五相十拍步进电机plc控制技术

P L C控制技术课程设计说明书

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2016年6 月7日

内容摘要

本文主要是介绍采用可编程控制器(PLC) 对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方法进行分析。其中步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，是一种控制精度极高的电机,常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。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。

本文详细的介绍了用PLC控制步进电机系统的原理，及硬件和软件设计方法。其内容主要包括I/O地址分配、PIC外部接线图、控制流程图、主电路图、梯形图、元件清单以及语句表。本文设计过程中使用了十六位移位寄存器，大大简化了程序的设计，使程序更间凑，方便了设计。在实际应用中表明此设计是合理有效的。

关键词: PLC，五相十拍步进电机，梯形图

引言

步进电动机是一种控制精度极高的电动机, 在工业上有着广泛的应用。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。基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，参数设计置灵活等优点。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。本文主要是介绍采用可编程控制器(PLC) 对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方法进行分析。本文详细的介绍了用PLC控制步进电机系统的原理，及硬件和软件设计方法。其内容主要包括I/O地址分配、PIC外部接线图、控制流程图、梯形图以及语句表。本文设计过程中使用了十六位移位寄存器，大大简化了程序的设计，使程序更间凑，方便了设计。在实际应用中表明此设计是合理有效的

对五相十拍步进电机的控制，主要分为两个方面：五相绕组的接通与断开顺序控制。正转顺序：ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB 反转顺序：ABC←BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB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、可正转或反转；

2、运行过程中，步进三种速度可分为高速（0.05S），中速（0.3S）,低速（0.5S）三档，并可随时手控变速；

由于CPU对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，最长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就越低。因此，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。以移位寄存器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。

目录

第一部分设计任务和要求 (1)

1.1 实验目的： (1)

1.2 PLC系统设计内容与步骤 (1)

1.3 五相十拍步进电动机的控制要求： (2)

第二部分设计方案 (2)

2.1 总体设计方案说明 (3)

2.2 PLC控制系统组成方框图 (4)

第三部分系统硬件设计 (4)

3.1 PLC的选型及硬件配置 (4)

3.2输入输出地址分配 (4)

3.3 PLC的控制电路 (5)

第四部分 PLC控制软件设计与调试 (5)

4.1 系统程序设计 (5)

4.2实验调试步骤： (11)

4.3调试结果与分析 (11)

第五部分：元件清单 (12)

第六部分结论 (12)

第七部分设计总结 (13)

第八部分：参考文献 (14)

第一部分设计任务和要求

1.1 实验目的：

PLC构成五相十拍步进电机模拟控制系统

1.2 PLC系统设计内容与步骤

PLC课程设计主要步骤如下：

1、分析被控对象的工艺条件和控制要求。被控对象是指受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。在进行系统设计时，首先需要深入了解被控对象的特点、控制过程与要求等。确定被控对象与PLC之间的输入、输出关系。控制要求主要指控制系统的基本方式、应完成的动作等，同时要注意必要的保护和连锁等

2、选择I/O设备。根据控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备的具体型号、数量等。常用的输入设备有按钮、限位开关，传感器等；常用的输出设备有继电器、接触器、电磁阀等。

3、选择PLC的型号。根据已选择的I/O设备，统计I/O点数，选择合适的PLC 类型，在选择时要考虑所需机型的容量大小、I/O模块种类及电源类型等。

4、分配I/O点。只有分配PLC的I/O点后，方可进行程序设计。

5、程序设计，它是整个系统设计的核心工作，首先要熟悉控制要求，根据控制要求设计好梯形图程序。

6、输入程序后调试程序。调试过程中如果发现问题，则要采取措施逐一排除，直至调试成功。

7、编写技术文件。则要包括说明书、电气原理图，电气元件明细表，程序等。

1.3 五相十拍步进电动机的控制要求：

1.按下启动按钮，2S后A亮，然后B亮（A灭），C亮（B灭），D亮(C灭)，E 亮（D灭）……依次向下循环执行，间隔时间均为２Ｓ

2.五相步进电动机有五个绕组: A、B、C、D、E ,

正转顺序: ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB

反转顺序: ABC←BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB 3．用五个开关控制其工作：

1 号开关控制其运行 ( 启 / 停 )。

2 号开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.5 秒)。

3 号开关控制其中速运行 (转过一个步距角需 0.1 秒)。

4 号开关控制其高速运行 (转过一个步距角需 0.03 秒)。

5 号开关控制其转向 ( ON 为正转，OFF 为反转 )。

第二部分设计方案

2.1 总体设计方案说明

五相十拍步进电动机有五个绕组，分别为A,B,C,D,E。根据设计要求，可以将其一个工作过程（周期）分为十个相对独立的状态，这样就可以用辅助继电器来完成设计，又因为题目要求要用三个开关来控制电动机的低（X2），中（X3），高(X4)三个等级的转速，一个启动停止开关(X1),还有控制电动机正反转的开关（X5为ON则正转为OFF则反转），所以总体思路分别用X2，X3，X4来控制三个频率不等的脉冲信号，还有题目中要求高速运行时，时间间隔为0.03S，在做脉冲信号时，要用到延时性的定时器T246~T250。在用到延时性定时器时要注意对其进行复位，任何时刻只允许电动机工作在低中高速三种状态之一，所以，在编程时就用到X2，X3，X4三个开关相互互锁，要消工作在多种状态的冲突。因为有十种状态，所以考虑用以为指令，这也很好的解决了控制电动机正反转的问题，但是移位信号的控制用单纯的秒脉冲来控制是不行的，所以就用到PLS指令，将其转化为尖峰脉冲再来控制，另外，题目中没有出现5个绕组都不工作的情况，所以在控制移位信号时还应注意一下（正反转情