三相六拍步進電機PLC梯形圖控制程序設計與調試

/現(xiàn)代控制技術及PLC控制課程設計姓名學號班級機電專業(yè)機械電子工程院別機械工程學院指導教師2013年7月5日

內容摘要步進電動機具有快速起停、精確步進和定位等特點,所以常用作工業(yè)過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用單片機產(chǎn)生脈沖序列來控制步進電機。但采用單片機控制,不僅要設計復雜的控制程序和I/O接口電路,實現(xiàn)比較麻煩,而且對工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境適應性差,可靠性不高。使用PLC可編程控制器實現(xiàn)三相六拍步進電動機驅動，可使步進電動機東芝的抗干擾能力強，可靠性高，同時，由于實現(xiàn)了模塊化結構，是系統(tǒng)結構十分靈活，而且編程語言簡短易學，便于掌握，可以進行在線修改，柔性好，體積小，維修方便。本設計是利用PLC做三相六拍步進電動機的控制核心，用按鈕開關的通斷來實現(xiàn)對步進電機正,反轉控制，而且正，反轉切換無須經(jīng)過停車步驟。其次可以通過對按鈕的控制來實現(xiàn)對高，低速度的控制。充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計最重要的一條原則。本設計更加便于實現(xiàn)對步進電機的制動化控制。目錄1引言……………………12系統(tǒng)總體方案設計………………………22.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理……………………22.2方案原理分析…………………32.3可行性研究……………………32.4設計思想………………………33控制系統(tǒng)設計……………43.1控制程序圖及軟件模塊………43.2梯形圖程序設計與梯形圖……………………53.3三相六拍步進電機控制語句表………………93.4PLC接線圖與主電路圖……………………104心得體會………………115參考文獻………………12引言課題內容用PLC控制三相六拍電動機，控制要求如下：1.三相步進電動機有三個繞組：A,B,C,正轉通電順序為：A→AB→B→BC→C→CA→A反轉通電順序為：A→CA→C→BC→B→AB→A2.要求能實現(xiàn)正，反轉控制，而且正，反轉切換無須經(jīng)過停車步驟。3．就有兩種轉速：1號開關合上，則轉過一個步距角需0.5秒。2號開關合上，則轉過一個步距角需0.05秒。4．要求步進電動機轉動100個步距角后自動停止運行。1、根據(jù)控制要求，進行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。2、根據(jù)控制要求，編制PLC應用程序。3、編寫設計說明書，內容包括：①設計過程和有關說明。②基于PLC的電氣控制系統(tǒng)電路圖。③PLC控制程序（梯形圖和指令表）。④電器元器件的選擇和有關計算。⑤電氣設備明細表。⑥參考資料、參考書及參考手冊。⑦其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設計的認識和建議等。系統(tǒng)總體方案設計一、系統(tǒng)硬件配置及組成原理：三相六拍步進電動機是一典型單定子、徑向分組、反應式伺服電機。它與普通電機一樣，分為定子和轉子兩部分，其中定子又分為定子鐵芯和定子繞組。定子鐵芯由電工鋼片疊壓而成。定子繞組繞制在定子鐵芯上，六個均勻分布齒上的線圈，在直徑方向上相對的兩個齒上的線圈串連在一起，構成一相控制繞組。三相步進電機可構成三相控制繞組，若任一相繞組通電，便形成一組定子磁極。在定子的每個磁極上，即定子鐵芯上的每個齒上開了五個小齒，齒槽等寬，齒間夾角為9o，轉子上沒有繞組，只有均勻分布的40個小齒，齒槽等寬，齒間夾角為9o，與磁極上的小齒一致。此外，三相定子磁極上的小齒在空間位置上依次錯開1/3齒距。當A相磁極上的小齒與轉子上的小齒對齊時，B相磁極上的齒剛好超前或滯后轉子齒輪1/3齒距角，C相磁極上的齒剛好超前或滯后轉子齒輪2/3齒距角。步進電機廣泛應用于對精度要求比較高的運動控制系統(tǒng)中，如機器人、打印機、軟盤驅動器、繪圖儀、機械閥門控制器等。矩角特性是步進電機運行時一個很重要的參數(shù)，矩角特性好，步進電機啟動轉矩就大，運行不易失步。改善矩角特性一般通過增加步進電機的運行拍數(shù)來實現(xiàn)。三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多情況下，三相步進電機采用三相六拍運行方式。二、方案原理分析功能要求：對三相六拍步進電機的控制，主要分為兩個方面：三相繞組的接通與斷開順序控制。即：正轉順序：A-AB-B-BC-C-CA-A：反轉順序：A-AC-C-CB-B-BA-A以及每個步距角的行進速度。圍繞這兩個主要方面，可提出具體的控制要求如下：可正轉起動或反轉起動；運行過程中，正反轉可隨時不停機切換；步進兩種速度可分為高速（0.05S），低速（0.5S）兩檔，并可隨時手控變速；要求步進電動機轉動100個步距角后自動停止運行。性能要求：在實現(xiàn)控制要求的基礎上，應使程序盡量簡潔﹑緊湊。另一方面，同一控制對象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發(fā)生變化，此時，要求程序修改方便、簡單，即要求程序有較好的柔性。三、可行性研究“0”-“1”“0”-“1”，經(jīng)減法指令使轉過每步距角所需時間減少0.01S（Network3），每次加速或減速的幅度可按需要任意修改設定。而如果用其他方法編程，比如以定時器，比較指令等編程，則每一次變化速度，所有的定時器和比時段都需做出相應的調整，為程序修改帶來不便。四、設計思想步進電機的速度控制是通過改變輸入脈沖的頻率高低實現(xiàn)的。當發(fā)生脈沖的頻率減小時，步進電機的速度就下降,當頻率增加時，速度就加快。還可以用過頻率的改變來提高步進電機的位置精度。以移位指令為步進控制的主體進行程序設計，可較好的滿足上述設計要求?？刂葡到y(tǒng)設計一、控制程序圖及軟件模塊由上述具體控制要求，可作出步進電機在啟動運行時的程序框圖，如下圖所示。以工作框圖為依據(jù)，結合考慮控制的具體要求，首先可將梯形圖程序分成4個模塊進行編程，即模塊1：步進速度選擇：模塊2：起動，停止和清零;模塊3：移位步進控制功能模塊；模塊4：A,B,C三相套組對象控制。然后，在將模塊進行連接，最后經(jīng)過調試，完善，實現(xiàn)控制要求。程序流程圖二、梯形圖程序設計CPU的選擇本次設計要求正反轉和高低速控制共五個輸入接口，控制A,B，C三相繞組三個輸出接口，所以選用CPU221,六個輸入，四個輸出滿足控制要求。輸入輸出編址控制步進電機的歌輸入開關及控制A,B,C三相繞組工作的輸出端在PLC中的I/O地址分配表如下表所示。控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號步進電機正轉啟動按鈕常開按鈕SB1步進電機反轉啟動按鈕常開按鈕SB2停止及清零按鈕常開按鈕SB3低速開關常開按鈕SB4高速開關常開按鈕SB5輸出信號控制A相繞組控制B相繞組控制C相繞組I/O地址分配表狀態(tài)真值表采用移位指令進行步進控制。每右移1位，電機前進一個步距角，據(jù)此，可作出移位寄存器輸出狀態(tài)及步進電機正反轉繞組的狀態(tài)真值表，從而得出三相繞組的控制邏輯關系式。正轉時：反轉時：移位寄存器輸出狀態(tài)及步進電機繞組狀態(tài)真值表如下表所示：移位寄存器正轉反轉ABCABC000000000000100000100100010000110101001000010101000100011011000010001010000001101110移位寄存器輸出狀態(tài)及步進電機繞組狀態(tài)真值表梯形圖程序根據(jù)程序模塊及三相繞組的控制邏輯關系，可繪出梯形圖控制程序。程序如下三、三相六拍步進電機控制語句表EUMOVW50,VW100EUMOVW5,VW100ANC20ANC20MOVB0,MB0EUOC0MOVB2#100000,MB0ANC20TONT33,VW100LDT33SRBMB0,LDT33LDT33LDC0CTUC0,6LDT33LDC20CTUC20,100OLDOLD三相六拍步進電機PLC梯形圖控制程序設計與調試三相六拍步進電機PLC梯形圖控制程序設計與調試三相六拍步進電機PLC梯形圖控制程序設計與調試接線圖如下圖所示：心得體會機電控制技術是一門側重應用方向的學科。所以要多一點實踐。不要看不起小的項目，在其中你能總結出設計程序的邏輯思維方法，總結中不斷進步。通過這次設計實踐。我學會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質，在沒有做實踐設計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視，當我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結果和要求的結果不相符合。能過解決一個個在調試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。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，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。首先需要精深PLC本身的編程語言梯形圖、語句表語言。達到這個水平你只能讀懂編好的程序，并可以設計一些工程需要程序。、在一些大型程序中還需要用到數(shù)據(jù)庫的知識，PLC入門很快但要不斷進取努力。

通過合作，我們的合作意識得到加強。合作能力得到提高。上大學后，很多同學都沒有過深入的交流，在設計的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個人互責一定的部分，同時在一定的階段共同討論，以解決分工中個人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見，同時我們還向別的同學請教。在此過程中，每個人都想自己的方案得到實現(xiàn)，積極向同學說明自己的想法。能過比較選出最好的方案。在這過程也提高了我們的表過能力。

在設計的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學習的過程中，不是每一個問題都能自己解決，向老師請教或向同學討論是一個很好的方法，不是有句話叫做思而不學者殆。做事要學