五相十拍(23)步进电机控制程序设计

机电传动与控制综合课程设计设计说明书设计题目: 五相十拍（2/3）步进电机

控制程序设计

院系名称： XXXXX学院专业班级： XXXXX

学生姓名： XXXXX 学号： XXXXX

指导教师： XXXXX

2012年12 月05 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;梯形图；元件清单；五相十拍步进电机

目录

第1章引言 (1)

第2章系统总体方案设计 (2)

2.1 程序设计的基本思路 (2)

2.2 五相步进电动机的控制要求 (2)

2.3 方案原理分析 (2)

第3章 PLC控制系统设计 (4)

3.1 设计流程分析 (4)

3.1.1 控制流程图 (4)

3.1.2电机工作过程图 (5)

3.2 I/O地址分配表 (5)

3.3 PLC外部接线图 (6)

3.4 主电路 (7)

3.5 元件清单 (8)

3.6 程序设计 (8)

3.6.1 步进控制设计 (8)

3.6.2 梯形图设计 (10)

3.7 调试说明 (11)

第4章设计总结 (12)

致谢 (13)

参考文献 (14)

附录 (15)

附录一程序梯形图 (15)

附录二程序语句表 (20)

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第1章引言

步进电机作为执行元件，是电气自动化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。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。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。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。

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。

下面介绍一种基于PLC的步进电机控制的方法。

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第2章系统总体方案设计

2.1 程序设计的基本思路

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。

2.2 五相步进电动机的控制要求

1．五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

2．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 号开关控制其低速运行(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)。

2.3 方案原理分析

在对五相十拍步进电机的控制中，主要分为两个方面：五相绕组的接通与断开顺序控制以及正反向调节和调速功能。

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

五相步进电动机有五个绕组：A、B、C、D、E，控制步进电动机五相十拍的时序图如图2-1所示。

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