运动控制实训报告

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运动控制实训系统实训报告

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学生姓名

指导教师

2013 年 12 月 5 日

目录

项目一 (1)

1.1项目名称 (1)

1.2电梯模型设计内容及要求 (1)

1.3电梯模型设计分析及设计思路 (1)

1.4电梯模型设计方案设计说明 (2)

1.5电梯模型设计完整电路原理分析 (3)

1.6电梯模型设计制作、调试情况 (10)

1.7电梯模型设计实训成果 (10)

项目二 (11)

2.1项目名称 (11)

2.2步进电机驱动设计内容及要求 (11)

2.3步进电机驱动设计题目分析及设计思路 (11)

2.4步进电机驱动设计方案设计说明 (11)

2.5步进电机驱动设计完整电路原理分析 (12)

2.6步进电机驱动设计制作、调试情况 (13)

2.7实训成果 (13)

实训心得体会 (14)

附录 (14)

项目一

1.1项目名称

电梯模型控制

1.2电梯模型设计内容及要求

内容：

一、接收并登记电梯在楼层以外的所有呼叫指令信号，给予登记并输出登记信号；

二、根据最早登记的信号，自动判断电梯是上行还是下行，这种逻辑判断称为电梯的定向。电梯的定向根据首先登记信吃的性质可分为两种。一种是指令定向，指令定是把指令指出的目的地与当前电梯位置比较得出“上行”或“下行”结论。例如，电梯在二楼，指令为一楼则向下行；指令为四楼则向上行。第二种是呼梯定向，呼梯定向是根据呼梯信号的来源位置与当前电梯位置比较，得出“上行”或“下行”结论。例如，电梯在二楼，三楼乘客要向下，则按AX3，此时电梯的运行应该是向上到三楼接该乘客，所以电梯应向上。

三、电梯接收到多个信号时，采用首个信号定向，同向信号定向，同向信号先执行，一个方向任务全部执行完后再换向。例如，电梯三楼，依次输入二楼指令信号、四楼指令信号、一楼指令信号。如用信号排队方式，则电梯下行至二楼—上行至四楼—下行至一楼。而用同向先执行方式，则为电梯下行至一楼—上行至二楼—上行至四楼。显然，第二种方式往返路程短，因而效率高。

四、具有同向截车功能。例如，电梯在一楼，指令为四楼则上行，上行中三楼有呼梯信吃，如果该呼梯信号为呼梯向（K5），则当电梯到达三楼时停站顺路载客；如果呼梯信号为呼梯向下（K4），则不能停站，而是先到四楼后再返回到三楼停站。

五、一个方向的任务执行完要换向时，依据最远站换向原则。例如，电梯在一楼根据二楼指令向上，此时三楼、四楼分别在呼梯向下信号。电梯到达二楼停站，下客后继续向上。如果到三楼停站换向，则四楼的要求不能兼顾，如果到四楼停站换向，则到三楼可顺向截车。

电路的形式不限，实训具体要求如下：

要求：

1. 画出控制系统的框图，说明系统方案设计的思路、理由或依据；

2. 选择、确定组成控制系统的各个单元，并阐述选择确定的原则或依据；

3. 画出完整的电气原理图，介绍整体电路的工作原理；

4. 如采用PLC控制，给出控制程序的流程图、梯形图，并说明程序的工作原理。如采用单片机控制，给出单片机程序的流程图和清单，说明程序的工作原理。

5. 制作控制系统电路，验证设计、制作是否正确。

1.3电梯模型设计分析及设计思路

设计技术要点：1.同时呼梯信吃指令的登记设计（例如：一楼、二楼、三楼同时呼梯），输出保持，直至各信号被运行，清除信号登记；2.电梯最短路径运行模式设计（即最高效率运行）3.设计时还需考虑电梯的停层时间（为了模拟电梯开门和关门时间）和平层（与电梯地板平齐）。

注意事项：1.信吃的判别（逻辑判别），例如：根据信吃判别电梯上行还是下

行；2.西门子PLC S7—200电源输入公共端和输出公共端分别至+24V 和+5V ； 方案： 方案一：利用三菱梯形图仿真软件编辑电梯运行梯形图，下载编辑好的程序至三菱PLC 中，根据实验室条件电梯模型搭硬件电路，控制电梯的模拟运行； 方案二：利用西门子PLC S7—200编程软件编辑电梯运行程序，下载已编辑好的程序至西门子PLC S7—200/CPU 226中，根据实验室条件电梯模型搭硬件电路，控制电梯的模拟运行；

1.4电梯模型设计方案设计说明

方案确定：由于实验室只拥有西门子PLC S7—200/CPU 226实验设备以及西

门子专用PLC 编程软件，因此，采取方案二，也即利用西门子PLC S7—200编程软件编辑电梯运行程序，然后下载已编辑好的程序至西门子PLC S7—200/CPU 226中，根据据实验室电梯模型搭硬件电路，控制电梯的模拟运行。

电路系统框图及框图原理：

框图原理：通过计算机将已编辑好的电梯程序下载至S7—200/CPU 226 PLC 中，

然后将PLC 输入端口与输出端口依据对应的PLC 输入输出端口地址对应表进行与开关量实验板电梯实物模型对应开关端口进行连线，最后连接输入输出公共端，注意开关量实验板上的-24V 公共端和-5V 公共端应连接至一起。

S7—200/CPU 226 PLC

计算机 PLC 输入端口公共端(+24V)

开关量实验板

电梯实物模型 PLC 输出端口公共端(+5V)

1.5电梯模型设计完整电路原理分析

完整PLC接口图：

输入输出地址分配表：

输入：

名称元件名地址编号名称元件名地址编号一层位置开关 SQ1 I0.0 一层上行呼梯 SB5 I1.0 二层位置开关 SQ2 I0.1 二层上行呼梯 SB6 I1.1 三层位置开关 SQ3 I0.2 三层上行呼梯 SB7 I1.2 四层位置开关 SQ4 I0.3 二层下行呼梯 SB8 I1.3 一层指令开关 SB1 I0.4 三层下行呼梯 SB9 I1.4 二层指令开关 SB2 I0.5 四层下行呼梯 SB10 I1.5 三层指令开关 SB3 I0.6

四层指令开关 SB4 I0.7

输出：

名称元件名地址编号名称元件名地址编号一层指令登记 L3 Q0.0 一层上行呼梯 L7 Q1.0

二层指令登记 L4 Q0.1 二层上行呼梯 L8 Q1.1

三层指令登记 L5 Q0.2 三层上行呼梯 L9 Q1.2

四层指令登记 L6 Q0.3 二层下行呼梯 L10 Q1.3

上行指示 L1 Q0.4 三层下行呼梯 L11 Q1.4

下行指示 L2 Q0.5 四层下行呼梯 L12 Q1.5

上行驱动KM1线圈Q0.6 开门模拟 L13 Q1.6

下行驱动KM2线圈Q0.7 关门模拟 L14 Q1.7

PLC 程序流程图：

N

Y

N

Y

N

N

Y

自动关门 M1反转

用按钮选择目的楼层和运行方向 开关门电动机M2停转，控制过程结束 M1停转，自动开门 分两级短接阻抗，M1低速运行行 M1低速，串入阻抗制动 短接阻抗M1低速运行 拽入电动机M1串入阻抗降压启动 门关闭了吗？ 到达预选楼层了吗？

门到位了？ 是否超时停层位置

到达停层位置了吗？

PLC程序：

1.6电梯模型设计制作、调试情况

将计算机中利用西门子专用PLC编程软件编好的四层电梯模型程序下载至PLC S7—200中，（下载程序时需将PLC置于STOP状态），之后，按照PLC输出输入地址分配表进行输入输出端口与开关量实验板上的模拟小型电梯系统连线，最后，对各模块供电。供电完毕即可按要求运行，此中遇到的问题有：1.PLC输入输出模块公共端如何供电未知，解决此问题的办法是：参照PLC接线指导书进行相应接线；2.电梯不运行，解决的办法：查找电源供电状况，结果电源+24V 与及+5V没有电压输出，原因是保险烧坏，更换保险；3.模拟电梯模型没有按照要求楼层停层；解决的办法：从新检查程序，更正错误程序，使得程序按照规定要求运行。

1.7电梯模型设计实训成果

当电梯处于基站，关门等运行状态时，此时按基站外呼按钮，信号经按钮传输到PLC，经PLC判断为本层开门，再将信号传输到M2开关门电动机（程序模拟延时3秒）输出开门信号，电梯开门。经延时，电梯自动关门。也可按关门按钮，使电梯提前关门。开门时显示板上的开门显示发光二极管点亮，开门结束后熄灭。关门时关门显示发光二极管点亮，关门结束后熄灭。如果内选指令选四层按钮，则指令经串行传输到PLC上，显示屏上的发光二极管L4闪亮，当手离开按钮后，信号被登记，内选按钮指示灯也点亮，电梯定为向上运行。PLC核实信号后，可将运行信号传输到各个工作部位并发出运行指令。电梯开始按给定曲线运行，其给定速度信号不断与速度反馈信号比较，不断校正，使电梯运行的速度曲线尽量符合理想的运行曲线，使电梯运行平稳。电梯每到一个楼层限位开关，开关便接通一次，层楼指示变化一次。运行过程中PLC里的“先行楼层”不断寻索楼层呼梯指令信号。当“先行楼层”导索到呼梯指令后，上到站钟GU或下到站钟GD发出到站指示，经延时，PLC发出换速信号，电梯开始减速运行,制动系统工作，电梯停稳。电梯停稳后，发出开门信号，电梯开门。经延时，关门时间到，发出关门信号，电梯又开始关门。

电梯门关好后，其运行方向按内选指令和外选召唤与内选的相对位置而定。如没有任何指令，电梯就地待命。

项目二

2.1项目名称

步进电机驱动

2.2步进电机驱动设计内容及要求

内容：

用三个发光管指示灯代替步进电机的三相绕组，试设计、制作一个“单三拍”驱动控制电路，使步进电机能在0V、5V的电压控制方向和5V的控制脉冲的作用下“正转”或“反转”。电路形式不限。

要求：

1.画出电路的系统框图，说明电路方案设计的思路、理由或依据；

2.分单元画出各单元具体的电路图，阐述电路的工作原理，介绍电路中主要

元器件的作用及其参数的确定原则或依据；

3.画出完整的电气原理图，介绍整体电路的工作原理、性能或特点；

4.如果采用了单片机，给出单片机程序的流程图、清单并说明程序的工作原

理。

5.制作实物电路，验证设计、制作是否正确。

2.3步进电机驱动设计题目分析及设计思路

设计技术要点：1.步进电机的驱动控制的“单三拍”驱动控制电路的设计；

2.步进电机在低电平+0V和高电平+5V的情况下控制步进电机运转方向；

3.+5V 的控制脉冲控制转速。

设计方案：

方案一：使用专门的电机驱动芯片ULN2003A来驱动电机运行，驱动芯片的优点是便于电路的规模化集成，且驱动电路简单，驱动信号很稳定，不易受外界环境的干扰，因而设计的三相步进电机单三拍驱动控制系统好；

方案二：使用数字芯片与非门（或非门）、RS触发器等电子元器件搭建步进电机驱动电路驱动电机的运行。这种方案的电路优点是使用电子器件连接，电路比较简单，但易受干扰，信号不稳定，不便于较大电路的集成，使用时不方便，连接时容易出错。

2.4步进电机驱动设计方案设计说明

方案的确定：由于实验室具有+5V的控制脉冲控制步进电机的转速，以及0V （可以接地）和+5V的稳压源，因此考虑实验室条件，选择方案二，也就是使用数字芯片与非门、RS触发器进行设计步进电机的单三拍控制电路。

电路的系统框图：

微机

脉冲

运动方向环形分配器功放步进电机

控制

2.5步进电机驱动设计完整电路原理分析

电路原理图：

注意事项：1.环形分配器开始工作时，先要清零(即先让CLR=0，再让CLR=1)；

2.DIR控制电机的运转方向；

3.CLK控制电机的运转频率，也即控制步进电机的转速；

步进电机单三拍控制操作原理说明：

按电路原理图连接好电路，通过对RS触发器R端输入一低电平，之后接回高电平（用开关按钮的常开、常闭触点分别接地和+5V即可实现），对驱动控制电路清零，然后对DIR电机运转方向进行控制（高电平正转，低电平反转），可设任一运转方向，最后调节时钟脉冲，即可控制步进电机转速。

步进电机单三拍驱动控制电路工作原理说明：

步进电机三相接线图

如上图所示：U1、V1、W1接电源，分别有三个控制开关，分别是：清零控制、输出脉冲频率控制、方向控制。如果给处于错齿状态的相通电，则转子在电磁力的作用下，将向磁导率最大（即最小磁阻）位置转动，即向趋于对齿的状态转动。

三相步进电机在三相单三拍工作方式运行时，通电顺序为：A—B—C—A;如果给定工作方式为正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，步进电机反转。步进电机运转的速度是由输入到A、B、C三相绕组的频率所决定的。脉冲的频率越高，电机的运转速度越快，否则，速度就越慢。因为控制5V的高速脉冲输出即可控制步进电机转速。

2.6步进电机驱动设计制作、调试情况

依照步进电机PROTEUS原理图进行实物接线，通过对RS触发器R端输入一低电平，之后接回高电平，对驱动控制电路清零，然后对DIR电机运转方向进行控制，观察电机运转方向可否改变（即是否正传和反转），最后，调节控制脉冲频率观察电机运转速度是否发生改变？若随着输出脉冲频率的增大，电机转速上升，反之，电机转速则下降，那么调速成功。

在此制作过程做遇到的问题有：1、步进电机运转不稳定，出现失步和跳步的现象；解决问题的办法：重新检查所焊接（或连接的电路），发现其中一与非门连接电路存在缺焊情况。

2.7步进电机驱动设计实训成果

实现了步进电机的“单三拍”驱动控制，转速控制（5V输出脉冲频率）以及使步进电机能在0V、5V的电压控制方向，也即实现了步进电机的“正转”和“反转”。

实训心得体会：

通过对为期四周的运动控制实训的设计，从中受益颇多。很感激老师的辛勤指导，从开始的兴趣昂然的查资料到设计中的茫然再到后来设计成功时的喜悦，这个中滋味只有真正投入到设计当中去才能深切的体会到。在此，我学到了很多书上所学不到的，也体验到了许多以前未体会过的辛苦。总的来说，受益良多！在设计过程中，遇到了好多问题，在此要感谢我的指导老师以及相互交流的同学，他们渊博的知识，严谨的治学态度，丰富的工作经验，敏锐的思维，塌实的实验作风，平易近人令我敬佩。他们在设计工作中给我悉心的指导，启迪和教诲，使我受益终生。他们的创造性的思维方式引导我对事物进行更为深入、全面的认识，提高了认识事物的深度。

在本次运动控制实训的设计中，使我们学到了很多实用的知识，增强我们的自信心，同时也使自己明白自己存在着很大的不足，认识到了自己的缺点。在以后的学习中，我会加强理论和实践的结合，不断完善自己，成为一个真正具有综合能力的人才。

附录：

电梯模型实物图：