設計完成版正文

1、浙江工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計()基于158GA1 現(xiàn)代電氣系統(tǒng)裝置的步進電機運動小車應用案例的設計（三菱）張浙江工貿(mào)職業(yè)技術學院電子工程系, 班級：電信 1502摘要：隨著市場的繁華和發(fā)展，各個工廠開始采用步進電機與伺服電機生產(chǎn)線。各企業(yè)為了達到對某個部位的目的，而其中伺服電機過于昂貴，所以為了節(jié)省成本常采用步進電機來進行(如自動售貨機，打印機，3D 打印機，學校教學等)。目前市面上常用的步進電機有二相、三相、四相、五相步進電機，步進電機走的步數(shù)，正反轉(zhuǎn)以及工作頻率等等均可以使用 PLC（可編程器）通過共陰極、共陽極接法來驅(qū)動步進電機驅(qū)動器來進行（步進電機驅(qū)動器本身有正反轉(zhuǎn)、細分、節(jié)流、脫機使

2、能等）。使用 PLC步進電機的在于它有專業(yè)的脈沖寄存器可對步進電機的脈沖數(shù)進行實時反饋步進電機的位置等，且電平相對一般器來說相對穩(wěn)定，并且在工控領域內(nèi) PLC 相較于單片機具有使用方便，運行可靠，程序設計簡單等優(yōu)點。：可編程器；步進電機；編碼器一、課題研究的意義步進電機的本質(zhì)是無刷電機的進一步優(yōu)化，步進電機最早是在 1920 年代由英國人所開發(fā)。1950 年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應用在步進電機上，對于數(shù)字化的變得更為容易。本質(zhì)上步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)電機，是現(xiàn)代數(shù)字程序系統(tǒng)中的主要執(zhí)行，往后經(jīng)過不斷改良，使得今日步進電機已廣泛運用在需要高精度、高分解能、高響應性、信

3、賴性等靈活性高的機械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過程中要求自動化、省人力、效率高的中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進電機的蹤跡，尤其以重視速度、位置、需要精確操作各項指令動作的靈活性場合步進電機用得最多。廣泛應用民用領域(如自動售貨機，打印機，3D 打印機，學校教學，智能家居等)與工控領域（自動化生產(chǎn)線），三相步進電機的角距大概為 1.5 度，人們可通過對 PWM的調(diào)節(jié)來改變定子上的磁力致使步進電機的角度做更進一步的細分讓它可以做出更小1基于 158GA1 現(xiàn)代電氣系統(tǒng)裝置的步進電機運動小車應用案例的設計（三菱）的角度二設計流程（一）步進電機運動小車的要求第一步系統(tǒng)通過“觸摸屏”設置小車的運行距離及運行周期，注意此處小

4、車的運行為毫米，在設置完成前面兩部后按下啟動按鈕進入自動運行，小車開始從初始位置1（電渦流傳感器 1）開始向右快速運行到達位置 2（電渦流傳感器 2），到達位置后小車暫停 3s。第二步 3s 后再以低速運行向右進給至設置距離，暫停 2s(期間若到達位置 3（電渦流傳感器 3）則停止工作并“越程”)。第三步在距離位置 25mm 與設置距離位置區(qū)域反復運行 3 個周期。期間若到達位置 3（電渦流傳感器 3）則發(fā)生。但若碰觸到軌道的最大極限（左右兩個限位開關）時小車停止工作。第四步完成后暫停 5s，最后自動返回初始位置 1（電渦流傳感器 1）。第五步返回站點 1 后，小車運行周期若是沒到達設置的運行

5、周期那么小車重復上一個周期的運動直至小車運行周期達到設置周期。第六步在此期間通過觸摸屏上的數(shù)據(jù)令我們知道小車的運行距離。第七步若小車在運行狀態(tài)下按下停止按鈕（觸摸屏上設置），小車無論運行到何處立即停止。第八步在小車停止的狀態(tài)下或工作狀態(tài)下按下復位按鈕小車則立即返回站點 1（電渦流傳感器 1）并停止工作。小車示意圖如圖 1 所示。圖 1 小車示意圖（二）設計流程在本次的畢業(yè)設計中我們先后經(jīng)歷了理解題目，確定所需零部件，構(gòu)思框架，設置2浙江工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計()好 I/O，調(diào)整工藝（因為在工作時我們?nèi)鄙僭鷰圆⑽窗惭b）向索要觸摸屏，步進電機資料，驅(qū)動器接線圖，三菱 FX3U32MT 系列的

6、 PLC 等一系列的畢業(yè)設計所需的硬件后開始執(zhí)行任務。設計構(gòu)思流程圖如圖 2 所示，小車工作流程圖如圖 3 所示。圖 2 構(gòu)思流程圖3基于 158GA1 現(xiàn)代電氣系統(tǒng)裝置的步進電機運動小車應用案例的設計（三菱）圖 3 小車工作流程圖三、硬件設計（一）元器件簡介1. 小車小車的機構(gòu)由兩個滑動導軌以及一個絲桿滑塊組成，以絲桿滑塊的左右平移模擬成小車運動的樣子，再由步進電機通過連接，經(jīng)由步進電機運動的旋轉(zhuǎn)制成小車的動力機構(gòu)。小車結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。圖 4 小車結(jié)構(gòu)圖4浙江工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計()2. 步進電機本次設計采用牌的三相六線制步進電機，他的步距角在 1.2，相比較步進電機精準了不少，且步

7、進驅(qū)動系統(tǒng)作為中德合作的結(jié)晶，在設計上秉承了德國專業(yè)的理念，高品質(zhì)、高可靠性、高穩(wěn)定性是其重要特點。3.MCGS 觸摸屏根據(jù)題目要求，我們在觸摸屏上設定小車啟動、停止和復位按鈕。然后放置兩個輸入框用于設定小車的設置距離以及運行周期次數(shù)。小車的運行狀態(tài)更加直觀的突出，再用兩個輸入框小車的運行距離，以及小車現(xiàn)在的運行周期次數(shù)。最后為了方便小車，設置滾動條來小車運行的軌跡，組態(tài)屏布局如圖 5 所示。圖 5 組態(tài)屏布局圖（二）FX3U PLC 簡介可編程序器采用一類可編程的器，用于其內(nèi)部程序，執(zhí)行邏輯運算,順序，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出各種類型的機械或生產(chǎn)過程

8、。作為自動裝置的，它具有功能強，可靠性高等諸多優(yōu)點,PLC 實驗裝置采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有可編程序器、編程器模塊，九種實驗模塊，按鈕、開關輸入模塊和繼電器輸出模塊，以及四層電梯模型。1969年美國數(shù)字設備公司（DEC）研制出世界上第一臺可編程序器，并在 GM 公司汽車生產(chǎn)線上首次應用，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動，但當時只能進行邏輯運算，故稱為可編5基于 158GA1 現(xiàn)代電氣系統(tǒng)裝置的步進電機運動小車應用案例的設計（三菱）程邏輯器，簡稱 PLC（Programmable Logic Controller）?？删幊唐魇且环N專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。PLC地具有計算機功能，

9、不僅用邏輯編程取代硬接線邏輯，還增加了運算、數(shù)據(jù)傳送和處理等功能，為一種電子計算機工業(yè)裝置，而且做到了小型化和超小型化。目前在世界先進工業(yè)PLC 已成為工業(yè)的標準設備，它的應用幾乎覆蓋了所有工業(yè)，作為工業(yè)自動化的三大支柱（PLC 技術、人、計算機輔助設計和）之一的 PLC 技術，將會躍居主導地位。所以說 PLC 是現(xiàn)今必不可少的一種工業(yè)用的可編程器。并且在諸多領域，包括我們的日常生活中都有極其廣泛的應用而且在工業(yè)的環(huán)境中有很好的發(fā)展前景。本次選取的是 FX3U-32MT 型號的 PLC，首先我們考慮到我們的步進電機需要脈沖的問題，所以選用 FX3U-32MR(繼電器型 PLC)就不那么合適，只

10、有 FX3U-32MT 型號的 PLC能夠滿足我們的要求。FX3U-32MT 它擁有 Y0 與 Y1 兩個高速脈沖輸出口及 21 個共三組高速計數(shù)器。而且相對于其他系列的 PLC（如西門子，等）它具有價格低廉，處理速度快，最高能達到 0.065us/基本指令，內(nèi)置 64K 大容量器，大幅增加了內(nèi)部軟元件的數(shù)量，且其編程軟件 GX developed 更是內(nèi)置 SFC、梯形圖、指令語句表三種變成語言大大的增加了 PLC 編程的多樣性、可選擇性，還有交叉，軟查找/替換等功能提高了編程的簡易度。（三）所需器件及材料本設計所需器件及材料見表 1。表 1 材料6材料個數(shù)材料個數(shù)牌步進電機1導線若干步進電

11、機驅(qū)動器1壓線端子10024v 開關電源1MCGS 觸摸屏11k 電阻2FX3U PLC1小車架子1電渦流傳感器3限位開關2端子連接器2光纖數(shù)據(jù)線11浙江工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計()（四）I/O 接線圖PLC 的 I/O 接線圖如圖 7 所示。圖 6 步進電機運動小車I/O 接線圖四、軟件設計（一）編程方法 SFC 簡介順序功能圖（SequeentialFunctionChart）是一種新穎、按工藝流程圖進行編程的圖形化編程語言，也是一種符合國際電工委員會（IEC）標準，被首選推薦用于可編程器的通用編程語言，在 PLC 應用領域中應用廣泛及推廣。采用 SFC 進行 PLC 應用編程的優(yōu)點如下：

12、在可以直觀地看到設備的動作順序。SFC 程序是按照設備（或工藝）的動作順序而編寫，所以程序的規(guī)律性較強，容易讀懂，具有一定的可視性。在設備發(fā)生故障時能很容易的找出故障所在位置。梯形圖程序與 SFC 程序可以分成兩塊來寫，大大減小了程序的。SFC 程序可以隨時轉(zhuǎn)換成梯形圖程序。不需要復雜的互鎖電路，更容易設計和維護系統(tǒng)。（二）程序流程圖本次程序采用 SFC 順序功能圖，描述了小車工作的流程。其中 PLC 的初始化程序應用于計算與啟動，完整的梯形圖見附錄一。順序功能圖如圖 7 所示，具體步進程序見附錄二。7基于 158GA1 現(xiàn)代電氣系統(tǒng)裝置的步進電機運動小車應用案例的設計（三菱）圖 7 PLC

13、順序功能（二）I/O 分配表步進電機運動小車I /O 分配表見表 2。表 2 步進電機運動小車I/O 分配表8X0編碼器 AX1編碼器 BX2站點三限位X3站點一限位X4站點二限位X7左限位X10右限位Y0步進電機脈沖Y2步進電機方向浙江工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計()（三）程序分析1.啟動停止與復位分析的 M0、M1、M2 是輔助繼電器，按下啟動按鈕 M0，他會自鎖 M10 運行，若按下 M1或者碰到 X006/X010（左右限位）以及 M44(站點三)則會停止運行，按下 M2 則是回到復位（回到站點一），啟動、停止與復位梯形圖如圖 8 所示。圖 8 啟動、停止和復位梯形圖2.站點一至站點二分析

14、開機運行 M0，則 M10（運行標志位）自鎖，若小車在 X003（站點 1）處，且運行周期大于 1（M6 自鎖，運行周期大于 1 才能工作）則 M20（站點 1 至站點 2 運行標志位）工作，經(jīng)過定時器 T1 一秒延時小車方向位 Y2 置 1，輸送 1KHZ 的（k0 在 PLSY 的指令中代表的是無窮大）脈沖給小車并在站點二（X004）時停止工作，在延時三秒后 T0 清空M8140（脈沖寄存器）并跳入 S10。站點一至站點二梯形圖如圖 9 所示。圖 9 站點一至站點二梯形圖9基于 158GA1 現(xiàn)代電氣系統(tǒng)裝置的步進電機運動小車應用案例的設計（三菱）3.站點二至設定距離分析通過 T0 跳入

15、S10，M10 在此作為總開關且位置未在站點 3，M21（站點二至設定距離運行標志位）啟動，M21Y0 輸送 300KHZ 的 x（設定值 D10）的脈沖數(shù)給步進電機做慢速運動，并設定工作向右運動（把 Y002 置 1），當這里的 M8140（脈沖寄存器）等于 D10（設定距離值）時 T2 定時器延時等待 2000 毫秒，M23(到達運行標志位)立即啟動，M21 斷開，步進電機立即停止工作，T2 延時時間到達清空 M8140 為下次脈沖數(shù)做準備并跳至 S11。站點二至設定距離梯形圖如圖 10 所示。在尚未到達設定距離的工作期間如果超過范圍到達 X002（站點 3 限位），M44(標志位)運行，

16、而后 M10（運行標志位）斷開，步進電機立即停止工作觸摸屏指示燈。圖 10 站點二至設定距離梯形圖4.設定距離至 25mm 進給分析M10 運行標志位通則M24(25mm 運行標志位)通，M24Y000 輸出1KHZ 的6250（25mm換算）的脈沖給步進電機做進給運動，并設定工作向右運動（Y002 置 1），當 M8140檢測到 Y000完畢了 6250 個脈沖時，T4（電機正反轉(zhuǎn)保護）延時 200ms，接通 M26，清空 M8140 數(shù)據(jù)，為下次脈沖數(shù)做準備，并跳入 S13。設定距離至 25mm 梯形圖如圖11 所示。10浙江工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計()圖 11 設定距離至 25mm 梯形

17、圖M10 運行標志位通則 M25(回到設定距離標志位)通，M25Y000 輸出 1KHZ 的 6250（25mm 換算）的脈沖，方向向左（Y002 復位），當 M8140 檢測到 Y000 發(fā)出了 6250 個脈沖時，T3（電機正反轉(zhuǎn)保護）延時 200ms，接通 M27，清空 M8140 數(shù)據(jù)，跳入 S11。C2次數(shù)加 1，當 C2 通時跳入 S14,C2 不通則跳入 S11 繼續(xù)執(zhí)行三周期運動，直至結(jié)束。設定距離至 25mm 進給梯形圖如圖 12 所示。圖 12 設定距離至 25mm 進給梯形圖5.返回站點 1 分析M10 運行標志位通則復位 C2（三周期循環(huán)標志位），T10 延時 5 秒，

18、T10 通Y00011基于 158GA1 現(xiàn)代電氣系統(tǒng)裝置的步進電機運動小車應用案例的設計（三菱）向左運動（K0 代表無窮）直至站點 1X003（電渦流傳感器 1）停止，期間 M43C2（運行周期標志位），要是周期未到達設定周期數(shù)（也就是 C2 計數(shù)器條件為滿足）從 S0 開始重復執(zhí)行直至周期結(jié)束。C2 計數(shù)器的值由 D40 數(shù)據(jù)寄存器提供，D40 來源于觸摸屏的設置周期框設置，且 D40 必須大于 1。返回站點 1 梯形圖如圖 13 所示。圖 13 返回站點 1 梯形圖五、調(diào)試與完善在調(diào)試期間脈沖數(shù)與編碼器及要求的毫米有所，又因觸摸屏計算數(shù)據(jù)泰國麻煩，我們采用了 PLC 進行計算距離的公式，

19、其中 D0 作為 PLC 的設定距離要測量出毫米的距離十分之，我們只能退而求其次先計算厘米的大概值，在經(jīng)過調(diào)整計算與正常的數(shù)值的誤差，得到一個誤差在 2mm 內(nèi)的計算公式,而且在調(diào)試過程中步進電機還會因頻率過快而失步與頻率過慢抖動聲過大等一系列的問題，所幸在的幫助下這些問題得到了解決。計算方式見表 3 所示。表 3 PLC 與觸摸屏計算方式12數(shù)據(jù)寄存器作用PLC 關聯(lián)來源計算D0觸摸屏的設定距離D10觸摸屏寫入D10=D0*250D40觸摸屏的設定周期C5觸摸屏寫入D80觸摸屏的監(jiān)控距離D150PLC 編碼器輸出D80=D150/250D50觸摸屏的監(jiān)控運行周期C5PLC 輸出浙江工貿(mào)職業(yè)技

20、術學院畢業(yè)設計()六、結(jié)束語經(jīng)過這次的進一步的增強，加深了對 PLC 它們的理解，并對 PLC 產(chǎn)生了濃厚的，但是我也深深的知道的不足之處，比如說對應用指令的不熟悉，加深了我在書寫程序是的難度，在學習過程中的種種通過對的提問與上網(wǎng)的搜索得到了解決，扎實的理論功底且具有相當實踐能力的必不可少。在這次的課程中，我發(fā)現(xiàn) PLC 在工業(yè)中的作用很大，它能使人的轉(zhuǎn)變成電腦的，大大地降低了的成本，很大地提高生產(chǎn)效率。學習的過程是痛苦的，但是收獲的喜悅更是讓人激動的。相信通過這次課程設計它對我以后的學習及工作都會產(chǎn)生積極的影響。參考文獻123456.S7-200PLC 基礎M.北械工業(yè)，2006.7.可編程器技術與應用系統(tǒng)設計M.機械工業(yè)，2002.2.PLC 編程及應用M.機械工業(yè)，2005.8.可編程.可編程.可編程器原理及應用M.電子工業(yè)器應用基礎M.電子工業(yè)，2007.9，2006.5，2001.2器應用技術M.北械工業(yè)13基于