1、目錄摘要.2第一章引言.3第二章系統總體方案設計. 42.1 程序設計的基本思路. 42.2 五相步進電動機的控制要求. 42.3 方案原理分析.42.3.1功能要求. 42.3.2 性能要求. 5第三章PLC 控制系統設計. 63. 1 輸入輸出編址. 63.2 選擇 PLC 類型.63.3 PLC 外部接線圖.73.4 控制流程. 73.5 梯形圖程序設計.83.5.1 步進控制設計. 93.5.2 梯形圖設計. 113.6 語句表. 173.7 主電路圖. 183.8 電機正反轉控制圖. 183.9 元件清單. 193.10 元件布置圖. 19總結.20參考文獻20摘要步進電機是一種控制

2、精度極高的電機，在工業上有著廣泛的應用。步進電動機具有 快速起停、精確步進和定位等特點，所以常用作工業過程控制及儀器儀表的控制元件。 基于 PLC控制的步進電動機具有設計簡單，實現方便，參數設計置靈活等優點。矩角 特性是步進電機運行時一個很重要的參數，矩角特性好，步進電機啟動轉矩就大，運行 不易失步。改善矩角特性一般通過增加步進電機的運行拍數來實現。 本文主要是介紹采 用可編程控制器(PLC)對五相十拍步進電機進行控制的設計原理及方法進行分析。本文詳細的介紹了用 PLC 控制步進電機系統的原理， 及硬件和軟件設計方法。 其內容主要包 括 I/O地址分配、PIC 外部接線圖、控制流程圖、主電路圖

3、、梯形圖、元件清單以及語 句表。本文設計過程中使用了十六位移位寄存器，大大簡化了程序的設計，使程序更間 湊，方便了設計。在實際應用中表明此設計是合理有效的。關鍵詞：PLC ;梯形圖；元件清單；五相十拍步進電機第一章引言步進電機作為執行元件，是電氣自動化的關鍵產品之一，廣泛應用在各種自動化控 制系統和精密機械等領域。步進電動機具有快速起停、精確步進和定位等特點，所以常 用作工業過程控制及儀器儀表的控制元件。目前，比較典型的控制方法是用單片機產生 脈沖序列來控制步進電機。但采用單片機控制，不僅要設計復雜的控制程序和I/O 接口電路，實現比較麻煩。基于 PLC 控制的步進電動機具有設計簡單，實現方便

4、，參數設計 置靈活等優點。步進電機廣泛應用于對精度要求比較高的運動控制系統中，如機器人、 打印機、軟盤驅動器、繪圖儀、機械閥門控制器等。矩角特性是步進電機運行時一個很 重要的參數，矩角特性好，步進電機啟動轉矩就大，運行不易失步。改善矩角特性一般 通過增加步進電機的運行拍數來實現。第二章系統總體方案設計2.1 程序設計的基本思路在進行程序設計時，首先應明確對象的具體控制要求。由于CPU 對程序的串行掃描工作方式，會造成輸入輸出的滯后，而由掃描方式引起的滯后時間，最長可達兩個掃 描周期，程序越長，這種滯后越明顯，貝 U 控制精度就越低。因此，在實現控制要求的基 礎上，應使程序盡量簡潔、緊湊。另一方

5、面，同一控制對象，根據生產的工藝流程不同， 控制要求或控制時序會發生變化，此時，要求程序修改方便、簡單，即要求程序有較好 的柔性。以SIMATIC 移位指令為步進控制的主體進行程序設計，可較好的滿足上述設 計要求。2.2 五相步進電動機的控制要求：1 五相步進電動機有五個繞組：A、B、C、D、E ,正轉順序：ABCBSBCDCCDEDEDEAEAEABAB 反轉順序：ABCJBO BCD- CD-CDLDE DEA- EA EAB- AB2 用五個開關控制其工作：1 號開關控制其運行（啟/停）。2 號開關控制其低速運行（轉過一個步距角需 0.5 秒）。3 號開關控制其中速運行（轉過一個步距角需

6、 0.1 秒）。4 號開關控制其低速運行（轉過一個步距角需 0.03 秒）。5 號開關控制其轉向（ON 為正轉，OFF 為反轉）。2. 3 方案原理分析2.3.1 功能要求對五相六拍步進電機的控制，主要分為兩個方面：五相繞組的接通與斷開順序控制。 正轉順序：ABOBC BCDCCDDiDEAEA EABAB反轉順序：ABC- BO BCD- CD CD DE DEA- EA EAB AB以及每個步距角的行進速度。圍繞這兩個主要方面，可提出具體的控制要求如下：（1）可正轉或反轉；（2）運行過程中，正反轉可隨時不停機切換；（3）步進三種速度可分為高速（0.05S），中速（0.3S）,低速（0.5S

7、）三檔，并可隨時 手控變速；232 性能要求在實現控制要求的基礎上，應使程序盡量簡潔、緊湊。另一方面，同一控制對象， 根據生產的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發生變化，此時，要求程序修改方便、 簡單，即要求程序有較好的柔性。第三章PLC控制系統設計3.1 輸入輸出編址控制步進電機的個輸入開關及控制 A、B、C、D、E 五相繞組工作的輸出端在 PLC 中的I/O 編址如表 1 所示。表 1 I/O 地址分配表輸入點輸出點元件名稱符號地址編碼元件名稱符號地址編碼啟/停開關SB1I0.0A 繞組AQ0.00.5s 低速運行開關SB2I0.1B 繞組BQ0.10.1s 中速運行開關SB3I0.2C

8、 繞組CQ0.20.03s 高速運行開關SB4I0.3D 繞組DQ0.3控制轉向開關QSI0.4E 繞組EQ0.43.2 選擇 PLC 類型根據上圖的 I/O 分配表通過查閱手冊選擇 S7-200 CPU222 基本單元（8 入/6 出）13.3 PLC 外部接線圖PLC 外部接線圖的輸入輸出設備、負載電源的類型等的設計就結合系統的控制要求 來設定。步進電動機采用五相十拍控制外部接線圖如圖31 所示。圖 3 1 步進電動機采用五相十拍控制外部接線圖3.4 控制流程圖由于上述具體控制要求，可作出步進電機在運行時的程序框圖， 如圖 32 所示。以 工作框圖為基本依據，結合考慮控制的具體要求，首先可

9、將梯形圖程序分為4 個模塊進行編程，即模塊 1:步進速度選擇；模塊 2:起動、停止；模塊 3:正轉、反轉；模塊 4: 移位控CPU222220V AC制功能模塊；模塊：5: A、B、C、D、E 五相繞組對象控制。然后，將各模塊進 行連接，最后經過調試、完善、實現控制要求。圖 32 控制流程圖表 3.1 移位寄存器輸出狀態及步進電機繞組狀態真值表（正轉）3.5 梯形圖程序設計3.5.1 步進控制設計采用移位指令進行步進控制。首先指定移位寄存器 MWO,按照五相十拍的步進順 序，移位寄存器的初值見表 2。表 2 移位寄存器初值M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.1M0.0

10、100000000每右移 1 位，電機前進一個布局角（一拍），完成十拍后重新賦初值其中 M1.2、M1.3、M1.4、M1.5、M1.6 和 M1.7 始終為“ 0”。據此，可作出移位寄存器 輸出狀態及步進電機正反轉繞組的狀態真值表，如表 3.1、3.2 所示。從而得出五相繞組 的控制邏輯關系式：正轉時A 相 Q0.0=M1.1+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0B 相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.7+M0.1+M0.0C 相 Q0.2=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.5D 相 Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5+M0.4+M0.3E 相 Q0.4= M0.5+M

11、0.4+M0.3+M0.2+M0.1反轉時A 相 Q0.0=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.0B 相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.2+M0.1+M0.0C 相 Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0D 相 Q0.3=M0.6+M0.5+M0.4+M0.3+M0.2E 相 Q0.4=M1.0 +M0.7+M0.6+M0.5+M0.4移位寄存器 MWO正轉M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE100000000011100010000000001100001000000001110000100000000

12、110000010000000111000001000000011000000100010011000000010010001000000001011001000000000111000表 3.2 移位寄存器輸出狀態及步進電機繞組狀態真值表（反轉）移位寄存器 MW0反轉M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE100000000011000010000000011001001000000010001000100000010011000010000000011000001000000111000000100000110000000010001110

13、000000001001100表 3.1 移位寄存器輸出狀態及步進電機繞組狀態真值表（正轉）0000000001111003.5.2 梯形圖設計啟停使用單按鈕控制。梯形圖設計如下，首先，按SB2（SB3 或 SB4）初次選擇一種步進速度，五相步進電動機的速度由定時器 T33 控制，把三個值 50、10、3 分別送到 VW10（可得到低速、中速、高速三種速度。再按SB1, M2.0 得電，移位寄存器賦初值，電機開始轉動，且定時器開始計時，到設定值時，T33 得電動作，移位寄存器值右移一位，C21 計數一次，然后 T33 重新計時。計數十次后動作 C21 使移位寄存器重新賦值， 依次循環。QS 控

14、制正反轉，ON 時 I0.4 得五相步進電動機正轉，OFF 時 I0.4 失電五相 步進電動機為反轉。再按一下SB1, C20 動作，M20 失電，C21 復位電機停止轉動。3.6 語句表3.7 主電路圖3.8 電機正反轉控制圖3.9 元件清單控制主電路器件清單序號符號名稱型號單位數量單價總價（元）1CPU222XPPLC6ES7214-2BD23-0XB8臺1190019002M步進電機86BYGH5430臺13603603FU熔斷器rm10個23.97.84SB按鈕開關Ia19-11d個52.6135QS刀開關HD11F-100A/38個150506KM交流接觸器CJX2-0901個220

15、.5417KT時間繼電器H3Y-2個412.5508FR斷路器5SJ6320-7CC20個1105.3105.33.10 元件布置圖KK11線槽步進電機驅動器總結通過學習 PLC 理論課程后， 在做課程設計能檢測我的學習成果和知道自己的不足，此次設計每個人一個題目。由于平時大家都是學理論，沒有過實際設計和調試的經驗， 拿到的時候都不知道怎么做。但通過各方面的查資料并學習。我基本學會了PLC 設計的步聚和基本方法。也鍛煉了自己獨立做事的能力，怎么去查找資料，怎么去利用手中的 資料，怎么樣很好的寫一篇 PLC 論文。在這次設計實踐之中，我學會了 PLC 的基本編程方法，對 PLC 的工作原理和使用方 法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質，在沒有做實踐設 計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節不加重視。在課程設計過程中我 了解到，PLC并不是一門單一的編程技術，它是一門系統專業課程。PLC 可以廣義的認為是一臺背嵌入操作系統的高可靠性 PC 機。首先需要精深 PLC 本