步进电机PLC控制设计

PLC控制系统课程设计

第一章控制工艺流程分析

1.1步进电机的控制过程描述

目前

1.2 PLC控制步进电机的控制工艺分析

时至今日，软件以及电子设备等相关技术都有了长足发展。虽然软件的发展速度比不上硬件的发展速度那么迅速，但已能满足现在的工业需求。对步进电机的传统控制通常完全由硬件电路搭接而成。随着PLC的普及，现在已普遍采用硬件与软件相结合的方式对其进行控制，这种控制方法有很多优点，比如：可以实现高精度的控制，降低成本，降低控制难度，简化控制电路等。今后步进电机的总体发展趋势是向着低功耗、高频率精度、多功能、高度自动化和智能化的方向发展。

第二章步进电机PLC控制系统总体方案设计

2.1系统硬件组成

可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态中，可编程控制器通过执行反应控制来实现用户的控制要求。为了使可编程控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不仅仅执行一次，而是反复不断地重复执行，直到可编程控制器停机或切换到STOP 工作状态。

下面用一个简单的例子来进一步说明可编程序控制器的扫描工作过程。图2.1所示的PLC的输入输出接线图，起动按钮SB1和停止按钮SB2的常开触点分加别接在编号为X000和X001的可编程控制器的输入端，接触器KM的线圈接在编号为YO00的可编程控制器的输出端。图(b)是这3个输入/输出变量对应的I/O映像寄存器。图（c）是可编程控制器的梯形图，它与图2.1所示的继电器电路的功能相同。但是应注意，梯形图是一种程序，是可编程控制图形化的程序。图中的X000等是梯形图中的编程元件，XO00与X001是输入继电器，Y000是输出继电器。编程元件X000与接在输入端子XO00的SB1的常开触点和输入映像寄存器XO00相对应，编程元件Y000与输出映像寄存器Y000和接在输出端子Y000的可编程控制器内部的输出电路相对应。

(a) (b) (c) (d)

图2-1 PLC的外部接线图与梯形图

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图2-2 PLC控制系统的硬件结构图

梯形图以指令的形成储存在可编程控制器的用户程序存储器中，梯形图与下面的4条指令对应“；”之后是该指令的注解。

LD X000 ；接在左侧母线上的X000的常开触点。

OR Y000 ；与X00O的常开触点并联的Y000的常开触点。

ANI X001 ；与并联电路串联的X001的常闭触点。

OUT Y000 ；Y000的线圈。

在输入处理阶段，CPU将SB1，SB2的常开触点的状态读入相应的输入映像寄存器，外部触点接通时存入寄存器的是二进制数“1”，反之存入“0”。

执行第一条指令时，从输入映像寄存器X000中取出二进制数并存入运算结果寄存器。

执行第二条指令时，从输出映像寄存器Y000中取出二进制数，并与运算结果寄存器中的二进制数相“或”（触点的并联对应“或”结算），然后存入运算结果寄存器。

执行第三条指令时，取出输入映像寄存器X001中的二进制数，因为是常闭触点，取反后与前面的运算结果相“与”（电路的串联对应“与”运算），然后存入运算结果寄存器。

在输出处理阶段，CPU将各输出映像寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来，如果输出映像寄存器Y000中存放的是二进制数“1”，外接的KM线圈将通电，反之将断电。

X000，X001和Y000的波形高电平表示按下按钮或KM线圈通电,当T

的状态没有变化,用户程序确在一直反复不断地执行着。T=T1时按下起动按钮SB1，X0变为“1”状态，经逻辑运算后Y000变为“1”状态，在输出处理阶段，将Y000对应的输出映像寄存器中的“1”送到输出模块，将可编程控制器内Y000对应的物理继电器的常开触点接通，使接触器KM的线圈通电。

2．2控制方法分析

(1)工作原理

步进电机是将给定的电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。给定一个电脉冲信号，步进电机转子就转过相应的角度，这个角度就称作该步进电机的步距角。目前常用步进电机的步距角大多为1.8度（俗称一步）或0.9度（俗称半步）。以步距角为0.9度的进步电机来说，当我们给步进电机一个电脉冲信号，步进电机就转过0.9度；给两个脉冲信号，步进电机就转过1.8度。以此类推，连续给定脉冲信号，步进电机就可以连续运转。由于电脉冲信号与步进电机转角存在的这种线性关系，使得步进电机在速度控制、位置控制等方面得到了广泛的应用.步进电机的位置控制是靠给定的脉冲数量控制的。给定一个脉冲，转过一个步距角，当停止的位置确定以后，也就决定了步进电机需要给定的脉冲数。其工作原理如下：

设A相首先通电，转子齿与定子A、A′对齐。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，转子将转到两个磁拉力平衡为止。即转子顺时针转过了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，转子从图(b)的位置又转过了15°。这样，如果按A→A、B→B→B、C→C→C、A→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→A、C→C→C、B→B→B、A→A…的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。

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图 2-3 步进电机通电方式原理图

（2）控制方案

（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

反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB

（2）用7个开关控制其工作

#1开关控制其运行 ( 启 )。

#2开关控制其运行 ( 停 )。

#3 号开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.5 s)。

#4 号开关控制其中速运行 (转过一个步距角需 0.1 s)。

#5 号开关控制其高速运行 (转过一个步距角需 0.04 s)。

#6 号开关控制其转向 ( ON 为正转 )。

#7 号开关控制其转向 ( OFF 为反转)。

2．3 I/O分配

步进电动机以最常用的三相六拍通电方式工作，并要求步进电动机设有快速、慢速控制、正反转及单步控制4种控制方式。根据要求，可选用C28P—CDT—D 的PLC进行控制并设计出步进电动机的PLC控制系统I/O接线图。