基于PLC的步进电机控制 (课程设计)

本文介绍了本实验旨在完成使用PLC（Programmable Logic Controller）控制步进电机的整步运行、正反转运行、快慢速运行以及定位运行。文中指出本次使用的编程思想主要为模块化设计即为完成任务可对程序划分为主程序及子程序。由于步进电机需要脉冲来运行，所以本程序使用PTO高速脉冲输出脉冲。在定位程序中则应用到中断子程序命令。另外，本文为更好的阐述实验内容，加入了与之前完全不同的方式的对比实验。在对比试验中则应用计时器来完成步进电机的脉冲产生，另步进电机的各种功能则使用了一般的设计方式来实现。二者完成完全相同的功能。

关键词：PLC 步进电机 PTO高速脉冲

1 实验内容 (1)

1.1实验任务 (1)

1.2实验要求 (1)

2 实验设备 (2)

2.1步进电机简介 (2)

2.2 PLC简介 (2)

3 设计过程 (3)

3.1设计思想 (3)

3.2程序设计 (4)

4 对比实验 (12)

4.1对比程序思想 (12)

4.2对比程序 (14)

谢辞 (15)

参考文献 (16)

1实验内容

1.1实验任务

本次实验要求改变PLC脉冲输出信号的频率，实现步进电机的速度控制。同时按下K1、K2、K3按钮，步进电机进行整步运行。按下慢/快按钮，电机慢/快速运行。用PLC 输出脉冲的个数，实现步进电机的精确定位。在整步运行状态下，设脉冲数为一固定值，并用计数器进行计数，实现电机的精确定位控制。按下停止按钮，系统停止工作。

1.2实验要求

本设计要求使用步进电机。选用的步进电机为二项混合式，供电电压24VDC，功率30W，电流1.7A，转矩0.35NM，步矩角1.8º/0.9º,并配有细分驱动器，实现细分运行，减少震荡。

本设计要求选用PLC设计出输出频率可变的控制程序，实现对步进电机的速度、方向、定位、细分等控制功能。

本设计旨在培养综合设计能力、创新能力、分析问题与解决问题的能力。掌握PLC 控制的步进电机控制系统的构成及设计方法；掌握PLC控制程序设计、调试的方法。

2 实验设备

2.1步进电机简介

步进电机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电动机就转到一个角度或前进一步。

步进电动机的角位移量θ或线位移量S与脉冲数k成正比，在负载能力范围内这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而波动。因而可适用于开环系统中作执行元件，使控制系统大为简化，步进电动机可以在很宽的范围内通过改变脉冲频率来调速；能够快速启动、反转和制动。它不需要变换能直接将数字脉冲信号转换为角位移，很适合采用微型计算机控制。

近几十年来，数字技术和电子计算机的迅速发展为步进电机的应用开辟了广阔的前景。在现代工业，特别是航空、导弹、无线电等工业中，要求加工的机械零件形状复杂，数量多，精度高，利用人工操作不仅劳动强度大，生产效率低，而且要求精度难以达到。目前，我国已较多地将步进电机用于机械加工的数字程序控制机床中（即数控机床）；在绘图机、轧钢机的自动控制，自动记录仪表和数模变换等方面也得到很多的应用。

2.2PLC简介

国际电工委员会（IEC）1987年2月颁布第三稿，终稿中对可编程控制器的定义是：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统相连成一体，易于扩充其功能的原则设计。”

PLC的发展大致分为：初级阶段、崛起阶段、成熟阶段、飞速发展阶段和开放性、标准化阶段。PLC总的发展趋势是向高集成度、体积小、容量大、速度快、易使用、性能高，信息化、软PLC、标准化、与现场总线技术紧密结合等方向发展。

初期的PLC主要在以开关量居多的电气顺序控制系统中使用，但20世纪90年代后PLC也被广泛地在流程工业自动化系统中使用，一直到现在的现场总线控制系统，PLC更是其中的主要角色，其应用面越来越广。PLC之所以被广泛使用，其主要原因是：价格低、抗干扰能力强，可靠性高、控制系统结构简单，通用性强、编程方便，易于使用、功能强大、设计、施工、调试的周期短、维护方便。

目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、制药、电力、机械制造、汽车、批量控制、装卸、造纸/纸浆、食品/粮食加工、纺织、环保和娱乐等行业。

3设计过程

3.1设计思想

为实现实验要求本控制程序采用模块化设计，分为主程序、子程序、和中断程序。

参数定义及I\O接口地址分配如下：

1程序完成功能：

（1）当按下启停开关是步进电机运行灯亮，步进电机以1000ms为周期整步运行。

（2）当按下正反转按钮时步进电机无论快慢反向运行。

（3）当按下快速按钮时步进电机以100ms为周期快速运行。

（4）当按下慢速按钮时步进电机以2500ms为周期慢速运行。

（5）再次按下启停按钮步进电机停止运行，运行灯灭。

图1

2程序完成功能：

（1）当按下启停按钮时步进电机可以运行。

（2）当按下定位按钮是步进电机以1000ms为周期运行同时运行灯亮，运行3步后电机停止运行灯灭。（注：该步可重复操作。）

（3）再次按下启停按钮步进电机彻底停止。

图2

3.2程序设计

设计1程序如图：

图3

程序Network 1与Network 2表示当启停键按下，按下快速按钮由于Network 1中快速常闭开关断开Network 1无法调用POTSBR1子程序，同时Network 2开始运行子程序POTSBR2由于M0.1的设计快速按钮自锁POTSBR2实现持续的运行。同理按下慢速按钮时POTSBR2停止POTSBR1开始运行。快慢按钮之间互锁，快慢键自身自锁。