五相十拍步进电动机控制-PLC课程实验报告

P L C 控制技术课程设计说明书
专 业 ： 班 级 ： 学 号 ： 姓 名 ： 指导教师 ： 提交日期 ：
JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
目录
第一部分设计任务和要求
1.1 PLC系统设计内容与步骤 (3)
1.2 系统控制要求 (3)
第二部分设计方案
2.1 总体设计方案说明 (4)
2.2 PLC系统组成方框图 (5)
第三部分系统硬件设计
3.1PLC的选型和硬件配置 (6)
3.2主电路设计 (6)
3.3输入输出地址分配 (6)
3.4PLC的控制电路 (7)
第四部分 PLC控制软件设计与调试
4.1系统程序设计 (7)
4.2调试结果与分析 (10)
第五部分课程设计总结 (10)
第六部分参考文献 (11)
第一部分设计任务和要求
1.1 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。

1.2 系统控制要求
五相十拍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（正反转情况不同）才完全符合要求。

因为要可以实现停止其工作，所以在程序中要在适当的时候对五个绕组进行复位，这样一来，程序的基本框架就出来了。

2.2PLC控制系统组成方框图
图1-1 程序结构框图
第三部分系统硬件设计
3.1 PLC的选型及硬件配置
根据设计要求，可选择S7-200型号的PLC主机，就可以完成5进5出的程序设计
硬件配置：PLC主机一台，220V交流电源，24V直流电源各一个，五相十拍步进电动机一台，五个开关，导线若干。

3.2 主电路设计
图1-2 实物主电路连接图
3.3 输入输出地址分配
五相十拍步进电动机五个绕组工作在输出端和PLC五个输入开关在PLC中的编址如下：
表1-1 PLC外部I/O地址分配表
3.4PLC的控制电路
图1-3 PLC外部I/O接线图
第四部分PLC控制软件设计与调试
4.1系统程序设计
程序梯形图如图1-1所示，其中X1：启动/停止开关（ON时启动，OFF停止），X2：低速运行开关，X3：中速运行开关，X4：高速运行开关，X5：正/反转（ON
时正转，OFF时反转）。

图1-4 程序梯形图
4.2调试结果与分析
程序编制好了以后，下一个步骤就是调试与分析，开始调试时，遇到以下两个问题
问题1：低速和中速都正常，一旦运行了高速之后，就再也不会继续工作了，即使重启电源，也不会工作，为什么会出现这一现象呢？
分析：分析后才知道，我们所用的T246，T247都是延时性的定时器，在它们工作完后都要对它们进行复位，果然，加了复位条件后，程序果然
能够持续稳定的工作。

问题2：但是有会出现另一问题，就是会出现有11种状态，额余状态时五个绕组都不工作的状态，正反转都有这种情况:。

分析：仔细分析后才知道，是移位信号的控制出现了一点问题，开始我们用的是M1~M10的常闭触点来控制移位信号M0，只有当M1~M10十个
继电器都失电时，M0才有有效信号输入，才能控制移位，因此，我们
去掉了M10，只用前九个继电器来控制移位信号，这时再次运行，结
果正转完全符合要求，但是反转就会缺失一些状态，这样我们就考虑
分别用两个不同的继电器来控制其正反转的移位信号，这时只需在反
转时去掉M1(保留M10)，再来运行，结果完全符合要求。

第五部分课程设计总结
通过本次课程设计，我们不仅巩固了已经学过的相关PLC知识，还从结构硬件上更进一步的了解了五相十拍步进电动机的内部结构和工作原理，但是设计的过程却不是一马平川的，总会遇到一些问题，从程序开始设计一直到调试成功为止，我们前后遇到三个较大一点的问题，在仔细分析后，修改程序，再次调试最终成功了。

此次设计中，我们前一天的时间主要用来编制程序，在编制程序时，遇到的第一个问题就是如何实现十种工作状态间按要求自动转换，这让我们想到了书上讲到的移位指令及其应用，并且在后来设计正反转也用的上，这个问题解决后，随之而来就是实现低中高三速运行模式，这里低中速好说，但是高速运行时要求相邻状态间间隔0.03S，用一般的定时器无法实现，所以我们就选用了延时性的定时器T246和T247，这样在所用问题基本上解决了的情况下，我们满怀信心的调试程序，可是调试过程却充满荆棘。

第一次调试，开始电动机工作正常，当变成高速运行时，电动机只工作了一个周期后就停止了，即使我们重新启动电源，它还是不工作，问题无疑出在延时性定时器上，检查后才知道，我们没有对延时性定时器适时进行复位，再加上复位程序后，电动机终于可以循环工作了。

正在我们庆幸自己的成功时却发现，电动机工作状态有11个，有一个额余状态就是A,B,C,D,E五个绕组都没得电，我们自然想到了移位控制信号，纠正错误后，再次运行，终于成功了。

至此此次课程设计算是完成了一半，接下来就是完成课程设计的报告了，写报告时，我们上网查了好多关于五相十拍步进电动机的知识，从而使我们的报告得以顺利完成。

在这次试验课程设计中，我们遇到好多问题，在询问了我们的指导老师刘冬
梅老师后，让我们的设计可以持续往正确方向进行，每次问刘老师问题，她都乐于和我们耐心的讲解，而且讲的很详细，在此我们要对她表示感谢。

经过了这次课程设计，我们真正懂得了如何去发现问题，如何去正确解决问题，所以我认为这次设计我们成功了！
第六部分参考文献
（1）郁汉琪郭建主编的《可编程控制器原理及应用》P26，P285
（2）百度文献《五相十拍步进电动机》。