內(nèi)容摘要步進電動機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。步進電動機是一種控制精度極高的電機,在工業(yè)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(yè)過程控制及儀器儀表的控制元件?；赑LC控制的步進電動機具有設計簡單，實現(xiàn)方便，參數(shù)設計置靈活等優(yōu)點。矩角特性是步進電機運行時一個很重要的參數(shù)，矩角特性好，步進電機啟動轉(zhuǎn)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(shù)來實現(xiàn)。本文主要是介紹采用可編程控制器(PLC)對五相2/3十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(tǒng)的原理，及硬件和軟件設計方法。其內(nèi)容主要包括I/O地址分配、PIC外部接線圖、控制流程圖、梯形圖以及語句表。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，使程序更緊湊，方便了設計。關鍵詞:步進電動機；總體方案；梯形圖；調(diào)試過程1目錄內(nèi)容摘要.0第1章引言.111步進電動機簡介.112設計任務及要求.11.2.1控制要求.11.2.2功能要求.21.2.3性能要求.2第2章系統(tǒng)總體方案設計.321設計的基本思路.322方案原理分析.32.2.1步進電動機的驅(qū)動控制.32.2.2步進電動機的調(diào)速控制.42.2.3步進電動機的轉(zhuǎn)向控制.4第3章PLC控制系統(tǒng)設計.53.1步進控制設計.53.2控制流程圖.73.3輸入輸出編址.83.4選擇PLC類型.83.5PLC外部接線圖.83.6梯形圖程序設計.93.7控制語句表.143.8程序的調(diào)試.17結論.20設計總結.21致謝.22參考文獻.231第1章引言11步進電動機簡介步進電機作為執(zhí)行元件，是電氣自動化的關鍵產(chǎn)品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)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(yè)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(chǎn)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(xiàn)比較麻煩?；赑LC控制的步進電動機具有設計簡單，實現(xiàn)方便，參數(shù)設計置靈活等優(yōu)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(tǒng)中，如機器人、打印機、軟盤驅(qū)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(shù)，矩角特性好，步進電機啟動轉(zhuǎn)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(shù)來實現(xiàn)。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。12設計任務及要求1.2.1控制要求1五相步進電動機有五個繞組:A、B、C、D、E正轉(zhuǎn)順序:ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB反轉(zhuǎn)順序:ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB2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(zhuǎn)過一個步距角需0.5秒)。3號開關控制其中速運行(轉(zhuǎn)過一個步距角需0.1秒)。24號開關控制其低速運行(轉(zhuǎn)過一個步距角需0.03秒)。5號開關控制其轉(zhuǎn)向(ON為正轉(zhuǎn)，OFF為反轉(zhuǎn))。1.2.2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(zhuǎn)順序：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB反轉(zhuǎn)順序：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB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(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；（2）運行過程中，正反轉(zhuǎn)可隨時不停機切換；（3）步進三種速度可分為高速（0.03S），中速（0.1S）,低速（0.5S）三檔，并可隨時手控變速；1.2.3性能要求在實現(xiàn)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(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發(fā)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。3第2章系統(tǒng)總體方案設計21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，則控制精度就越低。因此，在實現(xiàn)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(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發(fā)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。22方案原理分析2.2.1步進電動機的驅(qū)動控制步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械位移的機電執(zhí)行元件，它實際上是一種多相或單相同步電動機。使用步進電動機時，只需要將單路單脈沖信號先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱訖C所需的多路（單路）單脈沖信號，再經(jīng)功率放大后分別送入電動機各相繞組，即可使步進電動機準確運行。如圖2-1所示，由于微機控制系統(tǒng)的輸出脈沖電流往往是毫安級的，而步進電動機的電子繞組需要很大的電流才可以驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)，所以要使用功率放大器來驅(qū)動。圖2-1步進電動機的驅(qū)動控制每當一個脈沖信號施于步進電動機的控制繞組時，其轉(zhuǎn)軸就會轉(zhuǎn)過一個步距角，從而可以轉(zhuǎn)換為角位移或線位移來帶動負載。本課程設計采用移位寄存器MW0的M0.0到M1.1的狀態(tài)來觸發(fā)后續(xù)的線圈帶電，先給MW0賦初值1000000000，再通過移位指令和循環(huán)指令使M1.1到M0.0依次置位，再根PLC功率放大器驅(qū)動步進電動機指令4據(jù)真值表的狀態(tài)來驅(qū)動各相繞組的通斷電，從而來控制CP脈沖的頻率，能夠準確地控制電動機步進。2.2.2步進電動機的調(diào)速控制在步進電動機的轉(zhuǎn)速控制中，采用軟件延時法，在每次換相后，調(diào)用一個延時子程序，待延時結束后再次換相。這樣周而復始，即可發(fā)出一定頻率的CP脈沖，從而控制步進電動機按照某一確定的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)?？梢杂嬎愕贸觯訒r子程序的延時時間與換相子程序所用時間的和即是CP脈沖的周期，也是步進電動機的步進頻率的倒數(shù)。2.2.3步進電動機的轉(zhuǎn)向控制根據(jù)寄存器MW0的后十位的狀態(tài)能制定正反轉(zhuǎn)的電機繞組狀態(tài)的真值表，從而通過控制各相電樞繞組的通電順序來控制電動機的轉(zhuǎn)向。5第3章PLC控制系統(tǒng)設計3.1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MW0，按照五相十拍的步進順序，移位寄存器的初值見表3-1。表3-1移位寄存器初值M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.01000000000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(jù)此，可作出移位寄存器輸出狀態(tài)及步進電機正反轉(zhuǎn)繞組的狀態(tài)真值表，如表3-2、表3-3所示。從而得出五相繞組的控制邏輯關系式：正轉(zhuǎn)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+M0.4+M0.3+