五相十拍步进电动机控制程序

摘要

本论文主要阐述了五相十拍步进电动机控制领域中的应用，其中可编程控制器是工业自动化设备的主导产品，具有控制功能强，可靠性高，适用于不同控制要求的各种控制对象等优点，其工作原理，设计和使用方法为电气和机电类专业必修课程的学习内容。

本设计涉及的内容有：步进电动机的硬件驱动过程、五相十拍步进电动机的PLC软件实现等。通过对硬件软件的结合，从而实现电动机的正反转控制。PLC是现代工业自动控制的一种通用计算机,但其工作方式与微机控制系统不同，与继电接触器控制系统也有本质的不同。PLC应用系统设计包括硬件设计和软件设计两个方面。

关键词：步进电动机;PLC软件设计;PLC硬件设计

目录

1 绪论 (2)

1.1可编程控制器 (2)

1.1.1 PLC的工作原理 (2)

1.1.2可编程序控制器的组成 (2)

1.1.3可编程序控制器的特点 (3)

1.1.4可编程控制器的应用 (4)

1.2步进电动机 (5)

1.2.1 步进电机概述 (5)

1.2.2步进电动机的特点 (5)

1.2.3 步进电动机的基本原理及步距角的计算 (5)

1.2.4 步进电动机的动态指标及术语 (6)

2 软件设计 (7)

2.1西门子S7-200介绍 (7)

2.1.1 CPU22X型的选择 (8)

2.1.2 S7-200元件的介绍 (8)

2.2五相十拍步进电动机的PLC设计过程 (10)

2.2.1 五相十拍步进电动机的控制要求 (10)

2.2.2 PLC外部接线图 (11)

2.2.3 I/O地址分配表 (11)

2.2.4 程序设计 (12)

3 硬件设计 (15)

3.1环形分配器 (17)

3.2功率放大器 (18)

结束语 (19)

参考文献 (19)

1 绪论

1.1 可编程控制器

1.1.1 PLC的工作原理

PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种机械或生产过程。

一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图1-1所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。

图1-1 可编程控制器的扫描周期

1.1.2可编程序控制器的组成

可编程序控制器硬件由中央处理器、电源、输出组件、输入组件、输入输出、编程器六部分构成:

中央处理器（ Central Processor Unit 简称CPU）：它是可编程序控制器的心脏部分。CPU由微处理器（Microproce-ssor）存储实际控制逻辑的程序存储器和存储数据、变量的数据储器构成。

电源（Power Supply）：给中央处理器提供必需的工作电源。

输入组件（Inputs）：输入组件的功能是将操作开关和现场信号送给中央处理器。现场信号可能是开关量、模拟量或针对某一特定目的使用的特殊变量。

输出组件（Outputs）：输出组件接收CPU的控制信号，并把它转换成电压或电流等现场执行机构所能接收的信号后，传送控制命令给现场设备的执行器。

输入输出（简称I/O）是可编程序控制器的“手”和“脚”或者叫作系统的“眼睛”和“视觉”。输入信号包括按扭开关、限位开关、接近开关、光电传感器、热电偶、热电阻、位置检测开关和编码器等。输出信号包括继电器、指示灯、显示器、电机启动等直流和交流设备。

编程器（Programmer）：在正常情况下，编程器用于系统初始状态的配置，控制逻辑程序编制和加载，不能对系统操作。编程器也可用于控制程序的调试和控制系统故障时作为检查故障的有效工具。

1.1.3可编程序控制器的特点

现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。可编程序控制器一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。它的主要特点如下：

（1）抗干扰能力强，可靠性高

微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可以使一般通用微机不能正常工作。而PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取生产厂家长期积累的工业控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，I／0系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有精确考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施；所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力。PLC的平均无故障时间通常在几万小时以上，这是一般微机不能比拟的。

继电器—接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。而PLC

采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。

（2）控制系统结构简单，通用性强

PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理器件和大量而又繁杂的硬接线线路。当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对

象，只是输入输出组件和应用软件的不同。PLC的输入输出可直接与交流220 V，直流24V等强电相连，并有较强的带负载能力。

（3）编程方便，易于使用

PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯。PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间学会。

（4）功能完警

PLC的输入输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量的输入输出。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现定时、计数、锁存、比较、跳转和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑运算、算术运算、数制转换以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印及报表生成功能。此外，它还可以和其他微机系统、控制设备共同组成分布式或分散式控制系统，还能实现成组数据传送、矩阵运算、闭环控制、排序与查表、函数运算及快速中断等功能。因此PLC 具有极强的适应性，能够很好地满足各种类型控制的需要。

1.1.4可编程控制器的应用

随着计算机技术的迅猛发展及元器件成本大幅度下降，PLC的性能价格比以前大大提高，其应用范围也日益广泛。如今，PLC已经在电力、纺织、机械、汽车制造、造纸、钢铁、食品、轻工、化工、公用事业等领域得到广泛使用。PLC的应用可以划分如下类型。

（1）顺序控制及时序控制

从PLC诞生之日起，顺序控制和时序控制就是PLC最基本的功能，并取代了传统的继电器控制回路。如今，PLC仍在这一领域发挥着气无可比拟的优越性。

（2）过程控制

现在的PLC系统在软件硬件上提供了一系列措施，使用户可以方便地实现回路控制，如现在广泛使用的PID控制功能。许多PLC在硬件上提供了PID调节智能模块，这种模块可以独立实现PID调节功能；在软件上，许多PLC提供了PID算法功能块，通过软件功能块及模拟量输入/输出模块，也可实现PID控制功能。

（3）运动控制

随着工厂自动化的日趋发展，PLC的运动控制功能也日益完善。借助其运动控制模块、驱动器、伺服电动机等，PLC可以方便地实现装配、输送、存放及取回、材料移动、成型等自动控制功能，甚至可以完成一些复杂的仿行功能。

（4）数据处理