三相六拍步进电动机控制程序的控制与调试

江西理工大学应用科学学院

西门子PLC 课程设计

专 业： 自动化 班 级： 姓 名：

学 号：

设计报告格式20分

设计内容60分

10分 10分 总

计得分

封面 3

页面布局 5

目录格式 3

图表质量 4

间距、行距、字体

6

工艺过程分析 8

系统控制要求 8 I/O 分配 5

设备选型 5

电气原理图 系统程序设计 10

动手实践能力 10

总印象评分 10

主电路 8

控制电路 8

外围接线图 8

2011年06月21日

目录

第1章绪论 (1)

1.1 课题介绍及研究意义 (1)

1.3 课题内容 (2)

1.4 课题要求 (2)

1.5 分析工艺流程 (2)

第2章系统方案设计 (4)

2.1方案原理分析 (4)

2.2可行性研究 (4)

第三章控制系统的I/O及地址分配 (5)

第四章电气控制系统原理图 (6)

4.1主电路图 (6)

4.2 控制电路图 (6)

4.3 外端子接线图 (6)

第五章系统程序 (7)

第六章有关步进电机的使用 (12)

第七章总结 (15)

7.1总结 (15)

7.2参考文献 (15)

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9º，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9º，与磁极上的小齿一致。此外，三相定子磁极上的小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

1.2 现行研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 课题内容

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． 三相步进电动机有三个绕组：A 、B 、C ，

正转通电顺序为：A →AB →B →BC →C →CA →A 反转通电顺序为：A →CA →C →BC →B →AB →A

2． 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。

1.4 课题要求

1． 按题意要求，画出PLC 端子接线图、控制梯形图。

2． 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。 3. 完成课程设计说明书。

1.5 分析工艺流程

本课题要求步进电机是三相六拍运行

三相六拍正转通电顺序为：A →AB →B →BC →C →CA 三相六拍反转通电顺序为：A →CA →C →BC →B →AB

所以我们可以根据通电的顺序，给相应的相序分配相应的地址，按照控制的要求我们就可以给出相应的控制程序。该控制系统的控制原理图如下1-2：

图1-2 系统控制原理

上位机 P L C 驱动器 功放电路 步进电机

所以由以上控制系统的要求可以给出控制系统的程序流程图1-3:

正转 反转 反转

图1-3 程序控制流程图

开始

正反

转速1运行

转速2运行 转速1反向运行 转速2反向运行

第2章系统方案设计

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-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。