三相六拍步进电机PLC控制系统设计

电气工程学院课程设计说明书

设计题目：三相六拍步进电机PLC控制系统设计系别：电气工程学院

年级专业：应用电子

学号：

学生姓名：

指导教师：

电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC课程设计

说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科

摘要

步进电机广泛应用于数控机床，加工中心等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，在国民经济各个领域都有应用。PLC(可编程序控制器）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一门新兴技术，是实现工业生产、科学研究以及其他各个领域自动化的重要手段之一，应用十分广泛，是现代工业控制的三大支柱之一。本设计是用PLC实现三相六拍步进电机驱动过程控制，使步进电机动作的抗干扰能力强、可靠性高，而且系统构成十分灵活，便于在线修改。

关键词：步进电机 PLC 三相六拍

目录

第一章课题任务分析 (3)

三相六拍步进电机概况 (3)

三相六拍步进电机的选择 (4)

用PLC控制三相六拍步进电机的设计要求 (5)

第二章三相六拍步进电机的驱动控制 (6)

驱动电源的组成 (6)

驱动电源各部分简介 (6)

第三章硬件设计 (8)

确定I/O点数及PLC机的选择 (8)

控制系统的I/O口及地址分配 (8)

I/O端子接线图 (9)

第四章软件设计 (10)

转速的控制 (10)

正反转控制 (10)

状态转移图 (11)

步进梯形图 (12)

指令表 (18)

第五章心得体会 (20)

参考文献 (21)

第一章课题任务分析

三相六拍步进电机概况

一般电机都是连续旋转，而步进电机却是一步一步转动的，故叫步进电机。步进电机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，该电机就转过一定的角度，因此步进电机是一种把脉冲信号变为角度位移的执行元件。

步进电机有多种通电方式，以下介绍三相六拍步进电机通电方式的基本原理（以转子四个齿为例，即齿距角为90°）：

相通电、B相通电相通电、C相通电

图1 三相六拍步进电机通电时转子位置

设A相首先通电，转子齿与定子A、A′对齐（图1a）。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，转子转到两个磁拉力平衡为止，这时转子的位置如图1b所示，即转子从图1a位置顺时针转过了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（图1c），转子从图1c的位置又转过了15°，其位置如图1d所示。这样，如果按A→AB→B→BC→C→CA→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→AC→C→CB→B→BA→A…的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。

采用六拍方式时，转子走六步前进一个齿距角，即每走一步前进六分之一齿距角，因此步距角θ的计算公式为：

θ＝360°/Zr×m

Zr是转子齿数，m是运行拍数。

一般步进电机最常见的步距角是3°或1．5°。由上式可知，转子上不只4个齿（齿距角90°），而是20个齿（齿距角为18°）或40个齿（齿距角为9°）。为了使转子齿与定子齿对齐，两者的齿宽和齿距必须相等。因此，定子上除了6个极以外，在每个极面上还有很多小齿。

由上面介绍可知，步进电机具有结构简单、维护方便、精确度高、起动灵敏、停车准确等性能。此外，步进电动机的转速决定于电脉冲频率，并与频率同步。

三相六拍步进电机的选择

步进电机的种类很多，本设计中选择36BF02型反应式步进电机作为控制对象，其结构图如下所示。反应式步进电机有如下特点：

①精度为步进角的3-5%，且不累积。

②外表允许的最高温度在摄氏80-90度。

③力矩随转速的升高而下降。

④低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。

图2 单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理图用PLC控制三相六拍步进电机的设计要求

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，且正、反转切换无须经过停车步骤。3．具有两种转速：

高速：转过一个步距角需秒

低速：转过一个步距角需秒

第二章三相六拍步进电机的驱动控制

步进电动机需配置一个专用的电源供电，电源的作用是让电机的控制绕组按照特定的顺序通电，即受输入的电脉冲控制而动作，这个专用电源称为驱动电源。步进电机及其驱动电源是一个互相联系的整体，步进电机的运行性能是由电动机和驱动电源两者配合所形成的综合效果。

驱动电源的组成

在步进电机控制系统中，步进电机作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种控制中。对于步进电动机来讲，它受控于脉冲量，比直流电机或交流电机组成的开环精度高，适用于精度要求不太高的机电一体化伺服传动系统。

步进电机的驱动电源开环控制基本上由脉冲发生器、脉冲分配器和脉冲放大器（也称功率放大器）三部分组成，如图3所示。

指令脉冲

输出图3 步进电机的驱动电源开环控制

驱动电源各部分简介

（1）脉冲发生器

脉冲发生器是一个脉冲频率由几赫兹到几千赫兹可连续变化的脉冲信号发生器。脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号为方波信号。