三相六拍步进电机PLC控制系统设计

电气工程学院课程设计说明书

设计题目：三相六拍步进电机PLC控制系统设计系别：电气工程学院

年级专业：应用电子

学号：

学生姓名：

指导教师：

电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC课程设计

基层教学单位：电气工程及自动化系指导教师：学号学生姓名专业班级设计题目三相六拍步进电机PLC控制系统设计

设

计技术参数采用PLC构成三相六拍步进电机的电气控制系统。控制要求查阅相关文献。

设计要求1) 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。

2) 根据控制要求，编制PLC控制程序

3) 按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。

参考资料1、《PLC电气控制技术》漆汉宏主编机械工业出版社2008

2、图书馆各类期刊文献相关数据库

3、相关电气设计手册

周次第一周第二周

应完成内容完成全部方案设计：

周一、二：查、阅相关参考资料

周二至周五：方案设计

周六、日：设计方案完善

周一、二：完成设计说明书

周三、四：绘制A1设计图纸

周五：答辩考核

指导教师签字基层教学单位主任签字

说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科

摘要

步进电机广泛应用于数控机床，加工中心等各种自动化控制系统中，随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在国民经济各个领域都有应用。PLC(可编程序控制器）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一门新兴技术，是实现工业生产、科学研究以及其他各个领域自动化的重要手段之一，应用十分广泛，是现代工业控制的三大支柱之一。本设计是用PLC实现三相六拍步进电机驱动过程控制，使步进电机动作的抗干扰能力强、可靠性高，而且系统构成十分灵活，便于在线修改。

关键词：步进电机PLC 三相六拍

目录

第一章课题任务分析 (4)

1.1 三相六拍步进电机概况 (4)

1.2 三相六拍步进电机的选择 (5)

1.3 用PLC控制三相六拍步进电机的设计要求 (6)

第二章三相六拍步进电机的驱动控制 (7)

2.1 驱动电源的组成 (7)

2.2 驱动电源各部分简介 (7)

第三章硬件设计 (9)

3.1确定I/O点数及PLC机的选择 (9)

3.2 控制系统的I/O口及地址分配 (9)

3.3 I/O端子接线图 (10)

第四章软件设计 (11)

4.1.1转速的控制 (11)

4.1.2正反转控制 (11)

4.1.3 状态转移图 (12)

4.1.4 步进梯形图 (13)

4.1.5 指令表 (19)

第五章心得体会 (21)

参考文献 (22)

第一章课题任务分析

1.1 三相六拍步进电机概况

一般电机都是连续旋转，而步进电机却是一步一步转动的，故叫步进电机。步进电机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，该电机就转过一定的角度，因此步进电机是一种把脉冲信号变为角度位移的执行元件。

步进电机有多种通电方式，以下介绍三相六拍步进电机通电方式的基本原理（以转子四个齿为例，即齿距角为90°）：

a.A相通电

b.A、B相通电

c.B相通电

d.B、C相通电

图1 三相六拍步进电机通电时转子位置

设A相首先通电，转子齿与定子A、A′对齐（图1a）。然后在A相继续通电的情况下接通B相，这时定子B、B′极对转子齿2、4产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是A、A′极继续拉住齿1、3，因此，转子转到两个磁拉力平衡为止，这时转子的位置如图1b所示，即转子从图1a位置顺时针转过了15°。接着A相断电，B相继续通电，这时转子齿2、4和定子B、B′极对齐（图1c），转子从图1c的位置又转过了15°，其位置如图1d所示。这样，如果按A→AB→B→BC→C→CA→A…的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角15°。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。如果按A→AC→C→CB→B→BA→A…的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。

采用六拍方式时，转子走六步前进一个齿距角，即每走一步前进六分之一齿距角，因此步距角θ的计算公式为：

θ＝360°/Zr×m

Zr是转子齿数，m是运行拍数。

一般步进电机最常见的步距角是3°或1．5°。由上式可知，转子上不只4个齿（齿距角90°），而是20个齿（齿距角为18°）或40个齿（齿距角为9°）。为了使转子齿与定子齿对齐，两者的齿宽和齿距必须相等。因此，定子上除了6个极以外，在每个极面上还有很多小齿。

由上面介绍可知，步进电机具有结构简单、维护方便、精确度高、起动灵敏、停车准确等性能。此外，步进电动机的转速决定于电脉冲频率，并与频率同步。

1.2 三相六拍步进电机的选择

步进电机的种类很多，本设计中选择36BF02型反应式步进电机作为控制对象，其结构图如下所示。反应式步进电机有如下特点：

①精度为步进角的3-5%，且不累积。

②外表允许的最高温度在摄氏80-90度。

③力矩随转速的升高而下降。

④低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。

图2 单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理图1.3 用PLC控制三相六拍步进电机的设计要求

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，且正、反转切换无须经过停车步骤。

3．具有两种转速：

高速：转过一个步距角需0.05秒

低速：转过一个步距角需0.5秒