)出版社，出版年：20093、康華光主編·電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分·（第五版）高等教育出版社，出版年：2008電氣工程學院課程設計評審意見表指導教師評語： (1)、學習態(tài)度及平時表現(xiàn) ( 出勤等) A B C D E(2)、查閱資料，分析、解決問題的能力 A B C D E 平時成績： 2013年 7 月 1 日圖面及其它成績：(1)、結(jié)構(gòu)合理、 層次分明， 書寫規(guī)范：A B C D E(2)、基本概念正確， 分析與論述清楚：A B C D E(3)、圖紙(插圖)簡明清晰