三相六拍步进电机PLC梯形图控制程序设计与调试

现代控制技术及PLC控制课程设计

姓名

学号

班级机电

专业机械电子工程

院别机械工程学院

指导教师

2013年7月5日

内容摘要

步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点,所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。目前,比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。但采用单片机控制, 不仅要设计复杂的控制程序和I /O 接口电路, 实现比较麻烦, 而且对工业现场的恶劣环境适应性差, 可靠性不高。

使用PLC可编程控制器实现三相六拍步进电动机驱动，可使步进电动机东芝的抗干扰能力强，可靠性高，同时，由于实现了模块化结构，是系统结构十分灵活，而且编程语言简短易学，便于掌握，可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。

本设计是利用PLC做三相六拍步进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现对步进电机正,反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。其次可以通过对按钮的控制来实现对高，低速度的控制。充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计最重要的一条原则。本设计更加便于实现对步进电机的制动化控制。

目录

1引言 (1)

2系统总体方案设计 (2)

2.1系统硬件配置及组成原理 (2)

2.2 方案原理分析 (3)

2.3 可行性研究 (3)

2.4 设计思想 (3)

3 控制系统设计 (4)

3.1 控制程序图及软件模块 (4)

3.2 梯形图程序设计与梯形图 (5)

3.3 三相六拍步进电机控制语句表 (9)

3.4 PLC接线图与主电路图 (10)

4 心得体会 (11)

5 参考文献 (12)

引言

课题内容

用PLC控制三相六拍电动机，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．就有两种转速：

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。

4．要求步进电动机转动100个步距角后自动停止运行。

2.课题要求

1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC 硬件配置电路。

2、根据控制要求，编制PLC应用程序。

3、编写设计说明书，内容包括：

①设计过程和有关说明。

②基于PLC的电气控制系统电路图。

③ PLC控制程序（梯形图和指令表）。

④电器元器件的选择和有关计算。

⑤电气设备明细表。

⑥参考资料、参考书及参考手册。

⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。

系统总体方案设计

一、系统硬件配置及组成原理：

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。

二、方案原理分析

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）要求步进电动机转动100个步距角后自动停止运行。

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。

三、可行性研究

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。

四、设计思想

步进电机的速度控制是通过改变输入脉冲的频率高低实现的。当发生脉冲的频率减小时，步进电机的速度就下降,当频率增加时，速度就加快。还可以用过频率的改变来提高步进电机的位置精度。以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。