1、畢業(yè)設計（論文）中文摘要詳細討論步進電機的工作原理及其特性和基于 S7-300PLC的控制技術，論述 了步進電機的PLC控制系統(tǒng)的設計方案及其控制原理，PLC簡單易學,可靠性高。 步進電機是一種常用的機電執(zhí)行元件，可靠性高，成本低，實用性強，具有較高的 通用性和應用推廣價值。步進電動機突出的優(yōu)點是它可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通 過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉控制等，并且用其組成的開環(huán)系 統(tǒng)既簡單、廉價，又非?？煽浚虼嗽诒姸囝I域有著極其廣泛的應用。關鍵詞：步進電機；S7-300PLQ PLC畢業(yè)設計（論文）外文摘要Title :PLC control of stepping motor

2、Abstract :This paper introduces the principle and the control step motor and the motion control technology based onS7-300 PLC. Step motor is a common electro-mechanic actuator, and the related drive and control circuits influence its over and high power transistors, higher reliability, lower cost an

3、d more versatile, and it is worth to be promoted. The advantages of stepping motor are regulating-rate, quickly rise-stop, positive-reverse controlling and brake etc by changing the frequency of pulse. The stepping motor opening-ring system is simple, cheap, stability and reliability, therefore its

4、application is very extensive in manyrealmKey words : Step motor ； S7-300PLQ PLC目錄1緒論 61.1 設計的背景和意義 61.2 步進電機的工作原理 71.3 系統(tǒng)設計的目標 72步進電機的分類、基本結構 102.1 步進電機的分類 102.2 步進電機的基本結構 112.3 步進電機主要特點 112.4 步進電機在工業(yè)控制領域的主要應用情況介紹 122.5 西門子PLC對步進電機的控制方法 122.6 PLC直接控制步進電機 132.7 步進電機動態(tài)指標及術語 153 CPU步進電機的選擇 163.1 CPU的選

5、擇 163.2 三相反應式步進電機選擇 174軟件設計 194.1 STEP7 概述 194.2 STEP 7的硬件接口 194.3 STEP 7的編程功能 204.4 STEP 7的硬件組態(tài)與診斷功能 204.5 STEP7項目的倉I建 214.6 和本設計S7 300相關指令設計介紹 254.7 程序介紹 324.8 程序講解 34結論 35致謝 354.9 獻 361 緒論近年來，數(shù)控機床及數(shù)控技術得到了飛速發(fā)展，在柔性、精確性、可靠性和宜人 性等方面的功能越來越完善，已成為現(xiàn)代先進制造業(yè)的基礎。數(shù)控就是數(shù)字控制，數(shù)控技術在機床行業(yè)應用得多，就是依靠數(shù)字（電腦編程）來控制機床，具 有效率

6、高，精度高等主要特點。數(shù)控技術是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制的技術。 它所控制的通常是位置、角度、 速度等機械量和與機械能量流向有關的開關量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進制形式數(shù)據(jù)運算的出現(xiàn)。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；19世紀末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農(nóng)在美國麻省理工學院進行了數(shù)據(jù)快速運算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計算機，包括計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎。數(shù)控技術是與機床控制密切結合發(fā)展起來的。1952年，第一臺數(shù)控機床問世，成為世界機械工業(yè)史上一件劃時代的事件， 推動了自動化 的發(fā)展。 現(xiàn)在，數(shù)控技術也叫計

7、算機數(shù)控技術，目前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字 程序控制的技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設備的控制 功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可通過計算機軟件來完 成。1.1 設計的背景和意義步進電動機已成為除直流電動機和交流電動機以外的第三類電動機，傳統(tǒng)電動機作為機電能量轉換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進入電氣化過程中起著關鍵的 作用。可是在人類社會進入自動化時代的今天，傳統(tǒng)電動機的功能已不能滿足工廠自動化和辦公自動化等各種運動控制系統(tǒng)的要求。為適應這些要求，發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動機系統(tǒng)， 其

8、中較有自己特點，且應用十分廣泛的一 類便是步進電動機。步進電動機的發(fā)展與計算機工業(yè)密切相關。 自從步進電動機在計算機外圍設 備中取代小型直流電動機以后，使其設備的性能提高，很快地促進了步進電動機的發(fā)展。另一方面，微型計算機和數(shù)字控制技術的發(fā)展，又將作為數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行 部件的步進電動機推廣應用到其他領域，如電加工機床、小功率機械加工機床、 測量儀器、光學和醫(yī)療儀器以及包裝機械等。任何一種產(chǎn)品成熟的過程，基本上 都是規(guī)格品種逐步統(tǒng)一和簡化的過程?，F(xiàn)在，步進電動機的發(fā)展已歸結為單段式 結構的磁阻式、混合式和爪極結構的永磁式三類。爪極電機價格便宜，性能指標 不高，混合式和磁阻式主要作為高分辨率電動機，由

9、于混合式步進電動機具有控制功率小，運行平穩(wěn)性較好而逐步處于主導地位。最典型的產(chǎn)品是二相8極50齒的電動機，步距角1.8/0.9。（全步/半步）；還有五相10極50齒和一些轉子100齒的二相和五相步進電動機，五相電動機主要用于運行性能較高的場 合。到目前，工業(yè)發(fā)達國家的磁阻式步進電動機已極少見。步進電動機最大的生產(chǎn)國是日本， 如日本伺服公司、東方公司、SANYODENKI 和MINEBE徽NPM&司等，特別是日本東方公司，無論是電動機性能和外觀質(zhì)量， 還是生產(chǎn)手段，都堪稱是世界上最好的?，F(xiàn)在日本步進電動機年產(chǎn)量（含國外獨 資公司）近2億臺 8國也是世界上步進電動機生產(chǎn)大國。德國B.L.公

10、司1994年五相混合式步進電動機專利期滿后，推出了新的三相混合式步進電動機系列， 為定子6極轉子50齒結構，配套電流型驅動器，每轉步數(shù)為 200、400、1000、 2000、4000、10000和20000,它具有通常的二相和五相步進電動機的分辨率， 還可以在此基礎上再10細分，分辨率提高10倍，這是一種很好的方案，充分運 用了電流型驅動技術的功能，讓三相電動機同時具有二相和五相電動機的性能。 與此同時，日本伺服公司也推出了他們的三相混合式步進電動機。該公司阪正文博士研制了三種不同的永磁式三相步進電動機，即HB型（混合式）、RM性（定子和混合式相似，轉子則同永磁式環(huán)形磁鐵相似）和爪極PM型。

11、將三相步進電動機同二相步進電動機進行比較后顯示：1）在獲得小步距角方面，三相電動機比二相電動機要好。2） S三相電動機的兩相勵磁最大保持力矩為 3T1 （T1為單相勵磁轉矩），而二 相電動機為2T1 ,所以三相電動機的合成力矩大。3）三相電動機的轉矩波動比二相電動機要小。4）三相電動機連續(xù)2步用于半步的轉矩差比二相電動機的要小。5）三相電動機繞組可以星形連接，三個終端驅動，勵磁電路晶體管 6個；而二 相電動機是8個。6)連續(xù)運轉時，由于三相步進電動機結構原因，磁通和電流的三次諧波被消除了， 所以三相電動機的振動力夕!比二相電動機的要小 .結論是顯而易見的。另外的結 論是HB型電動機更適合于低速

12、大轉矩用途；RME適用于平穩(wěn)運行以及轉速大于 1000R/MIN的用途；而PM型成本低，在低轉速時的振動和高轉速時的大轉矩方 面，三相PM型電動機比兩相電動機的性能要好。因此，當前最有發(fā)展前景的當 屬混合式步進電動機，而混合式電動機又向以下四個方向發(fā)展：發(fā)展趨勢一， 隨著電動機本身應用領域的拓寬以及各類整機的不斷小型化， 要求與之配套的電動機也必須越來越小，在57、42機座號的電動機應用了多年后，現(xiàn)在其機座號向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士 ESCA蟲司最近還研 制出外徑僅10MMi勺步進電動機。發(fā)展趨勢之二，是改圓形電動機為方形電動機。由于電動機采用方型結構，使 得轉子有可能設計得

13、比圓形大，因而其力矩體積比將大為提高。同樣機座號的電 動機，方形的力矩比圓形的將提高 30%40%發(fā)展趨勢之三，對電動機進行綜合設計。即把轉子位置傳感器，減速齒輪等和 電動機本體綜合設計在一起，這樣使其能方便地組成一個閉環(huán)系統(tǒng)， 因而具有更 加優(yōu)越的控制性能。發(fā)展趨勢之四，向五相和三相電動機方向發(fā)展。目前廣泛應用的二相和四相電 動機，具振動和噪聲較大，而五相和三相電動機具有優(yōu)勢性。而就這兩種電動機 而言，五相電動機的驅動電路比三相電動機復雜，因此三相電動機系統(tǒng)的性能價格比要比五相電動機更好一些。我國的情況有所不同，直到20世紀80年代，一直是磁阻式步進電動機占統(tǒng)治 地位，混合式步進電動機是80

14、年代后期才開始發(fā)展，至今仍然是二種結構類型 同時并存。盡管新的混合式步進電動機完全可能替代磁阻式電動機，但磁阻式電動機的整機獲得了長期應用，對于它的技術也較為熟悉，特別是典型的混合式步 進電動機的步距角(0.9 0 /1.8 0 )與典型的磁阻式電動機的步距角(0.75。/1.5 0 )不一樣，用戶改變這種產(chǎn)品結構不是很容易的，這就使得兩種 機型并存的局面難以在較短時間內(nèi)改變。這種現(xiàn)狀對步進電動機的發(fā)展是不利 的。1.2 步進電機工作原理步進電動機是一種用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉換成相應的角 位移或線位移的執(zhí)行機構。由于受脈沖的控制，其轉子的角位移量和速度嚴格地 與輸入脈沖的數(shù)量和

15、脈沖頻率成正比，通過控制脈沖數(shù)量來控制角位移量，從 而達到準確定位的目的；通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的；通過改變通電順序,從而達到改變電機旋轉方向的目的。 總結來說，步進電機主要具有以下一些工作特性：(1)輸入脈沖數(shù)嚴格的和電機的角位移成正比，電機運轉一周后沒有積累誤差， 因此具有良好的跟隨特性；(2)由于其良好的跟隨特性，步進電機可以與驅動器電路組成開環(huán)數(shù)字控制系 統(tǒng)，同時，也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)。(3)步進電機的動態(tài)響應快，易于啟動和停止、正反轉和變速。(4)速度可以在相當寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)；在低速動作狀態(tài)下仍能保證獲得大 的轉

16、矩1.3 系統(tǒng)設計的目標本設計是采用是S7 300控制三相六拍的反應步式步進電機，通過軟件設計移 位脈沖頻率來控制步進電機的慢速、中速、快速。移位寄存器指令MW0勺低八位按照三相六拍的步進順序進行賦值來控制步進動機的正反轉。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(shù)成正比，其速度與單位時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(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。所以只要控制脈沖的數(shù)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 機具有較好的控制性能，其啟動、停車、反轉及其它任何運行方式的改變都可在

17、 少數(shù)脈沖內(nèi)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 是一種將電脈沖信號轉換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進電機具有轉子慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點，已成為運動控制領域的主要 執(zhí)行元件之一。步進電機是機電一體化的關鍵產(chǎn)品，廣泛應用在各種自動化控制 系統(tǒng)和機電一體化設備中。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電機的需求量 與日俱增，在各個行業(yè)的控制領域都將有廣泛應用。而現(xiàn)在的可編程控制(Programmable Logic Controller, 通常稱PLC)是一種工業(yè)控制計算機,具 有模塊化結構、配置靈活、高速的處理速度、精確的數(shù)據(jù)處理能力、多種控制功

18、能、網(wǎng)絡技術和優(yōu)越的性價比等性能，能充分適應工業(yè)環(huán)境，簡單易懂，操作方 便，可靠性高，是目前廣泛應用的控制裝置之一。PLC對步進電機也具有良好的 控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，即可實現(xiàn)對步進電機的 控制。利用PLC控制步進電機，其脈沖分配可以由軟件實現(xiàn)，也可由硬件組成。2步進電機的分類、基本結構2.1步進電機的分類(1)永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度。(2)反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。(3)混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點， 它又分為兩相和五相。 兩相步進角一般分為1

19、.8度而五相步進角一般為0.72度，。這種步進電機的應 用最為廣泛。三相反應式步進電機的結構如圖所示。定子、轉子是用硅鋼片或其他軟磁材料 制成的。定子的每對極上都繞有一對繞組，構成一相繞組，共三相稱為A、B、C相。三相反應式步進電機的結構圖在定子磁極和轉子上都開有齒分度相同的小齒，采用適當?shù)凝X數(shù)配合，當A相磁極的小齒與轉子小齒一一對應時，B相磁極的小齒與轉子小齒相互錯開 1/3齒距，C相則錯開2/3齒距。如圖所示子 轉bxlzl告A相通電定轉子錯開示意圖2.2 步進電機的基本結構2.2.1 電機固有步距角它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號， 電機所轉動的角度。電機出廠時給出了 一個步距角的值，

20、這個步距角可以稱之為“電機固有步距角”， 它不一定是電機 實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅動器有關。2.2.2 步進電機的相數(shù)步進電機的相數(shù)是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五 相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9 °/1.8 °、三相的為0.75 0 /1.5 °、五相的為0.36° /0.72 °。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅動器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅動器上改變細分數(shù)，就 可以改變步距角。2.2.3

21、保持轉矩(HOLDINGTORQUE)保持轉矩是指步進電機通電但沒有轉動時， 定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機 最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。 由于步進電機 的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減， 輸出功率也隨速度的增大而變化， 所以保 持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當人們說 2N.m的步進 電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為 2N.m的步進電機。2.2.4 鉗制轉矩(DETENTTORQUE)鉗制轉矩是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料，所以它沒有 DETENT TORQUE2.3 步進電機

22、主要特點1) 一般步進電機的精度為步進角的 3-5%,且不累積。2）步進電機外表允許的最高溫度取決于不同電機磁性材料的退磁點，步進電機 溫度過高時會使電機的磁性材料退磁， 從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機 外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外 表溫度在攝氏80-90度完全正常。3）步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降。當步進電機轉動時，電機各相繞組 的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電 機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。4）步進電

23、機低速時可以正常運轉，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫 聲。步進電機有一個技術參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟 動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵 轉。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻 率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電 機轉速從低速升到高速）。1.4 步進電機在工業(yè)控制領域的主要應用情況介紹步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一，廣泛應用在各種家電產(chǎn) 品中，例如打印機、磁盤驅動器、玩具、雨刷、震動尋呼機、機械手臂和錄像機 等。另外步進電機也廣泛應用于各

24、種工業(yè)自動化系統(tǒng)中。由于通過控制脈沖個數(shù)可以很方便的控制步進電機轉過的角位移，且步進電機的誤差不積累，可以達到準確定位的目的。還可以通過控制頻率很方便的改變步進電機的轉速和加速度， 達到任意調(diào)速的目的，因此步進電機可以廣泛的應用于各種開環(huán)控制系統(tǒng)中1.5 西門子PLC對步進電機的控制方法在本設計中直接使用PLC控制步進電機，可使用PLC產(chǎn)生控制步進電機所需要的 各種時序的脈沖。例如三相步進電機可采用三種工作方式：三相單三拍，三相雙 三拍，三相單六拍。本設計采用三相六拍反應I三相單三拍工作方式正向*AB *BC -*CA三相雙三拍工作方式正向A+AB -*B +BC *C*CAAC +C +CB

25、A三相單六拍工作方式1.6 PLC直接控制步進電機可根據(jù)步進電機的工作方式，以及所要求的頻率（步進電機的速度），畫出A、B、C各相的時序圖。并使用PLC產(chǎn)生各種時序的脈沖例如：本設計采用西門子S7-300PLC控制三相步進電機的過程。A （ Q0.0 f BC 00.1CC Q0.26 79 10 11 12 13 14 佰）三相單六拍正向時序圖1.6.1 反應式步進電機原理 結構電機轉子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與 轉子齒軸線錯開。0、1/32/3 T,（相鄰兩轉子齒軸線間的距離為齒距以乙表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3 T,

26、C與齒3向右錯開2/3 T, A與齒5相對齊，（A就是A,齒5就是齒1）如圖：定轉子的展開圖CBA 11.6.2 旋轉三相如A相通電，B, C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉子不受 任何力，以下均同）。如B相通電，A, C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉 子向右移過1/3 T,此時齒3與C偏移為1/3 齒4與A偏移（-1/3 T） =2/3 To如C相通電，A, B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉子又向右移過 1/3 T,此時齒4與A偏移為1/3 對齊。如A相通電，B, C相不通電，齒4與 A對齊，轉子又向右移過1/3 這樣經(jīng)過A B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4 （即齒 1前一齒）

27、移到A相，電機轉子向右轉過一個齒距，如果不斷地按A, B, C, A 通電，電機就每步（每脈沖）1/3 ,向右旋轉。如按A, C, B, A通電，電 機就反轉。由此可見：電機的位置和速度由導電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應關系。而 方向由導電順序決定。不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BC C-CA-A這種導電狀態(tài)，所以本設計采用三相六拍。 這樣將 原來每步1/3 改變?yōu)?/6 甚至于通過二相電流不同的組合， 使其1/3 變 為1/12 T, 1/24 T,這就是電機細分驅動的基本理論依據(jù)。不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉子齒軸線偏移1/

28、m,2/m（m-1）/m,1。并且導電按一定的相序電機就能正反轉被控制一一這是 步進電機旋轉的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進 電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。1.6.3 力矩電機一旦通電，在定轉子間將產(chǎn)生磁場（磁通量）當轉子與定子錯開一定角度產(chǎn)生力F與（d/d 9 ）成正比，其磁通量O=Br*S其中Br為磁密，S為導磁 面積.F與L*D*Br成正比,L為鐵芯有效長度，D為轉子直徑.Br=N I/RN - I為 勵磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R為磁阻。力矩二力*半徑力矩與電機有效體積*安匝數(shù)*磁密 成正比（只考慮線性狀態(tài)）因此，電機有效體積越

29、大，勵磁安匝數(shù) 越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。靜轉矩：電機在額定靜態(tài) 電作用下，電機不作旋轉運動時，電機轉軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅動電壓及驅動電源等無關。雖然靜轉矩與電磁激磁安 匝數(shù)成正比，與定齒轉子間的氣隙有關，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來 提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。1.7 步進電機動態(tài)指標及術語1）步距角精度：步進電機每轉過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差 /步 距角100%不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應在 5雙內(nèi)，八拍運行時應在 15犯內(nèi)。2）失步：電機運轉時運轉的步數(shù)，不等于理

30、論上的步數(shù)。稱之為失步。3）失調(diào)角：轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤 差，采用細分驅動是不能解決的。4）最大空載起動頻率：電機在某種驅動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動 的最大頻率。5）最大空載的運行頻率：電機在某種驅動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。6）運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特 性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。運行矩頻特性其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決

31、于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。圖2.9電機動態(tài)力矩頻率關系其中，曲線3電流最大、或電壓最高；曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負 載的交點為負載的最大速度點。要使平均電流大，盡可能提高驅動電壓，使采用 小電感大電流的電機。7）、電機的共振點步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、三相感應子式步進電機的共振區(qū)一般在 180-250p步距角1.8度或在步距角為0.9度，電機驅動電壓越高，電機電流越 大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電 矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應偏移共振區(qū)較多3 CPU步

32、進電機的選擇3.1 CPU的選擇CPU313C1成3個用于高速計數(shù)或高頻脈沖輸出的特殊通道，3個通道位CPU313C 集成數(shù)字量輸出點首位字節(jié)的最低三位，這三位通常情況下可以作為普通的數(shù)字量輸出點來使用。再需要高頻脈沖輸出時，可通過硬件設置定義這三位的屬性， 將其作為高頻脈沖輸出通道來使用作為普通數(shù)字量輸出點使用時，其系統(tǒng)默認地址為Q124.0、Q124.1、Q124.2 （該地址用戶可根據(jù)需要自行修改），作為高速脈 沖輸出時，對應的通道分別為0通道、1通道、2通道（通道號為固定值，用戶 不能自行修改）。每一通道都可輸出最高頻率為 2.5KHZ （周期為0.4ms）的高頻 脈沖CPU313既,

33、X2前接線端子22、23、24號接線端子分別對應通道0、通道 1、和通道3。另外，每個通道都有自己的硬件控制門，0通道的硬件門對應X2前接線端子的4號接線端子，對應的輸入點默認地址為I124.2。1通道硬件門7 號接線端子，對應的輸入點默認地址為I124.5 ,而2號通道硬件門為12號接線 端子，對應的輸入點默認地址為I125.0 。X2丁CPU313C勺結構3.2三相反應式步進電機的選擇45BF三相反應式步進電機三相反應式步進電機參數(shù)技術參：SPECFICATIONS型號相數(shù)步距 角電壓相電 8K保持轉 矩空載起 動頻率率備注ModelofPh軍士Step的9怕 8”)Voliag電時tgH

34、oldingTorqueN nXkj.cm)No- load Pullkin Frequenc y (H才PulloutFrtqiuencNd®托日印。孑II31.5/36020.1960370012000審供零 軸樨460FOO5- II31 5石272.50196(2)300 口45BFOO031.5/3240.2D.11B(1.2 )50045BF34J C31.5/312040.116(12 _L500-i-MS45BF三相反應式步進電機45BF技術參數(shù)/第 Modsl?？?，口1n31L458F0031r45勃二mF2.514.5魄w4 M345BF005-IJ4$2 h耀T

35、4.&跳1334-M34SBRKB45得嬴2.5調(diào)./ q CCEE14 5*Ml45BF34OC4s25* 0團14 53365BF0O4 155燈口Xb &Q1?fi.5 4 tlMl71040<W558F00555- 0.01T2.5£ 2 Q -olooq-20.570404-M375BRXH7531,n腱1.5* 4IOI Q。皿18.556S3-M4756F003753卜1百IA 4 OB 。電OU27rrM3-VU75BF0M7531 1.5U Wl 0 <IC22IS7283-M4本設計選用45BF008相數(shù)是三相、步距角1.5/3度。.電

36、壓24V、相電流0.2A、保持轉距0.118NM(1.2kg.cm)、空載啟動頻率500, 0D為45; 0 D1為25; 高H為 2.5; 0 d 為 4; E 為 14.5; L 為 58; 0 D2為 33; MSJ 4-M34軟件設計4.1 SETP7 概述STEP7編程軟件用于SIMATIC S7、M C7和基于PC的WINAC是供它們編 程、監(jiān)控和參數(shù)設置的標準工具。 STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設置、 通信組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。在 STEP7 中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對項目進行集

37、中管理，它可以方便地瀏覽 SIMATIC S7、MZ C7和WINAC勺數(shù)據(jù)。 實現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在 STEP 7中。4.2 SETP 7的硬件接口PC/MPI適配器用于連接安裝了 STEP7的計算機的RS-232C接口和PLCMPI 接口。計算機一側的通信速率為 19.2 KBIT/S或38.4 KBIT/S , PLC一側的通信 速率為19.2 KBIT/S1.5MBIT/S 。除了 PC適配器，還需要一根標準的 RS-232C 通信電纜。使用計算機的通信卡 CP 5611、CP 5511或CP 5512,可以將計算機 連接到MPI或PROFIBUS

38、3絡，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)計算機與 PLC的通信。也可以使用 計算機的工業(yè)以太網(wǎng)通信卡 CP 1512或CP 1612,通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)計算機與 PLC通信。在計算機上安裝好 STEPTt,在管理器中執(zhí)行菜單命令" OPTION 一 “SETTING THE G/PC INTERFACE 打開 “ INSTALL/REMOVE INTERFACES對話框。在中間的選擇框中，選擇實際使用的硬件接口。點擊【 Select】 按鈕，打開“ Install/Remove Interfaces ”對話框，可以安裝選擇框中沒有列 出的硬件接口的驅動程序。點擊【Properties】按鈕，可以設置計算機

39、與 PLC 通信的參數(shù)。4.3 STEP 7的編程功能STEP 7的標準版只配置了 3種基本的編程語言，梯形圖（LAD、功能塊 圖（FDB和語句表（STD,有鼠標拖放、復制和粘貼功能。語句表是一種文本 編程語言，用戶能節(jié)省輸入時間和存儲區(qū)域，并且“更接近硬件"。STEP 7專業(yè)版的編程語言包括 S7-SCL （結構化控制語言）、S7-GRAPH順序功能圖語言）、 S7 HIGRAPHffi CFC這四種語言對于標準版是可選的。STEP 7用符號表編輯器 工具管理所有的全局變量，用于定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型和全局變量的注釋。使用這一工具生成的符號表可供所有應用程序使用，所有工具自動識別系

40、統(tǒng)參數(shù)的變化。測試功能和服務功能包括設置斷點、強制輸入和輸出、重新布線、顯示交叉 參考表、狀態(tài)功能、直接下載和調(diào)試塊、同時監(jiān)測幾個塊的狀態(tài)等。程序中的特 殊點可以通過輸入符號名或地址快速查找STEP 7的幫助功能：選定想要得到的在線幫助的菜單目錄，或打開對話框，按F1鍵便可得到與它們有關的在線幫助。執(zhí)行菜單命令" HELP - "CONTENTS 進入幫助窗口，借助目錄瀏覽器尋找需要的幫助主題， 窗口中的檢索部分提供了 按字母順序排列的主題關鍵詞，可以查找與某一關鍵詞有關的幫助。4.4 STEP 7的硬件組態(tài)與診斷功能硬件組態(tài)工具用于對自動化工程中使用的硬件進行配置和參數(shù)設

41、置。主要包括：(1)系統(tǒng)組態(tài)：從目錄中選擇硬件機架，并將所選模塊分配給機架中希望的插槽。(2) CPU的參數(shù)設置：可以設置 CPU模塊的多種屬性，例如啟動屬性、掃描監(jiān) 視時間等，輸入的數(shù)據(jù)存儲在 CPU勺系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊中。(3)模塊的參數(shù)設置：用戶可以在屏幕上定義所有硬件模塊的的可調(diào)整參數(shù)，包括功能模塊與通信處理器，不必通過 DIP開關來設置。在參數(shù)設置屏幕中， 有的參數(shù)由系統(tǒng)提供若干個選項，有的參數(shù)只能在允許的范圍輸入，因此可以 防止輸入錯誤的數(shù)據(jù)。通信的組態(tài)包括：1)連接的組態(tài)和顯示。2)設置用MPI或PROFIBUS-DP1接的設備之間的周期性數(shù)據(jù)傳送的參數(shù)，選擇通信的參與者，在表中輸入數(shù)據(jù)

42、源和數(shù)據(jù)目的地后， 通信過程中數(shù)據(jù)的生成和傳 送均是自動完成的。3) PI、PROFIBU或工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)的事件驅動的數(shù)據(jù)傳輸，包括定義通信路。 從集成塊庫中選擇通信模塊(CFB,用通用的編程語言(例如梯形圖)對所選的 通信模塊進行參數(shù)設置。STEP 7系統(tǒng)診斷：系統(tǒng)診斷為用戶提供自動化系統(tǒng)的狀態(tài)，可以通過2種方式顯示；(1)快速瀏覽CPU勺數(shù)據(jù)和用戶編寫的程序在運行中的故障原因。(2)用圖形方式顯示硬件配置，例如顯示模塊的一般信息和模塊的狀態(tài)：顯示模塊故障，例如集中I/O和DP子站的通道故障；顯示診斷緩沖區(qū)的信息等。4.5 STEP7項目的創(chuàng)建在STEP 7中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬

43、件和軟件。STEP 7用SIMATI管理器對項目進行集中管理，它可以方便的瀏覽SIMATIC S7、C7、和 WINAC的數(shù)據(jù)。因此，掌握項目創(chuàng)建的方法就非常重要。4.5.1 使用向導創(chuàng)建項目首先雙擊桌面上的STEP7圖標，進入SIMATICMANAGER口，進入主菜單【FILE】， 選擇【'NEWPROJECT WIZARD 】，彈出標題為 “STEP 7 WIZARD NEW PROJECT (新項目向導)的小窗口。 點擊【NEXT按鈕，在新項目中選擇 CPU真塊的型號為CPU 315-2DP 點擊【NEXT按鈕，選擇需要生成的邏輯塊，至少需要生成作為主程序的組織塊OB2 點擊【N

44、EXT按鈕，輸入項目的名稱，按【FINISH生成的項目。過程如圖4.1所示。生成項目后，可以先組態(tài)硬件，然后生成軟件程序。也可以在沒有組態(tài)硬件的情 況下，首先生成軟件。使用向導創(chuàng)建項目4.5.2直接創(chuàng)建項目入主菜單【FILE】，【選擇NEW】，將出現(xiàn)如下圖的對話框，在該對話框中分別 輸入“文件名”、“目錄路徑”等內(nèi)容，并確定，完成一個空項目的創(chuàng)建工作。直接創(chuàng)建項目本設計是采用是S7 300控制三相六拍的步進電機，通過軟件設計脈沖頻率來控 制步進電機的快速、中速、慢速。移位輸出控制電機步進，移位寄存器指令MW0的低八位按照三相六拍的步進順序控制步進動機的正反轉。步進電機是一種將脈沖信號轉換成直線

45、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(shù)成正比，其速度與單位時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)（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(shù)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性能，其啟動、停車、反轉及其它任何運行方式的改變都可相關指令設計介紹4.6S7-300(1)傳送指令MOVE1號傳送指令說明描述使用賦值指令，可將特定的值賦給變量。在 IN輸入端指定的值將復制到在 OUT 輸出端指定的地址。ENO具有與EN相同的信號狀態(tài)。使用 MOVEJI,賦值指令 可復制長度為8、16或3

46、2位的所有基本數(shù)據(jù)類型。自己可以自定義的數(shù)據(jù)類型 （例如數(shù)組或結構）則必須使用系統(tǒng)功能 SFC 20 “BLKMOV復制。賦值指令受主 控繼電器（MCR珀影響。關于MC電口何起作用的更詳細信息，請參考主控繼電器 開/關。狀態(tài)字BRCC 1CC 0OVOSORSTARLOFC寫1-0111汪忠: 將某個值傳送給另一長度的數(shù)據(jù)類型時，將根據(jù)需要截斷或以零填充高位字節(jié)幾種狀態(tài)字傳送舉例舉例：雙字1111 11110000 11111111 00000101 0101傳送結果到雙字：1111 11110000 11111111 00000101 0101到字節(jié)：0101 0101到字：1111 000

47、00101 0101舉例：字節(jié)1111 0000傳送結果到字節(jié)1111 0000到字：0000 00001111 0000到雙字：0000 00000000 00000000 00001111 0000(2)定時器指令S7的CPU存儲器中有一個定時器保留的區(qū)域。此存儲區(qū)域為每個定時器的地址保留一個16位字。通過定時器指令和利用時鐘定時更新定時器字可訪問定時器存儲區(qū)域，在運行模式下，利用 CPl的時鐘定時更新定時器字功能，可按照 由時間基準指定的間隔將給定的時間值遞減一個單位，直到該時間值等于零為 此。定時器相當于繼電器電路中的時間繼電器，S7 300/400的定時器分為脈沖定時器（SP）、擴展

48、脈沖定時器（SE）、接通延時定時器（SD、保持型接通延 時定時器（SS）和斷開延時定時器（SF）。S-PULSE為脈沖定時器，輸出信號保持為“ 1”的最長時間與編程時間值相同 t 相同。如果輸入信號變?yōu)椤?0”，則輸出信號停留在“ 1”的時間會很短。S-PEXT 為擴展脈沖定時器，輸出信號在編程時間長度內(nèi)始終保持“1”，而與輸入信號停留在“1”的時間長度無關。S-ODT為接通延時定時器，僅在編程時間到期才從 “0”變?yōu)椤?”，而與輸入信號停留在“ 1”的時間長短無關。S-OFFDT為斷開 延時定時器，在輸入信號變?yōu)椤?1”或在定時器運行時，輸出信號變?yōu)椤?”。當輸入信號從“1”變?yōu)椤?”時啟動

49、計時器。10.0,0Q4,aSPULSEQ4.0S_PEXTD4.0S-DDTQOSOFFEl定時器功能Q4.0S DDTSEnglishT no.3） S_ODT設置接通延時定時器參數(shù)并啟動符GarmanT-Nr.£evervS QTW DU A L1一RDEZ琳我皿內(nèi)存wT班號T-Nr.TIMER&曰迂赳容標汨號,范雨取決，CPUS8BOOLd M、L. O產(chǎn)站締人TVTWS STI M E1 . Q, M, L x DRRBOOL1 , d Mh l、d包f產(chǎn)埼入BIIDUALWORDK O, M, L. D刊余:31可化.車型BCDDEZWORDd M. L. D立余

50、!：££. BCDQQBOOLIk Q, M, L, D定手二耨的狀率描述：如果“啟動（S）”輸入有上升沿（信號狀態(tài)從0改變?yōu)?）,設置接通延時定時 器參數(shù)并啟動指令將啟動指定的定時器。要啟動定時器，必須有信號改變。只要輸入S的 信號狀態(tài)為1,定時器將繼續(xù)運行“時間值（TV）”輸入處指定的時間。當時間已 用盡且未出錯，而輸入S的信號狀態(tài)仍為1時，則對輸出Q的信號狀態(tài)1的檢查 將產(chǎn)生結果1。定時器運行時，如果輸入S的信號狀態(tài)從1改變?yōu)?,定時器將停 止。這種情況下，對輸出Q的信號狀態(tài)1的檢查將始終產(chǎn)生結果00定時器正運 行時，如果“復位（R）”輸入從0改變?yōu)?,則定時器復位。

51、此改變還會將時間和 時間基準復位到零。定時器未運行時，如果 R輸入的信號狀態(tài)為1,定時器也會 復位?？稍谳敵龆薆I和BCD掃描當前時間值。BI處的時間值為二進制格式； BCD處的時間值為二進制編碼的十進制：Timer runningScan for "VScan far T"RLO at S inpirtRLO at R inputProgramned time時序圖接通延時定時器特征狀態(tài)字BRCC 1CC 00V0SORST ARLO/FC寫IWWWVVXXX1J&IO.C-1in J 557IMEit25T I3-c®T£ DUAL工3 EE

52、Z E QQ4.0)接通延時定時器舉例如果輸入I0.0的信號狀態(tài)從0改變?yōu)? （RLO中有上升沿），則定時器T5啟 動。如果指定的時間兩秒（2S）已過，且輸入I0.0的信號狀態(tài)仍為1,則輸出Q4.0 的信號狀態(tài)為1。如果輸入I0.0的信號狀態(tài)從1改變?yōu)?,則定時器停止并且輸 出Q4.0為“0”定時器運行時，如果輸入I0.1的信號狀態(tài)從0改變?yōu)?,定時器將重新 啟動。4） S_CU:分配參數(shù)和遞增計數(shù)GermanEnglish符號Z no.Z.RUECKZR QSZWDUALDEZR遞增計數(shù)說明M美著Mwa內(nèi)存區(qū)ttlfiM號Z旗號COUNTERC計數(shù)器標識號其范畫依我子- CPUCDZRBOO

53、LI. Q, M、L, D遞減計數(shù)端ASSBOOLI, 0, KL L. D為預設計數(shù)號設置幼兒FV2WWORDK 0, LK L, D成穹費格汁盥科也以七出4值A的珞式 喻人（范同。至999）卬ZWWORDI, , KL L, D預甘計數(shù)器的值RRBOOLI, Ch M, L' D復位埔人3DUALWORDK Q, LK L. D當前訃數(shù)展值，六進制截字DEZWORDK dD當前升敷理值，BCD四QBOOLk , M. L、D狀態(tài)計敷相描述在輸入端S為上升沿（信號狀態(tài)從0變化為1）時，分配參數(shù)和遞增計數(shù)指令將 使用“預設值”（PV）輸入端的值設置計數(shù)器。如果輸入端 CU是一個上升沿，

54、則可在 計數(shù)值小于999的情況下使計數(shù)值加1。I 0.010.1如果設置了計數(shù)器，并且輸入端 CU的RLO= 1,則即使沒有發(fā)生從正跳沿到負跳 沿的變化或與之相反的變化，計數(shù)器也因此將在下一個掃描周期計數(shù)。在輸入 R 的信號為“1”時會復位計數(shù)器。復位計數(shù)器時會將計數(shù)值設置為 0o對于判斷輸 出端Q是否為1的信號狀態(tài)檢查，如果計數(shù)值大于0,則檢查結果為1;但如果計 數(shù)值等于0,檢查結果則為0狀態(tài)字BRCC 1CC 00VOSORSTARLO/FC%-KKK1S-ODT Q 4.0s QY)S5TIME#2STV Bl R BCD 一遞增計數(shù)舉例在輸入I0.2的信號狀態(tài)從0變化為1時會將計數(shù)器C10的值設置為901。如 果