三相六拍步进电机PLC梯形图控制程序设计与调试_电子/电路_工程科技_专业资料。三相六拍步进电机PLC梯形图控制程序设计与调试

　　现代控制技术及 PLC 控制课程设计 姓 学 班 专 院 名 号 级 业 别 机电 机械电子工程 机械工程学院 指导教师 2013 年 7 月 5 日 内容摘要 步进电动机具有快速起停、步进和定位等特点,所以常用作工业过程控制及仪 器仪表的控制元件。目前,比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电 机。 但采用单片机控制, 不仅要设计复杂的控制程序和 I /O 接口电路, 实现比较麻烦, 而且对工业现场的恶劣环境适应性差, 可靠性不高。 使用 PLC 可编程控制器实现三相六拍步进电动机驱动，可使步进电动机东芝的抗干扰能 力强，可靠性高，同时，由于实现了模块化结构，是系统结构十分灵活，而且编程语言 简短易学，便于掌握，可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。 本设计是利用 PLC 做三相六拍步进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现对 步进电机正,反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。其次可以通过对按钮的 控制来实现对高，低速度的控制。充分发挥 PLC 的功能，限度地满足被控对象的控 制要求，是设计 PLC 控制系统的首要前提，这也是设计重要的一条原则。本设计更加 便于实现对步进电机的制动化控制。 目 录 1 引言 ????????????????????????????????1 2 系统总体方案设计???????????????????????????2 2.1 系统硬件配置及组成原理 ????????????????????2 2.2 方案原理分析? ????????????????????????3 2.3 可行性研究 ??????????????????????????3 2.4 设计思想 ???????????????????????????3 3 控制系统设计?????????????????????????????4 3.1 控制程序图及软件模块 ?????????????????????4 3.2 梯形图程序设计与梯形图 ????????????????????5 3.3 三相六拍步进电机控制语句表 ??????????????????9 3.4 4 5 PLC 接线图与主电路图 ????????????????????10 心得体会 ??????????????????????????????11 参考文献 ??????????????????????????????12 引 言 课 题 内 容 用 PLC 控制三相六拍电动机，控制要求如下： 1.三相步进电动机有三个绕组：A,B,C, 正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A 反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A 2.要求能实现正，反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。 3．就有两种转速： 1 号开关合上，则转过一个步距角需 0.5 秒。 2 号开关合上，则转过一个步距角需 0.05 秒。 4．要求步进电动机转动 100 个步距角后自动停止运行。 2.课题要求 1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及 PLC 硬件配置电路。 2、根据控制要求，编制 PLC 应用程序。 3、编写设计说明书，内容包括： ① 设计过程和有关说明。 ② 基于 PLC 的电气控制系统电路图。 ③ PLC 控制程序（梯形图和指令表） 。 ④ 电器元器件的选择和有关计算。 ⑤ 电气设明细表。 ⑥ 参考资料、参考书及参考手册。 ⑦ 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决 方法、对课程设计的认识和建议等。 -1- 系统总体方案设计 一、系统硬件配置及组成原理： 三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。它与普通电机 一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁芯和定子绕组。定子铁芯由电工 钢片叠压而成。定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径方向上 相对的两个齿上的线圈串连在一起，构成一相控制绕组。三相步进电机可构成三相控制 绕组，若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极。在定子的每个磁极上，即定子铁芯上 的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为 9?，转子上没有绕组，只有均匀分布 的 40 个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为 9?，与磁极上的小齿一致。此外，三相定子磁极 上的小齿在空间位置上依次错开 1/3 齿距。 当 A 相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时， B 相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮 1/3 齿距角，C 相磁极上的齿刚好超前或滞后 转子齿轮 2/3 齿距角。 步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软 盘驱动器、 绘图仪、 机械阀门控制器等。 矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数， 矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。改善矩角特性一般通过增加步进 电机的运行拍数来实现。三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多情况下， 三相步进电机采用三相六拍运行方式。 -2- 二、方案原理分析 功能要求： 对三相六拍步进电机的控制， 主要分为两个方面： 三相绕组的接通与断开顺序控制。 即：正转顺序：A-AB-B-BC-C-CA-A：反转顺序：A-AC-C-CB-B-BA-A 以及每个步距角的行 进速度。围绕这两个主要方面，可提出具体的控制要求如下： （1） 可正转起动或反转起动； （2） 运行过程中，正反转可随时不停机切换； （3） 步进两种速度可分为高速（0.05S） ，低速（0.5S）两档，并可随时手控变速； （4） 要求步进电动机转动 100 个步距角后自动停止运行。 性能要求： 在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁﹑紧凑。另一方面，同一控制对象， 根据生产的工艺流程不同， 控制要求或控制时序会发生变化， 此时， 要求程序修改方便、 简单，即要求程序有较好的柔性。 三、可行性研究 要解决的问题的可行性分析及复杂性分析，其中，原低速开关 I1.0 变为步进基速 赋值开关（Network1）;原中速开关 I1.1 变为减速开关，每次 I1.1 从“0”-“1” ，步 进速度减慢 0.01S（Network2） ；原高速开关 I1.2 变为加速开关，每次 I1.2 从“0”“1” ，经减法指令使转过每步距角所需时间减少 0.01S（Network3） ，每次加速或减速的 幅度可按需要任意修改设定。 而如果用其他方法编程， 比如以定时器， 比较指令等编程， 则每一次变化速度， 所有的定时器和比时段都需做出相应的调整， 为程序修改带来不便。 四、设计思想 步进电机的速度控制是通过改变输入脉冲的频率高低实现的。当发生脉冲的频率减 小时，步进电机的速度就下降,当频率增加时，速度就加快。还可以用过频率的改变来 提高步进电机的位置精度。以移位指令为步进控制的主体进行程序设计，可较好的满足 上述设计要求。 -3- 控制系统设计 一、控制程序图及软件模块 由上述具体控制要求，可作出步进电机在启动运行时的程序框图，如下图所示。以 工作框图为依据，结合考虑控制的具体要求，首先可将梯形图程序分成4个模块进行编 程，即模块1：步进速度选择：模块2：起动，停止和清零;模块3：移位步进控制功能模 块；模块4：A,B,C三相套组对象控制。然后，在将模块进行连接，后经过调试，完善， 实现控制要求。 程序流程图 -4- 二、梯形图程序设计 CPU 的选择 本次设计要求正反转和高低速控制共五个输入接口，控制A,B，C三相绕组三个输出 接口，所以选用CPU221,六个输入，四个输出满足控制要求。 输入输出编址 控制步进电机的歌输入开关及控制A,B,C三相绕组工作的输出端在PLC中的I/O地址 分配表如下表所示。 控制信号 信号名称 步进电机正转启动按钮 步进电机反转启动按钮 输入信号 停止及清零按钮 低速开关 高速开关 输出信号 控制A相绕组 控制B相绕组 控制C相绕组 I/O地址分配表 状态真值表 采用移位指令进行步进控制。每右移1位，电机前进一个步距角，据此，可作出移 位寄存器输出状态及步进电机正反转绕组的状态真值表，从而得出三相绕组的控制逻辑 关系式。 正转时： A相 B相 C相 A相 B相 C相 Q0.0=M0.5+M0.4+M0.0 Q0.1=M0.4+M0.3+M0.2 Q0.2=M0.2+M0.1+M0.0 Q0.0=M0.5+M0.4+M0.0 Q0.1=M0.2+M0.1+M0.0 Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2 元件名称 常开按钮 常开按钮 常开按钮 常开按钮 常开按钮 元件符号 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 地址编码 I0.0 I0.1 I0.2 I0.4 I0.5 Q0.0 Q0.1 Q0.2 反转时： -5- 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表如下表所示： 移位寄存器 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.0 A 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 正转 B 0 0 1 1 1 0 0 C 0 0 0 0 1 1 1 A 0 1 1 1 0 0 1 反转 B 0 0 0 0 1 1 1 C 0 0 1 1 1 0 0 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表 梯形图程序 根据程序模块及三相绕组的控制逻辑关系，可绘出梯形图控制程序。程序如下 -6- -7- -8- 三、三相六拍步进电机控制语句表 LD EU AN MOVW LD EU AN MOVW LD O AN AN L1 AN KA I0.4 I0.5 50, VW100 I0.5 I0.4 5, VW100 I0.0 M1.0 I0.1 I0.2 C20 M1.0 QA I0.1 LD O EU O MOVB LD = LD O AN AN AN TON LD SRB LD = LD LD O CTU M1.0 M1.1 C0 2#100000, MB0 I0.2 M3.0 M1.0 M1.1 M2.0 C20 I0.2 T33, VW100 T33 MB0, T33 M2.0 QA2 T33 LD O O = LD O O A LD O O A OLD = LD O O A LD O O A OLD = M0.0 M0.4 M0.5 Q0.0 M0.0 M0.1 M0.2 M1.1 M0.2 M0.3 M0.4 M1.0 Q0.1 M0.0 M0.1 M0.2 M1.0 M0.2 M0.3 M0.3 M1.1 Q0.2 = L2 L3 LD O AN AN AN = LD AN AN MOVB M1.1 I0.0 QA1 I0.2 C20 M1.1 BB I0.2 C0 I0.2 C0, 6 T33 C20 I0.2 C20, 100 M1.0 M1.1 0, MB0 3M LD LD O CTU -9- 接线.0 Q0.1 Q0.2 A相 功率放大器 步进电动机 B相 C相 24V 2M I0.5 M L+ VCC VCC N L1 ~220V KA L1 L2 L3 QA QA1 QA2 BB 3M - 10 - 心得体会 机电控制技术是一门侧重应用方向的学科。所以要多一点实践。不要看不起小的项 目，在其中你能总结出设计程序的逻辑思维方法，总结中不断进步。 通过这次设计实践。我学会了 PLC 的基本编程方法，对 PLC 的工作原理和使用方法 也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计 以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的 程序与到 PLC 中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不 相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对 PLC 的理解得到加强，看到了实 践与理论的差距。 在课程设计过程中我了解到，PLC 并不是一门单一的编程技术，它是一门系统专业 课程。PLC 可以广义的认为是一台背嵌入操作系统的高可靠性 PC 机。首先需要精深 PLC 本身的编程语言梯形图、语句表语言。达到这个水平你只能读懂编好的程序，并可以设 计一些工程需要程序。 、 在一些大型程序中还需要用到数据库的知识， PLC 入门很快但要 不断进取努力。 通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学 都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定 的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大 家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己 的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出的方案。在这过程也 提高了我们的表过能力。 在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个 问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而 不学者殆。做事要学思结合。 参考文献 [1] 贺哲荣，石帅军 流行 PLC 实用程序及设计 - 11 - 西安电子科技大学出版社 [2] 阮友德 [3] 宋君烈 [4] 李俊秀 [5] 张万忠 [6] 高钦和 电气控制与 PLC 实训教程 可编程控制器实验教程 可编程控制器应用技术 可编程控制器入门与应用实例 可编程控制器应用技术与设计实例 人民邮电出版社 东北大学出版社 化学工业出版社 中国电力出版社 人民邮电出版社 - 12 -
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