1、 0目录目录 .11.引言 .21.1 设计目的 .21.2 设计过程 .21.2.1 步进电机简介 .21.2.2 步进电机的驱动电路 .21.2.3 两相步进电机的通电方式 .41.3 设计内容 .52.电路设计 .63.PLC 硬件组态 .64.PLC 编程元件地址分配表 .64.1 线性化编程符号表 .64.2 结构化编程符号表 .74.3 结构化编程 FC 的变量声明表 .75.控制程序 .85.1 线性化编程 .85.2 结构化编程 .215.2.1 OB1 控制程序 .215.2.2 FC1 控制程序 .255.2.3 FC2 控制程序 .276.程序调试说明 .307.心得体会
2、 .308.参考文献 .3111.引言可编程控制器是电气控制技术中的关键技术。 可编程控制器为“自动化和电气工程及其自动化”专业的一门重要专业课。通过本课程的学习，使学生掌握工厂电气控制设备技术和可编程控制器的使用、分析和设计自动生产过程中的控制电路，掌握其使用方法。PLC 课程设计的主要目的，是通过对某个简单的自动化生产设备、某条简单的自动化生产线、某些简单的工艺过程的调查研究，使学生明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。根据这些要求，进行 PLC 控制系统的原理设计、硬件配置及软件编程设计。通过不断地调试和完善程序来满足生产工艺的要求。本课程设计提供了设计的备选课题。通过课程设计，使学生进
3、一步熟悉 PLC 控制系统的应用，并培养学生决实际问题的能力，掌握系统设计的思路及方法。1.1 设计目的 了解步进电机的工作原理及步进电机的开环控制原理。 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； 通过自行编程调试掌握 PLC 控制系统的设计方法。1.2 设计过程1.2.1 步进电机原理简介步进电动机是一种将数字式电脉冲信号转换成机械角位移的机电元件，每一个脉冲信号可以使步进电机前进一步，转过的角度与控制脉冲的个数呈严格的正比关系。其运行速度与控制脉冲频率呈严格的正比关系，正是这个特点，使其可以和现代数字控制技术相结合，成为比较理想的执行元件。步进电机主要应用于开环
4、位置控制系统中。目前步进电机在数控机床、计算机外围设备、钟表、包装机械、食品机械中得到广泛的应用。步进电机由定子和转子两部分组成。以二相步进电机为例，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、间距相同的多个小齿。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 ，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 ，所以齿距角 与步距角 的关系为：360n转 子 齿 数从控制原理上，步进电机可以分为反应式、永磁式和混合式步进电机
5、三大类；按照控制绕组的相数可以分为两相、三相、四相。本课程设计中用到的步进电机为两相步进电机。该步进电机转子共有 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。1.2.2 步进电机的驱动电路2本设计中用到的步进电机的驱动电路图如图 1 所示：3图 1 步进电动机驱动电路图中 TL1TL4 对应的是面板上的插孔。图中标注的 A 及 ，B 及 分别表示步进电机的定子的两相绕组的四个端子。1.2.3 两相步进电机的通电方式单四拍通电方式：每次只有一相绕组通电，四拍构成一定循环。两相绕组按照 AB A 的次序轮流通电。每拍转子转动 转子齿距。B41双四拍通电方式：每次有两
6、相绕组同时通电，两相控制绕组按 ABB AAB 的次序轮流通电。每拍转子转动的角度与单四拍相等都是 转子齿距，但与单四拍的空间定位不41重合。单、双八拍的通电方式：上两种通电方式的循环拍数等于 4，称为满步通电方式。若通电方式等于 8，称为半步通电方式，即按 AABBB AA 的次序通电。每拍AB转子转动 转子齿距。1在上述通电方式中，改变通电的循环方向即可改变步进电机的转动方向，改变通电的频率，即可改变步进电机的转速。本课程设计采用的是双四拍的通电方式，实现对两项步进电机的正反停控制的，以及可以实现对步进电机转动角度的精确控制。1.2.4 步进电机控制方式典型的步进电机控制系统如图 2 所示
7、：图 2 典型的步进电机控制系统步进电动机是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数模转换元件。在经历了一个大的发展阶段后，日前其发展趋向平缓。然而，其基本原理是不变的，即：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，每当对其施加一个电脉冲时，其输出转过一个固定的角度。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脉冲顺序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的顺序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。步进电机的机理是基于最基本的电磁铁作用，可简单地定义为，根据输人的脉冲信
8、号，每改变一次励磁状态就前进一定角度或长度，若不改变励磁状态则保持一定位置而静止的电动机:4从广义上讲，步进电动机是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电机，也可看作是在一定频率范围内转速与控制脉冲频率同步的同步电动机。步进电机的控制和驱动方法很多，按照使用的控制装置来分可以分为:普通集成电路控制、单片机控制、工业控制机控制、可编程控制器控制等几种；按照控制结构可分为:硬脉冲生成器硬脉冲分配结构(硬-硬结构)、软脉冲生成器软脉冲分配器结构(软-软结构)、软脉冲生成器硬脉冲分配器结构(软-硬结构)。1硬硬结构如图 3 所示，这种步进电机的控制驱动系统由硬件电路脉冲生成器、硬件电路脉冲分配器、驱动器组
9、成。这种控制驱动方式运行速度比较快，但是电路复杂，功能单一。图 3 硬硬结构控制2软软结构如图 4 所示，这种步进电机的控制驱动系统由软件程序脉冲生成器、软件程序脉冲分配器、驱动器组成，而软件脉冲生成器和脉冲分配器都有微处理器或微控制器通过编程实现。用单片机、工业控制机、普通个人计算机、可编程序控制器控制步进电机一般均可采用这种结构。这种控制驱动方法电路结构简单、可以实现复杂的功能，但是占用 CPU 时间多，给微处理器运行其他工作造成困难。图 4 软软结构控制3软硬结构如图 5 所示，这种步进电机的控制驱动系统由软件脉冲生成器、硬件脉冲分配器和硬件驱动器组成。硬件脉冲分配器是通过脉冲分配器芯片
10、(如 8713 芯片)来实现通电换相控制的。这种控制驱动方法电路结构简单、可以实现复杂的功能，同时占用 CPU 时间较少，用可编程控制器全部实现了控制器和驱动器的功能。在 PLC 中，由软件代替了脉冲生成器和脉冲分配器，直接对步进电机进行并行控制，并且由 PLC 输出端口直接驱动步进电机。如图 3.7 所示，这是一种软-软结构，脉冲生成器和脉冲分配器均有可编程序控制器程序实现。图 5 软硬结构控制1.3 设计内容（1）能够实现两相步进电机以双四拍的起动和停止、正转和反转相互切换及改变转速。（2）当按下按钮 SB1 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；
11、软脉冲生成器 硬脉冲分配器 驱动器 步进电机软脉冲生成器软脉冲生成器 驱动器 步进电机5当按下按钮 SB2 时，步进电机以双四拍方式和 500MS/步的频率逆时针方向运行 30 步后停止；当按下按钮 SB4 时，步进电机以双四拍方式和 2S/步的频率顺时针方向运行；任何时刻按下按钮 SB3，步进电机停止。2.电路设计PLC 控制步进电动机硬件图设计图 6 控制两相步进电动机正反转及改变转速控制线路接线图3.PLC 硬件组态PLC 的硬件组态如表 1 所示： 表 1 PLC 硬件组态表4.PLC 编程元件地址分配表 4.1 线性化编程符号表PLC 线性化编程符号表如表 2 所示：I0.3正 SB46表 2 PLC 线性化编程符号表4.2 结构化编程符号表PLC 结构化编程符号表如表 3 所示：表 3 PLC 结构化编程符号表4.3 结构化编程 FC 的变量声明表PLC 结构化编程 FC1 的变量声明表如表 4 所示：表 4 PLC 结构化编程 FC1 的变量声明表7PLC 结构化编程 FC2 的变量声明表如表 5 所示：表 5 PLC 结构化编程 FC2 的变量声明表5.控制程序5.1 线性化编程89
