基于PLC的步进电机的开环控制系统

武汉理工大学华夏学院课程设计报告书题目：基于PLC的步进电机的开环控制系统设计系名：信息工程系专业班级：自动化1093姓名：叶健学号：10212409309指导教师：乔志刚2012年1月6日-1-目录1.引言...................................................................................................................................................-2-2.课程设计项目名称...........................................................................................................................-3-基于PLC的步进电机的开环控制系统设计...............................................................................-3-3．课程设计目的及要求.....................................................................................................................-3-3.1设计目的...............................................................................................................................-3-3.2控制要求：....................................................................................................................-3-4电路设计............................................................................................................................................-4-4.1步进电机电路原理图............................................................................................................-4-4.2工作原理................................................................................................................................-4-5PLC硬件阻态表................................................................................................................................-6-5.1硬件阻态................................................................................................................................-6-5.2编程元件地址分配表............................................................................................................-6-5.3线性化控制程序(单四拍).................................................................................................-7-5.4结构化控制程序（单四拍）.............................................................................................-10-5.4.1结构化OB1主控制程序：......................................................................................-11-5.4.2结构化FC1分控制程序：......................................................................................-12-6.程序调试说明.............................................................................................................................-14--2-1.引言可编程序控制器(ProgrammableLogicController)简称PLC，是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。它具有可靠性高、环境适应性好、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等优点，因此迅速普及并成为当代工业自动化的支柱设备之一。随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力，另一方面要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序.便可控制步进电机的速度和转向和输出位移量。步进电动机迅速由于其广泛的实用性迅速地发展并成熟起来。从发展趋向来讲、步进电动机已经能与直流电动机、异步电动机，以及同步电动机并列，从而成为电动机的一种基本类型。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变，都在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。本次基于PLC的步进电机的开环控制系统设计目的和实现的目标如下：1)了解步进电机的工作原理及步进电机的开环控制原理。2)综合应用所学PLC知识设计基于PLC的步进电机开环控制系统。3)通过自行编程调试掌握PLC控制系统的设计方法。4)能够实现步进电机的起动和停止、正转和反转及改变转速。5)能够实现步进电机的单四拍、双四拍、单双八拍运行中的一种。6)用线性化编程和结构化编程两种编程方法来实现。其中在结构化编程中同一种通电方式的正反转使用通一个FC。-3-2.课程设计项目名称基于PLC的步进电机的开环控制系统设计3．课程设计目的及要求3.1设计目的⑴了解步进电机的工作原理及步进电机的开环控制原理。⑵综合应用所学PLC知识设计基于PLC的步进电机开环控制系统；⑶通过自行编程调试掌握PLC控制系统的设计方法。3.2控制要求：⑴能够实现步进电机的起动和停止、正转和反转及改变转速。⑵能够实现步进电机的单四拍、双四拍、单双八拍运行。⑶当按下按钮SB1时，步进电机以单四拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；当按下按钮SB2时，步进电机以单四拍方式和500MS/步的频率逆时针方向运行30步后停止；当按下按钮SB3时，步进电机以双四拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；当按下按钮SB4时，步进电机以双四拍方式和500MS/步的频率和逆时针方向运行30步后停止；当按下按钮SB5时，步进电机以单双八拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；当按下按钮SB6时，步进电机以单双八拍方式和500MS/步的频率逆时针方向运行30步后停止；任何时刻按下按钮SB7，步进电机停止。-4-4电路设计4.1步进电机电路原理图图1步进电机电路原理图4.2工作原理步进电机(stepmotor)又称为脉冲电机是将电脉冲信号转化为角位移或直线位移。给步进电动机输入一个电脉冲信号时，它就转过一定的角度或移动一定的距离。由于其输出的角位移或直线位移可以不是连续的，因此称为步进电动机。步进电机由定子和转子两部分组成。此为二相步进电机原理图，定子上有两组相对的磁极，每对磁极缠有同一绕组，形成一相。定子和转子上分布着大小、间距相同的50个小齿。当步进电机某一相通电形成磁场后，在电磁力的作用下，转子被强行推动到最大磁导率（或最小磁阻）的位置。步进电机接收到一个脉冲信号，就驱动步进电机转过一个步距角θ，对于一个m相n拍的步进电机来说，每走完n拍，转子就转过一个齿距角φ，所以齿距角φ与步距角θ的关系为：360nn转子齿数本次课程设计所用步进电机转子共有50个齿，所以齿距角为7.2°。电机每相电流为0.2A，相电压为5V。①相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，用ｍ表示。②拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指步进电机走过一个齿距角所需脉冲数，用ｎ表示。③齿距角：步进电动机的转子上均匀地分布着许多小齿，相邻两个小齿的中心线间的角度称为齿距角，用φ表示。④步距角：对应一个脉冲信号，步进电机转过的角位移，用θ表示。通电方式与控制设置在步进电机的通电方式中我们选着单四拍通电方式：每次只有一相绕组通电，四拍构成-5-一定循环。两相绕组按照A—B—A—B—A的次序轮流通，其中每拍转子转动41转子齿距。设计电路控制方式，当按下按钮SB1时，步进电机以单四拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；当按下按钮SB2时，步进电机以单四拍方式和500MS/步的频率逆时针方向运行30步后停止；电。任何时刻按下按钮SB3，步进电机停止。4.3PLC的输入输出接线图：图2控制两相步进电动机正反转控制线路接线图-6-5PLC硬件阻态表5.1硬件阻态表1导轨分配表表2PLC模块详细信息表5.2编程元件地址分配表：表3PlC编程元件的地址分配及相应符号表-7-5.3线性化控制程序(单四拍)：线性化程序段1线性化程序段2线性化程序段3线性化程序4-8-线性化程序段5线性化程序段6线性化程序段7线性化程序段8-9-线性化程序段9线性化程序段10线性化程序段11线性化程序段12-10-线性化程序段13(注释：按下I0.2对所有输出与延时复位)5.4结构化控制程序（单四拍）图2FC1输入符号表-11-图3FC1输出符号表5.4.1结构化OB1主控制程序：OB1程序段1：OB1程序段2：-12-OB1程序段3：OB1程序段4：OB1程序段5：5.4.2结构化FC1分控制程序：FC1程序段1：-13-FC1程序段2：FC1程序段3：FC1程序段4：-14-FC1程序段5：6.程序调试说明本次课程设计我做的基于PLC的步进电机的开环控制系统设计，本次设计中我们运用到STEP7软件进行程序设计，使用STEP7进行程序设计，使用监视