1、1内容摘要基于 PLC 控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，参数设置灵活等优点，本次课程设计主要采用 PLC 来控制步进电动机的运转，以此实现五相单双十拍的程序设计，主要采用移位指令对脉冲进行步进控制，即每当脉冲右移一位时，步进电动机则转过一个步距角，即完成程序所谓的一拍，完成十拍后则移位寄存器对此重新赋予初值，以此完成其任务要求；该设计比较着重的讲解了 PLC 控制步进电动机的过程，以及 PLC 设计的基本步骤和方法，其主要内容包括课题的设计任务与要求，主电路，I/0地址分配表，PLC 外部接线图，控制流程图，移位指令控制步进逻辑表，梯形图，语句表及元件清单等，本程序尤其是采用了 16
2、位移位寄存器，简化了程序设计，在程序设计中起到了重要有效的作用。关键词：PLC ；步进电动机；步距角；梯形图1目 录第 1 章 引言 -1第 2 章 系统总体方案设计 -22.1 确定控制方案 -22.1.1 程序设计的基本思路 -22.1.2 五相步进电动机的控制要求 -22.1.3 方案原理分析 -2第 3 章 PLC 控制系统设计 -33.1 输入输出地址分配 -33.2 PLC 类型选择 -43.3 系统接线图设计 -43.4 控制流程图 -43.5 梯形图设计 -63.5.1 步进控制程序设计 -63.5.2 梯形图设计 -83.6 元件清单 -13结论 -14设计总结 -15谢辞
3、-16附录（源程序语句） -17参考文献 -211第 1 章 引言步进电动机广泛用于工业的各个领域中，步进电动机具有快速起停、精确步进、定位等特点；当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角” ， 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度；常采用单位脉冲序列来控制步进电动机的运转，若采用单片机控制，则需要复杂的程序和接线电路，而用 plc 控制步进电动机可实现简单方便，参数灵活的动作，距角特性展现了步进电动机的运转特性，经常通过增加步进
4、电动机的拍数来实现改变距角特性，这是步进电动机的一个主要特点；以下则是如何用 plc 来控制实现五相步进电动机的单双十拍正反转。2第 2 章 系统总体方案设计2.1 确定控制方案2.1.1 程序设计的基本思路在进行程序设计时，要先确定其控制的要求所在，由于 CPU 对程序串行连续扫描时，会造成输出输入的滞后问题，使输出输入的精度形成偏差，不能较好的反映其控制程序的设计，且滞后时间延长，滞后则越明显，控制精度就越低。因此在设计控制程序时，要尽量使程序简洁、紧凑；同时，在设计程序时要根据其生产流程的不同，使控制时序发生变化；使用 PLC 直接控制步进电机时，可使用 PLC 产生控制步进电机所需要的
5、各种时序的脉冲。根据步进电动机的工作方式，及所要求的频率，画出各相的时序图，而就移位指令则能实现各种时序脉冲的要求，可较好的满足其设计要求。2.1.2 五相步进电动机的控制要求1.五相步进电动机有五个绕组：A、B、C、D、E正转顺序：A AB B BC C CD D DE E EA反转顺序：A AB B BC C CD D DE E EA2.用五个开关控制其工作：1 号开关控制其运行（启/停）2 号开关控制其低速运行（转过一个步距角需 0.5 秒）3 号开关控制其中速运行（转过一个步距角需 0.1 秒）4 号开关控制其高速运行（转过一个步距角需 0.02 秒）5 号开关控制其转向(ON 为正转
6、，OFF 为反转)2.1.3 方案原理分析根据正反转顺序，以及每个步距角的行进速度，则围绕这两个方面，可知道设计程序所需的控制要求：1）正反转；2）运行过程中，正反转可以随时不停的进行切换；3）步进速度可分为高速 0.02 秒，中速 0.1 秒，低速 0.5 秒三个档次，并且可以随时进行控制。3第 3 章 PLC 控制系统设计3.1 输入输出地址分配PLC 控制步进电动机的五个输入开关及五相绕组工作的输出端；其输入输出分配表如下：图 3.1输入输出 I/O 地址分配表控制信号 元件名称 元件符号 地址编码电动机启/停信号 SF1 I0.00.5 秒低速开关 SF2 I0.10.1 秒中速开关
7、SF3 I0.20.02 秒高速开关 SF4 I0.3输入信号电动机转向开关 QB I0.4A 相绕组 A Q0.0B 相绕组 B Q0.1C 相绕组 C Q0.2D 相绕组 D Q0.3输出信号E 相绕组 E Q0.443.2 PLC 类型选择根据其上图的 I/O 地址分配，通过查阅则选择 S7-200CPU222 基本单元（8 入/6 出）一台，然后依次选择其电源类型、熔断器等各种元件。3.3 系统接线图设计PLC 系统接线图中的输入输出设备、电源类型的选择、CPU 的选择、熔断器等要结合整个系统的控制要求来设置，步进电动机的五相单双十拍控制其外部接线如图所示：（见附录图 PLC 外部接线
8、图）3.4 控制流程图根据其上具体要求，可作出步进电动机在运行时的流程框图，如下图所示，结合考虑控制的具体步骤要求，可将 PLC 梯形图大体分为几个模块进行编程，模块 1：步进电动机步进速度选择;模块 2：启动、停止；模块 3：正转、反转；模块 4：移位指令控制步进模块；模块 5：A、B、C、D、E 五相绕组控制。然后根据各模块之间的联系，进行顺序连接，最后对程序进行调试、运行，实现其整个过程的控制要求。图 3.4：5N开始首次选择电动机步进速度启/停正转或反转位移寄存器赋初值中速发出位移脉冲执行位移位移输出控制电动机步进十拍计数低速高速Y63.5 梯形图设计3.5.1 步进控制程序设计采用移
9、位指令对脉冲进行步进控制，首先指定位移寄存器 MW0，按照五相单双十拍步进电动机的步进顺序，移位寄存器的赋予初值见下表：M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.01 0 0 0 0 0 0 0 0 0每当脉冲右移一位时，电机转过一个步距角，即完成所谓的一拍，完成十拍后则重新赋予初值。此外，M1.2 、M1.3、M1.4、M1.5、M1.6、M1.7 始终为“0” 。根据此赋值，可以作出移位寄存器输出状态及步进电动机正反转绕组的状态真值表，如下两个表所示，从而得出五相绕组的控制逻辑关系式：步进电动机正转：A 相 Q0.0=M1.1+M1.0
10、+M0.0B 相 Q0.1=M1.0+M0.7+M0.6C 相 Q0.2=M0.6+M0.5+M0.4D 相 Q0.3=M0.4+M0.3+M0.2E 相 Q0.4=M0.2+M0.1+M0.0步进电动机反转：A 相 Q0.0=M0.0+M0.1+M1.1B 相 Q0.1=M0.3+M0.2+M0.1C 相 Q0.2=M0.5+M0.4+M0.3D 相 Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5E 相 Q0.4=M1.1+M1.0+M0.77移位寄存器输出状态及步进电动机绕组状态真值表（正转）移位寄存器（MW0） 正转M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2
11、M0.1 M0.0 A B C D E1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 00 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 00 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 00 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 00 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 00 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 00 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 00 0 0 0 1 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
12、 0 0 0 1移位寄存器输出状态及步进电动机绕组状态真值表(反转)移位寄存器（MW0） 正转M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.0 A B C D E1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 10 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 10 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 00 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 00 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 00 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
13、1 1 0 00 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 1 0 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 083.5.2 梯形图设计启、停使用单按钮控制电机，梯形图设计如下，首先，由 SB2 或者 SB3 或者 SB4初次选择一种步进速度，则可知，五相步进电动机的速度有定时器 T33 控制，把三个值 50、10、2 分别通过 MOV-W 指令传送到 VW100 则可得低速、中速、高速三种不同的速度；再按 SB1 启动，M2.0 得电，电机即开始转动，且计时器开始计时，延时到指定的设定值时，T33 得电动作闭合，移
14、位寄存器字（两个字节）右移一位，同时，C21 计数一次，然后 T33 重新计时，移位寄存器继续右移，右移十位，则 C21 计数十次后，C21 动作清零使移位寄存器重新赋值，这样依次循环程序；而 QS 控制正反转，ON 时即I0.4 得电步进电动机正转，OFF 时 I0.4 失电步进电动机则为反转；再按一下 SB1，则C21 动作断开电路，M2.0 失电，同时 C21 复位，电机停止转动。以下是梯形图程序：9101112133.6 元件清单序号 符号 名称 单位 数量1 CPU222XP PLC 台 12 M 步进电机 台 13 FA 熔断器 个 54 SF 按钮开关 个 95 QB 换向开关
15、个 16 QA 交流接触器 个 107 BB 热继电器 个 514结论本次课程设计主要用 PLC 完成了五相单双十拍步进步进电动机的程序设计及调试，整个过程彰显了 PLC 的灵活方便，使用 PLC 设计大大提升了其实际工程的效率，设计过程中又采用移位指令来实现其脉冲步进，此为设计的一大特点，但是由于时间仓促，在进行程序设计时考虑的方面不够广泛，致使某些指令的运用不够明了，造成 PLC 设计程序的繁琐，不够简洁，这是设计的一大缺点，在以后的课程设计中，应合理明了的理解问题，用最简洁的方法来解决事物，这是以后工作和研究中所需要注意的。15设计总结通过这次课程设计，我明白了自身知识的不足，知识的匮乏
16、及设计过程中思路的不清晰；此次课程设计，老师给予了我们足够的空间来完成，并给我们解决了一步步的不理解的难题，这让我们学到了课堂上没有涉及到的一些知识，大大的有助于我们的 PLC 设计。虽然仅有两周的时间，但经过这次 PLC 编程我们的确学到一些实用的知识，使得我对 PLC 的掌握有了进一步的增强，加深了我们 PLC 的理解，但是在编程过程中，我深深认识到了自己的不足，比如说对一些应用指令的不熟悉，大大加深了程序的复杂程度，很多在学习过程中想不通的问题，在 PLC 编程中，最终得以解决。这次课程设计在理论教学中起到了必要的补充和拓宽作用，并且这也说明了 PLC 在工业控制中的作用巨大，它能使人的
17、控制转变成电脑的控制，大大降低了产品的成本，提高了所谓的生产效率。在此过程中，我发现了修改完善程序的重要性，则我们在编程中要仔细检查自己的程序，考虑到各种可能发生的情况。虽然改写的过程是很需要耐心考验的，但却一步步增强自己的能力，相信通过这次课程设计它对我们以后的学习及工作都会产生重要的影响。16谢辞在这次课程设计中，我要对给予我帮助的说声谢意：感谢学校给了我这次课程设计的锻炼机会；感谢薛老师对我在课程设计中的指导与教诲；感谢我的同学对我设计中的帮助与协助；以此来感谢他们对我的支持。17附录（源程序语句）TITLE=程序注释Network 1 / 网络标题/ 网络注释LD I0.1EUAN I
18、0.2AN I0.3MOVW 50, VW100Network 2 LD I0.2EUAN I0.1AN I0.3MOVW 10, VW100Network 3 LD I0.3EUAN I0.1AN I0.2MOVW 2, VW100Network 4 LD I0.0O M2.0AN C21= M2.0Network 5 LD M2.0LD C21AN T33OLD18EUMOVW 2#1000000000, MW0Network 6 LD M2.0AN M3.0TON T33, VW100Network 7 LD T33= M3.0Network 8 LD T33EUSRW MW0, 1Ne
19、twork 9 LD M3.0LD C21CTU C21, 9Network 10 LD M0.0O M1.1LD M1.0A I0.4OLDLD M0.1AN I0.4OLDA M2.0= Q0.0Network 11 LD M0.6O M0.7O M1.0A I0.4LD M0.119O M0.2O M0.3AN I0.4OLDA M2.0= Q0.1Network 12 LD M0.5O M0.4LD M0.6A I0.4OLDLD M0.3AN I0.4OLDA M2.0= Q0.2Network 13 LD M0.2O M0.3O M0.4A I0.4LD M0.5O M0.6O M
20、0.7AN I0.4OLDA M2.0= Q0.3Network 14 LD M0.0O M0.1O M0.2A I0.420LD M0.7O M1.0O M1.1AN I0.4OLDA M2.0= Q0.421参考文献1 吴晓君.电气控制课程设计指导.中国建材工业出版社2 胡建.西门子 S7-300PLC 应用教程.机械工业出版社3 宋伯生.PLC 编程实用指南.机械工业出版社4 温照方.SIMATIC S7-200 可编程序控制器教程.北京理工大学出版社5朱家建.单片机与可编程序控制器.北京高等教育出版社，19986周淑珍.PLC 分析及设计应用.电子工业出版社，20047王玉中.电气控制及 PLC 应用技术.河南科学技术出版社，20068林明星.电器控制及可编程控制器.机械工业出版社，20049张进秋.可编程控制器原理及应用实例.机械工业出版社，200410 王宗才.机电传动与控制.电子工业出版社，2010
