1、三相步進電機的PLC控制系統(tǒng)設計1.1 PLC控制步進電機發(fā)展的趨勢時至今日，軟件以及電子設備等相關技術都有了長足發(fā)展。雖然軟件的發(fā)展速度比不上硬件的發(fā)展速度那么迅速，但已能滿足現(xiàn)在的工業(yè)需求。對步進電機的傳統(tǒng)控制通常完全由硬件電路搭接而成。隨著PLC的普及，現(xiàn)在已普遍采用硬件與軟件相結合的方式對其進行控制，這種控制方法有很多優(yōu)點，比如：可以實現(xiàn)高精度的控制，降低成本，降低控制難度，簡化控制電路等。今后步進電機的總體發(fā)展趨勢是向著低功耗、高頻率精度、多功能、高度自動化和智能化的方向發(fā)展。1.2 本設計的目的、意義本設計可以通過對幾個開關按鈕的控制來實現(xiàn)對步進電機的方向，以及對高、中、低速的控制

2、。比如用兩個開關分別控制電機正反轉，兩個開關分別控制電機啟動和停止，三個開關分別控制電機的高中低轉速，使得步進電機的控制更加簡便。甚至還可以利用更少的開關來控制，但為了使得本設計更加直觀和易讀，故采用七個控制開關。此外，本設計更加便于實現(xiàn)對步進電機的自動化控制。2.三相步進電機的PLC控制和要求可編程控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)中，可編程控制器通過執(zhí)行反應控制來實現(xiàn)用戶的控制要求。為了使可編程控制器的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不僅僅執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直到可編程控制器停機或切換到STOP工作狀態(tài)。下面用一個

3、簡單的例子來進一步說明可編程序控制器的掃描工作過程。圖1（a）所示的PLC的輸入輸出接線圖，起動按鈕SB1和停止按鈕SB2的常開觸點分加別接在編號為X000和X001的可編程控制器的輸入端，接觸器KM的線圈接在編號為YO00的可編程控制器的輸出端。圖(b)是這3個輸入/輸出變量對應的I/O映像寄存器。圖（c）是可編程控制器的梯形圖，它與圖1所示的繼電器電路的功能相同。但是應注意，梯形圖是一種程序，是可編程控制圖形化的程序。圖中的X000等是梯形圖中的編程元件，XO00與X001是輸入繼電器，Y000是輸出繼電器。編程元件X000與接在輸入端子XO00的SB1的常開觸點和輸入映像寄存器XO00相

4、對應，編程元件Y000與輸出映像寄存器Y000和接在輸出端子Y000的可編程控制器內部的輸出電路相對應。(a) (b) (c) (d) 圖1 PLC的外部接線圖與梯形圖梯形圖以指令的形成儲存在可編程控制器的用戶程序存儲器中，梯形圖與下面的4條指令對應“；”之后是該指令的注解。LD X000 ；接在左側母線上的X000的常開觸點。OR Y000 ；與X00O的常開觸點并聯(lián)的Y000的常開觸點。ANI X001 ；與并聯(lián)電路串聯(lián)的X001的常閉觸點。OUT Y000 ；Y000的線圈。在輸入處理階段，CPU將SB1，SB2的常開觸點的狀態(tài)讀入相應的輸入映像寄存器，外部觸點接通時存入寄存器的是二進制

5、數“1”，反之存入“0”。執(zhí)行第一條指令時，從輸入映像寄存器X000中取出二進制數并存入運算結果寄存器。執(zhí)行第二條指令時，從輸出映像寄存器Y000中取出二進制數，并與運算結果寄存器中的二進制數相“或”（觸點的并聯(lián)對應“或”結算），然后存入運算結果寄存器。執(zhí)行第三條指令時，取出輸入映像寄存器X001中的二進制數，因為是常閉觸點，取反后與前面的運算結果相“與”（電路的串聯(lián)對應“與”運算），然后存入運算結果寄存器。在輸出處理階段，CPU將各輸出映像寄存器中的二進制數傳送給輸出模塊并鎖存起來，如果輸出映像寄存器Y000中存放的是二進制數“1”，外接的KM線圈將通電，反之將斷電。X000，X001和Y0

6、00的波形如圖1(D)所示,高電平表示按下按鈕或KM線圈通電,當TT1時,讀入輸入映像寄存器X000和X001的均為二進制數“0”此時輸出映像寄存器Y000中存入的亦為“0”在程序執(zhí)行階段,經過上述邏輯運算過程之后,運算結果仍為Y000=0,所以KM的線圈處于斷電狀態(tài).在TT1區(qū)間,雖然輸入/輸出信號的狀態(tài)沒有變化,用戶程序確在一直反復不斷地執(zhí)行著。T=T1時按下起動按鈕SB1，X0變?yōu)椤?”狀態(tài)，經邏輯運算后Y000變?yōu)椤?”狀態(tài)，在輸出處理階段，將Y000對應的輸出映像寄存器中的“1”送到輸出模塊，將可編程控制器內Y000對應的物理繼電器的常開觸點接通，使接觸器KM的線圈通電。2.2步進電

7、機的工作原理及其控制要求步進電機是將給定的電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。給定一個電脈沖信號，步進電機轉子就轉過相應的角度，這個角度就稱作該步進電機的步距角。步進電機的位置控制是靠給定的脈沖數量控制的。給定一個脈沖，轉過一個步距角，當停止的位置確定以后，也就決定了步進電機需要給定的脈沖數。其工作原理如下：設A相首先通電，轉子齒與定子A、A對齊（圖a）。然后在A相繼續(xù)通電的情況下接通B相。這時定子B、B極對轉子齒2、4產生磁拉力，使轉子順時針方向轉動，但是A、A極繼續(xù)拉住齒1、3，因此，轉子將轉到兩個磁拉力平衡為止。這時轉子的位置如圖b)所示，即轉子從圖(a)位置順時針轉過了15。

8、接著A相斷電，B相繼續(xù)通電。這時轉子齒2、4和定子B、B極對齊（圖c），轉子從圖(b)的位置又轉過了15。其位置如圖3d所示。這樣，如果按AA、BBB、CCC、AA的順序輪流通電，則轉子便順時針方向一步一步地轉動，步距角15。電流換接六次，磁場旋轉一周，轉子前進了一個齒距角。如果按AA、CCC、BBB、AA的順序通電，則電機轉子逆時針方向轉動。圖2 步進電機通電方式原理圖（1）三相步進電動機有三個繞組: A、B、C 正轉通電順序為：AABBBCCCA 反轉通電順序為：ACACBCBAB （2）用7個開關控制其工作 #1開關控制其運行 ( 啟 )。 #2開關控制其運行 ( 停 )。 #3 號開關

9、控制其低速運行 (轉過一個步距角需 0.5 s)。 #4 號開關控制其中速運行 (轉過一個步距角需 0.1 s)。 #5 號開關控制其高4 s)。 #6 號開關控制其轉向 ( ON 為正轉 )。 #7 號開關控制其轉向 ( OFF 為反轉)。23 PLC控制系統(tǒng)所需I/O點數的確定步進電機是一種將脈沖信號轉換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數成正比，其速度與單位時間內輸入的脈沖數(即脈沖頻率)成正比，其轉向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關。所以只要控制指令脈沖的數量、頻率及電機繞組通電的相序，便可控制步進電機的輸出位移量、速度和方向。步進電機具有較好的控制

10、性能，其啟動、停車、反轉及其它任何運行方式的改變都可在少數脈沖內完成，且可獲得較高的控制精度，因而得到了廣泛的應用。 步進電機PLC控制系統(tǒng)IO接線圖的設計 以三相步進電機為例，步進電機通常設有加速、減速控制及正反轉控制等控制方式。按控制要求可設計出步進電機的PLC控制系統(tǒng)IO接線圖(見圖3)。圖3 步進電機的PLC控制系統(tǒng)IO接線圖 圖中：CP-脈沖信號輸入端子；CW-方向信號輸入端子；EN-使能信號輸入端子。步進電機脈沖頻率的變化規(guī)律步進電機在啟動和停止時有一個加速及減速過程，且加速度越小則沖擊越小，動作越平穩(wěn)，所以步進電機工作一般要經歷以下的變化過程：加速-恒速(高速)-減速-恒速(低速

11、)-停止。因步進電機轉速與脈沖頻率成正比，所以輸入步進電機的脈沖頻率也要經歷一個類似的變化過程。24 PLC控制系統(tǒng)所需機型的選擇PLC機型選擇的基本原則是：在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性價比最優(yōu)的機型。通常做法是，在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好的場合，建議選用整體式結構的PLC；其他情況則最好選用模塊式結構的 PLC；對于開關量控制以及以開關量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶 A/D轉換、D/A轉換、加減運算、數據傳送功能的低檔機就能滿足要求。2.5 PLC控制系統(tǒng)的設計思想. 最大限度地滿足被控對象的控制要求. 保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠. 力求簡單、經濟、便于使用及維護. 適應發(fā)展的需要3.1 PLC控制系統(tǒng)中I/O端子接線圖及I/O地址分配表3.1.1 步進電機I/O分配表輸入功能輸出功能X0正轉Y0控制A相X1反轉Y1控制B相X2啟動Y2控制C相X3停止X4低速X5中速X6高速3.1.2 I/O端子接線圖3.2 梯形圖 3.4實驗調試中遇到的問題及解決方案實驗中可能會有許多原因會引起調試的不成功，其中包括硬件方面的，和軟件方面的。硬件方面的主要是連線的錯誤，或者其他硬件方面的問題。比如硬件線路的接法不同也可能導致實驗