五相单双十拍步进电动机控制程序的设计与调试概论

XXXXX学院

课程设计说明书

设计题目:五相单双十拍步进电动机控制程序的设计与调试

学生姓名： XXXXX

学号： XXXXX

专业班级： XXXXX

指导教师： XXXXX

2012年12 月13 日

内容摘要

步进电机是一种控制精度极高的电机, 在工业上有着广泛的应用。步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，参数设计置灵活等优点。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。本文主要是介绍采用可编程控制器(PLC) 对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方法进行分析。本文详细的介绍了用PLC控制步进电机系统的原理，及硬件和软件设计方法。其内容主要包括I/O地址分配、PIC外部接线图、控制流程图、梯形图以及语句表。本文设计过程中使用了移位指令，大大简化了程序的设计，使程序更间凑，方便了设计。在实际应用中表明此设计是合理有效的。

关键词: PLC；梯形图；五相十拍步进电机

目录

第1章引言 (1)

1.1 五相步进电动机的控制要求 (1)

1.2 程序设计的基本思路 (1)

第2章 PLC控制系统硬件设计 (3)

2.1 PLC类型选择 (3)

2.2 I/O点的分配与编号 (3)

2.3 PLC外部接线图 (4)

第3章 PLC控制系统软件设计 (5)

3.1 绘制控制流程图 (5)

3.2 梯形图程序设计 (6)

3.2.1 步进控制设计 (6)

3.2.2梯形图 (8)

3.3程序指令表 (13)

3.4程序调试 (16)

结论 (21)

设计总结 (22)

谢辞 (23)

参考文献 (24)

第1章引言

步进电机作为执行元件，是电气自动化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。目前，比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。但采用单片机控制，不仅要设计复杂的控制程序和I/O接口电路，实现比较麻烦。基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，参数设计置灵活等优点。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。

1.1 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: EA←E←DE←D←DC←C←BC←B←BA←A

2．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号开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.02 秒)。

5号开关控制其转向 ( ON 为正转，OFF 为反转 )。

3.操作方面要求：

（1）可正转或反转；

（2）运行过程中，正反转可随时不停机切换；

（3）步进三种速度可分为高速（0.02S），中速（0.1S），低速（0.5S）三档，并可随时手控变速;

4.性能方面要求：

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。

1.2 程序设计的基本思路

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。

第2章 PLC控制系统硬件设计

2.1 PLC类型选择

PLC脉冲控制步进电机技术应用于中、小功率牵引设备中，具有控制简单、稳定、成本低等特点。如果在系统中加上保护电路及防干扰措施，还可提高系统的稳定性。

S7-200系列PLC是西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能达到了大中型PLC 的水平，而价格却和小型PLC接近。特别是S7-200CPU系列PLC，它具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，便于系统的集成，并很容易地组成PLC网络；此外，它还具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得S7-200系列PLC在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。

控制步进电机的共有5个输入开关，分别是启/停开关QS1，0.5s低速运行开关QS2，0.1s中速运行开关QS3，0.02s高速运行开关QS4，控制转向开关QS5。

控制A、B、C、D、E五相绕组的工作，需要五个直流输出量，分别是A相绕组B相绕组，C相绕组，D相绕组，E相绕组。

由于有5个直流输入，5个直流输出，无模拟量输入输出，因此只需5点输入，5点输出即可，加上10%的余量，通过查阅手册选定S7-200 CPU222基本单元（8入/6出）1台，输出形式又有继电器输出，晶体管（只能直流）输出，晶闸管输出（只能输出交流）三种形式。由于输出为之流脉冲信号，故采用可直流可交流的继电器输出形式。

图2-1是CPU222的图片及简要介绍。

图2-1 CPU222的图片及简要介绍

2.2 I/O点的分配与编号

控制步进电机的5个输入开关及控制A、B、C、D、E五相绕组工作的输出端在PLC 中的I/O编址如表2-1所示。