五相十拍步进电动机控制程序

v .. . ..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 (5)1.1可编程控制器 (5)1.1.1 PLC的工作原理 (5)1.1.2可编程序控制器的组成 (6)1.1.3可编程序控制器的特点 (7)1.1.4可编程控制器的应用 (8)1.2步进电动机 (9)1.2.1 步进电机概述 (9)1.2.2步进电动机的特点 (9)1.2.3 步进电动机的基本原理及步距角的计算 (9)1.2.4 步进电动机的动态指标及术语 (10)2 软件设计 (11)2.1西门子S7-200介绍 (11)2.1.1 CPU22X型的选择 (11)2.1.2 S7-200元件的介绍 (12)2.2五相十拍步进电动机的PLC设计过程 (13)2.2.1 五相十拍步进电动机的控制要求 (13)2.2.2 PLC外部接线图 (14)2.2.3 I/O地址分配表 (15)2.2.4 程序设计 (16)3 硬件设计 (20)3.1环形分配器 (21)3.2功率放大器 (22)结束语 (23)参考文献 (24)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）数据处理现在的PLC指令系统不仅可以实现传统的逻辑运算及整数四则运算，还可以实现32位浮点复杂运算、ASCII码读写、矩阵处理、数据传送、移位、数据检索、BCD 及二进制码的相互转换，工程量转换等各项功能。

（5）网络通信为了实现PLC与远程之间、PLC之间、PLC与上位机之间及PLC与第三方产品之间的联系，PLC的网络通信功能已得到飞速发展，各PLC厂家都开发了自己的工业控制网络，如美国A-B公司PLC使用的DH+网、美国MODICON PLC使用的MB+网、德国SIEMENS PLC使用的SINEC1.2步进电动机1.2.1 步进电机概述步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。

1.2.2步进电动机的特点步进电机具有控制简便、定位准确等特点。

随着科学技术的发展,在许多领域将得到广泛的应用。

鉴于传统的脉冲系统移植性不好,本文提出微机控制系统代替脉冲发生器和脉冲分配器,用软件的方法产生控制脉冲,通过软件编程可以任意设定步进电机的转速、旋转角度、转动次数和控制步进电机的运行状态。

以简化控制电路,降低生产成本,提高系统的运行效率和灵活性。

在此基础上提出了双三拍步进电机程序控制的硬件接口电路、程序流程图和汇编程序。

1.2.3 步进电动机的基本原理及步距角的计算(1).步进电机的基本原理:步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在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，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR ）、永磁式步进电机（PM ）、混合式步进电机（HB ）和单相式步进电机等。

永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。

反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。