(完整版)基于PLC的步进电机的控制毕业设计

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毕业设计（论文）报告题目基于PLC的步进电机的控制基于PLC的步进电机的控制摘要：小型PLC在编程，IO扩展，通讯接口，开关量和模拟量的调节以及一些特殊功能模块如高速计数输入和脉冲输出的应用上已经基本满足用户的需求了。

但随着应用需求及关联产品技术性能的提升，PLC将继续得已完善和发展。

本文主要论述了步进电机的原理及驱动方法，并在S7-200 PLC的基础上，对步进电机进行控制。

本设计选用PLC控制两相混合式步进电机，在PLC编程的基础上用按钮开关控制步进电机的启动、正转、反转等基本功能。

关键词：S7-200 PLC 两相混合式步进电机PLC编程Control of stepping motor based on PLCAbstract: In the field of programming, IO expansion, Communication interface, adjustments of switches and simulation and some special function modules such as the application of requirements and related technical performance.This article chiefly discusses the principle and driven approach of the stepping motor, and the S7-200 PLC. The article is about , it can function as: start,positive rotation，inversion.Key words: S7-200 PLC two-phase ，功耗小于25V A。

由于体积小，PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备。

2.3 PLC的系统构成PLC实际上是一种工业控制计算机。

它的硬件结构与一般微机相似，主要由主机、IO扩展机、外围设备三部分组成，2.3.1 主机主机由CPU（微处理器）、存储器、输入输出单元、电源等部分组成。

CPU是PLC的核心，其作用类似于人的大脑。

它能够识别用户按特定格式输入的指令，并按照指令完成预定的控制任务。

另外，它还能识别用户所输入的指令序列的格式和语法错误，还具有系统测试与诊断功能。

PLC的存储器有两种：系统程序存储器和用户程序存储器。

系统程序存储器主要用于存放系统正常工作所必须的程序，如系统诊断程序、键盘输入处理程序、指令解释程序、监控程序等。

这些程序与用户无直接关系，已由厂家直接固化进EPROM中，不能由用户直接存取、修改。

用户程序存储器主要存放用户程序（用户利用PLC的编程语言按不同控制要求所编制的控制程序或数据，这相当于设计继电器控制系统硬接线的控制电路图），可通过编程器进行修改。

输入输出（IO）单元是PLC与输入控制信号和被控制设备连接起来的部件，输入单元接收从开关、按钮、继电器触点和传感器等输入的现场控制信号，并将这些信号转换成CPU能接收和处理的数字信号。

输出单元接收经过CPU处理过的输出数字信号，并把它转换成被控制设备或显示装置所能接收的电压或电流信号，以驱动接触器、电磁阀和指示器件等。

电源部件是把交流电转换成直流电的装置，它向PLC提供所需要的直流电源。

电源组件具有很高的抗干扰能力，适合工业现场使用，供电稳定、安全可靠。

电源组件内还装有备用锂电池，以保证在断电时保存必要的信息。

PLC还有各种接口，PLC通过这些接口可与监视器、打印机、其它的PLC或计算机等相连。

2.3.2 IO扩展机每种PLC都有与主机相配的扩展模块，用来扩展输入、输出点数，以便根据控制要求灵活组合系统。

PLC扩展模块内不设CPU，仅对IO 通道进行扩展，不能脱离主机独立实现系统的控制要求。

2.3.3 外部设备外部设备包括编程器、盒式磁带机、打印机、EPROM写入器、图形监控系统等。

其中编程器是PLC必不可少的重要外围设备，由键盘、显示器、工作方式选择开关和外存储器接插口等部件组成，主要用于对用户程序进行输入、检查、调试和修改，并用来监视PLC的工作状态。

编程器有简易型和智能型两类。

简易型编程器只能联机编程，且需将梯形图转化为助记符后才能送入。

智能型编程器又称图形编程器，它既可联机编程，又可脱机编程，具有图形显示功能，可直接输入梯形图和通过屏幕对话，但价格较贵。

现在也可在个人计算机上填加适当的硬件接口，利用生产厂家提供的编程软件包就可将计算机作为编程器使用，而且还可以在计算机上实现模拟调试。

PLC与打印机相连可将过程信息，系统参数等输出打印。

当与监视器相连时可将控制过程图象显示出来。

当PLC与PLC相连时，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。

当PLC与计算机相连时，可组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合系统。

2.4高速脉冲输出功能脉冲输出（PLS）指令功能为：使能有效时，检查用于脉冲输出（Q0.0或Q0.1）的特殊存储器位（SM），然后执行特殊存储器位定义的脉冲操作。

指令格式如表2-1所示。

表2-1 脉冲输出（PLS）指令格式冲输出（Q0.0或Q0.1）的特殊存储器（1）控制字节和参数的特殊存储器每个PTOPWM发生器都有：一个控制字节（8位）、一个脉冲计数值（无符号的32位数值）和一个周期时间和脉宽值（无符号的16位数值）。

这些值都放在特定的特殊存储区（SM），如表4所示。

执行PLS 指令时，S7-200读这些特殊存储器位（SM），然后执行特殊存储器位定义的脉冲操作，即对相应的PTOPWM发生器进行编程。

表2-2 脉冲输出（Q0.0或Q0.1）的特殊存储器通过修改脉冲输出（Q0.0或Q0.1）的特殊存储器SM区（包括控制字节），既更改PTO或PWM的输出波形，然后再执行PLS指令。

注意：所有控制位、周期、脉冲宽度和脉冲计数值的默认值均为零。

向控制字节（SM67.7或SM77.7）的PTOPWM允许位写入零，然后执行PLS指令，将禁止PTO或PWM波形的生成。

（2）状态字节的特殊存储器除了控制信息外，还有用于PTO功能的状态位，如表2所示。

程序运行时，根据运行状态使某些位自动置位。

可以通过程序来读取相关位的状态，用此状态作为判断条件，实现相应的操作。

2.4.2 PTO的使用PTO是可以指定脉冲数和周期的占空比为50%的高速脉冲串的输出。

状态字节中的最高位（空闲位）用来指示脉冲串输出是否完成。

可在脉冲串完成时起动中断程序，若使用多段操作，则在包络表完成时起动中断程序。

（1）周期和脉冲数周期范围从50微秒至65,535微秒或从2毫秒至65,535毫秒，为16位无符号数，时基有μs和ms两种，通过控制字节的第三位选择。

注意：如果周期< 2个时间单位，则周期的默认值为2个时间单位。

周期设定奇数微秒或毫秒（例如75毫秒），会引起波形失真。

脉冲计数范围从1至5，为32位无符号数，如设定脉冲计数为0，则系统默认脉冲计数值为1。

（2）PTO的种类及特点PTO功能可输出多个脉冲串，现用脉冲串输出完成时，新的脉冲串输出立即开始。

这样就保证了输出脉冲串的连续性。

PTO功能允许多个脉冲串排队，从而形成流水线。

流水线分为两种：单段流水线和多段流水线。

单段流水线是指：流水线中每次只能存储一个脉冲串的控制参数，初始PTO段一旦起动，必须按照对第二个波形的要求立即刷新SM，并再次执行PLS指令，第一个脉冲串完成，第二个波形输出立即开始，重复此这一步骤可以实现多个脉冲串的输出。

单段流水线中的各段脉冲串可以采用不同的时间基准，但有可能造脉冲串之间的不平稳过渡。

输出多个高速脉冲时，编程复杂。

2.5 PLC的选择选择西门子S7-200 CPU224 的PLC。

2.5.1 CPU224本机集成了：(1) 14 输入10输出，共24个数字量IO点；(2) 可连接7个扩展模块，最大可扩展至168 路数字量IO点或35路模拟量IO点；（3 ) 13KB程序和数据存储空间；（4）6个独立的30kHZ高速计数器，2路独立的20kHZ高速脉冲输出；(5) 具有PID控制器；(6) 1个RS485通信编程口；(7) 具有PPI通信协议；(8) 具有MPI通信协议；(9) 具有自由方式通信能力；(10) IO端子排可很容易地整体拆卸。

2.5.2 工作方式S7-200 有3种工作方式：RUN(运行) 、STOP(停止) 、TERM(terminal ,终端) 工作方式，可通过安装在PLC 上的方式选择开关进行切换。

(1) RUN 方式：在RUN方式下，CPU执行用户程序。

(2) STOP 方式：在STOP方式下，不能运行用户程序，可以向CPU 装载用户程序或进行CPU设置。

(3) TERM方式：在TERM方式下，允许使用工业编程软件STEP 7-MicroWIN32来控制CPU的工作方式。

(4) 当电源断电又恢复后，如果方式选择开关在TERM或STOP 状态下，CPU自动进入STOP方式；如果方式选择开关在RUN状态下，则CPU 自动进入RUN方式。

2.5.3 扫描周期在RUN方式下，系统周期性地循环执行用户程序。

PLC在每次扫描工作过程中除了执行用户程序外，还要完成内部处理、通信服务等工作。

整个扫描过程包括内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新5个阶段。

整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。

即全部输入输出状态的改变，需要一个扫描周期。

2.5.4 性能简介及特点S7-200 PLC 是德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程器，它能够满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，可代替继电器用于简单控制场合，也可用于复杂的自动化控制系统。

S7-200系列主要有以下几个方面的特点：(1)极高的可靠性；(2)易于掌握；(3)极其丰富的指令集；(4)便捷的操作特性；(5)实时特性；(6)丰富的内置集成功能；(7)强大的通信能力；(8)丰富的扩展模块。

附：见图2.1图2-1 S7-200CPU224PLC的结构图2.6 PLC技术在步进电机控制中的应用随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围。

继续沿着小型化的方向发展。

随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小。

对电动机进行综合设计。

即把转子位置传感器，减速齿轮等和电动机本体综合设计在一起，这样使其能方便地组成一个闭环系统，因而具有更加优越的控制性。