1、1机电控制 课程课程设计说明书课程名称： 机电控制 设计题目：三相六拍步进电动机控制程序的设计与调试 专 业： 机电一体化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 设计时间：2010 年 7 月 1 日机电工程系2目录第 1 章 绪论1.1 课题介绍及研究意义21.2 现行研究存在的问题及解决办法31.3 本论文的目的及工作内容3第 2 章 系统方案设计（论证）2.1 方案原理分析42.1.1 功能要求42.1.2 性能要求42.2 可行性研究42.2.1 要解决的问题的可行性分析及复杂性分析4第 3 章 控制系统设计3.1 详述控制系统的实现方法53.2 梯形程序图8第 4 章 心得体会1
2、1参考文献123第 1 章 绪论1.1 课题介绍及研究意义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
3、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。图 1.1 单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理图41.2 现行研
4、究存在的问题及解决办法在进行程序设计时，首先应明确对象的具体控制要求。由于 CPU 对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，最长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就越低。因此，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。以 SIMATIC 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。1.3 本论文的目的及工作内容用 PLC 控制三相六拍步进电机实现如下操作，其控制要求如下：1 三相步进电
5、动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：AABBBC CCAA反转通电顺序为：ACACBC BABA2 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 具有两种转速：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.按题意要求，画出 PLC 端子接线图、控制梯形图。5.完成 PLC 端子接线工作，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试5第 2 章 系统方案设计（论证）2.1 方案原理分析2.1.1 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
6、-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） 停止时，应对移位寄存器清零，使每次起动均从 A 相开始。2.1.2 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。2.2 可行性研究2.2.1 要解决的问题的可行性
7、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。6第 3 章 控制系统设计3.1 详述控制系统的实现方法控制程序图及软件模块
8、由于上述具体控制要求，可作出步进电机在运行时的程序框图，如图 1 所示。以工作框图为基本依据，结合考虑控制的具体要求，首先可将梯形图程序分为 4 哥模块进行编程，即模块 1：步进速度选择；模块 2：起动、停止和清零；模块 3：移位控制功能模块；模块 4：A、B、C 三相绕组对象控制。然后，将各模块进行连接，最后经过调试、完善、实现控制要求。7输入与输出编址控制步进电机的个输入开关及控制 A、B、C 三相绕组工作的输出端在 PLC中的 I/O 编址如表 1 所示表 1 输入输出编址输入端 输出端I0.0 步进电机正转起动按钮Q0.0 控制 A 相绕组I0.1 步进电机反转起动按钮Q0.1 控制
9、B 相绕组I0.2 停止和清零按钮 Q0.2 控制 C 相绕组I1.0 低速开关（1）I1.1 高速开关（2）采用移位指令进行步进控制。首先指定移位寄存器 MBO，按照三相六拍的步进顺序，移位寄存器的初值见表 2。表 2 移位寄存器初值 1M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.01 0 0 0 0 0每右移 1 位，电机前进一个布局角（一拍） ，完成六拍后重新赋初值其中 M0.6 和 M0.7 始终为“0” 。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，如表所示。从而得出三相绕组的控制逻辑关系式：正转时A 相 Q0.0=M0.5+M0.4+M0.0B 相
10、Q0.1=M0.4+M0.3+M0.2C 相 Q0.2=M0.2+M0.1+M0.0反转时8A 相 Q0.0=M0.5+M0.4+M0.0B 相 Q0.1=M0.2+M0.1+M0.0C 相 Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表移位寄存器 MBO 正转 反转M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.0 A B C A B C0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 00 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 10 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 10 0 0 1 0 0 0 1
11、1 0 1 10 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0三相六拍步进电机控制语句表93.2 梯形图程序设计101112第 4 章 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。在学完 PLC 理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。我们做的是十字路口交通信号灯的 PLC 电气控制。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我们基本学会了 PLC 设计的步聚和基本方法。分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提
12、高了与人合作的意识与能力。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
13、 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，LC 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。能过比较选出最好的方案。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
14、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。13参考文献： 1 贺哲荣，石帅军 流行 PLC 实用程序及设计 西安电子科技大学出版社2 阮友德 电气控制与 PLC 实训教程 人民邮电出版社3 宋君烈 可编程控制器实验教程 东北大学出版社4 李俊秀 可编程控制器应用技术 化学工业出版社5 张万忠 可编程控制器入门与应用实例 中国电力出版社6 高钦和 可编程控制器应用技术与设计实例 人民邮电出版社14机电控制技术 课程设计任务书一、 课程设计题目： 三相六拍步进电机控制程序的设计与调试 二、
15、课程设计时间： 2010 年 7 月 5 日 -2010年 9 月 1 日 三、 课程设计技术参数和任务要求：设计任务要求：用 PLC 控制三相六拍步进电机，其控制要求如下：1 三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：AABBBCCCAA反转通电顺序为：ACACBCBABA2 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 具有两种转速：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。设计技术参数：分辨率：100ms类型：TON编号：T37-T52参考文献：1 贺哲荣，石帅军 流行 PLC 实用程序及设计 西安电子科技大学出版社2 阮友德 电气控制与 PLC 实训教程 人民邮电出版社3 宋君烈 可编程控制器实验教程 东北大学出版社4 李俊秀 可编程控制器应用技术 化学工业出版社5 张万忠 可编程控制器入门与应用实例 中国电力出版社6 高钦和 可编程控制器应用技术与设计实例 人民邮电出版社四、 考核成绩： 15指导教师签字_ 年 月 日
