毕业设计论文正文.doc
【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流毕业设计论文正文.精品文档.0 引言随着工业的快速发展，很多技术在飞快进步，其中步进电机运动控制系统的应用越来越广泛，其功能多样性和产品可靠性日臻完善，正在逐步取代原来的普通电机。而且随着可编程控制器技术的日益成熟，将二者完整地结合起来，完成对各种复杂运动的自动控制，实行机电一体化，正在成为一种趋势。下文就以PLC控制四相步进电机说明PLC在步进电机脉冲分配信号的应用。1 PLC及步进电机可编程序控制器（PLC)是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。PLC系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合且扩充方便、组合灵活、安装简单、维修方便、速度快等特点，是“机电一体化”特有的产品。因此迅速普及并成为当代工业自动化的支柱设备之一。配合步进电机控制，许多PLC都内置了脉冲输出功能，并设置了相应控制指令，可以很好对步进电机进行控制步进电机是控制电机的一种，它是将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机，其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例。通过改变电脉冲频率，可在大范围内进行调速。因此，它是过程控制中一种十分重要和常用的功率执行器件。同时，该电机还能快速起动、制动、反转和自锁。2 脉冲分配2.1 脉冲分配器步进电机在一个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要控制一定的脉冲数，即可精确控制步进电机转过的相应的角度。但步进电机的各绕组必须按一定的顺序通电才能正确工作，这种使电机绕组的通电顺序按输入脉冲的控制而循环变化的装置称为脉冲分配器，又称环形分配器。2.2 分配方法及特点实现脉冲分配的方法有三种。采用分别为计算机分配、采用小规模集成电路搭接一个硬件分配器和采用专用的环形分配器。（1） 计算机软件分配采用查表或计算的方法来产生相应的通电顺序。这种方法能充分利用计算机软件资源，以减少硬件成本，尤其是多相电机的脉冲分配更显示出它的优点。但由于软件分配会占用计算机的运行时间，因而会使插补一次的总时间增加，从而影响步进电机的运行速度。（2） 采用小规模集成电路搭接的脉冲分配器灵活性很大，可搭成任意相任意通电顺序的脉冲分配器，同时在工作时不占用计算机的工作时间，使插补的速度有所增加。（3） 采用专用的脉冲分配器。这种方法的优点是使用方便，接口简单。但仅适合于三相步进电机，三相以上的步进电机久不可能采用这种方法。3 控制方案3.1 设定图1 PLC脉冲控制步进电机系统示意图通过操作面板可以设定移动距离、速度和方向等参数，通过PLC的运算产生脉冲、方向信号，控制步进电机的驱动电源，达到对距离、速度、方向控制的目的，示意图如图1。操作面板上的位置旋钮控制移动的距离，速度旋钮控制移动的速度，方向按钮控制移动的方向，启/停按钮控制电机的启动与停止。在实际系统中，位置与速度往往需要分成几挡，故位置、速度旋钮可选用波段开关，通过对波段开关的不同跳线进行编码，可减少操作面板与PLC的连线数量，同时也减少了PLC的输入点数，节省了成本。一个n刀波段开关的最多挡位可达到2n。3.2 计算在对PLC选型前，应根据以下公式计算系统的脉冲当量、脉冲频率上限和最大脉冲数量。步进电机细分数的选择以避开电机的共振频率为原则，一般可选择2、5、10、25细分。根据脉冲频率可以确定PLC高速脉冲输出时需要的频率，根据脉冲数量可以确定PLC的位宽。同时，考虑到系统响应的及时性、可靠性和使用寿命，PLC应选择晶体管输出型。编制PLC控制程序时应将传动系统的脉冲当量、反向间隙、步进电机的细分数定义为参数变量，以便现场调整。4 控制应用以下我们就以PLC控制步进电机为媒介来了解PLC以脉冲分配信号来控制步进电机的速度、方向、步数等方面的实用。因为步进电机控制的最大特点是开环控制，不需要反馈信号，步进电机运动时不产生旋转量的误差累积。所以本系统中的PLC选用三菱PLC。其控制系统如图2所示。根据要求I/O分配见表1。表1 I/O分配表I/O号信号定义I/O号信号定义I/O号信号定义X000启动X005单步Y000线圈1X001慢速X00610步Y001线圈2X002中速X007100步Y002线圈3X003快速X010暂停Y003线圈4X004正反转4.1、驱动电路 PLC控制步进电机常用的形式有普通型通用PLC控制和PLC专用步进驱动模块控制等两种，模块式控制方式具有控制可靠性高的优点，而通用PLC控制步进驱动系统具有PLC系统构成简单。工程造价低等优点，易于推广应用。图3所示为步进电机的驱动电路。 图3中仅为一相的驱动电路。其余三相与之相同在图3中三极管T1起开关作用。当三极管截止时，无集电极电流流通，开关相当于断开；当三极管饱和时，流过的集电极电流最大。开关相当于闭合，该开关“动作”可由加于基极的电流来控制。由T2、T3两个三极管组成达林顿式功放电路，驱动步进电机的4个绕组使电机绕组的静态电流达到近2A。电路中使用光电耦合器将控制和驱动信号隔离。当控制输入信号为低电平时，T1截止，输出高电平，则红外发光二极管截止，光敏三极管不导通因此绕组中无电流流过；当输入信号为高电平时，T1饱和导通，于是红外发光二极管被点亮，使光敏三极管导通，向功率驱动级晶体管提供基极电流使其导通，绕组得以通上电流。4.2 步进电机工作原理该电机为一四相双四拍步进电机，其原理如图所示：电机正转时绕组按Y0Y1-Y1Y2-Y2Y3-Y3Y0-Y0Y1的顺序接通循环，见下图：（2） 电机反转时绕组按Y0Y3-Y3Y2-Y2Y1-Y1Y0-Y0Y3的顺序接通循环，见下图：4.3 PLC外部接线图根据I/O分配表和控制要求可以画出PLC的外部接线图，图如下：4.4 PLC控制步进电机的方法及程序设计梯形图(部分)4.4.1 转速控制由脉冲发生器产生不同周期T的控制脉冲，通过脉冲控制器的选择，再通过环形分配器使四个输出继电器Y0、Y1、Y2和Y3按照双四拍的通电方式接通。转速的梯形图如下：4.4.2 正、反转控制通过正、反转驱动环节(调换相序)，改变Y0、Y1、Y2和Y3线圈接通的顺序以实现步进电机的正、反转控制。即当电机正传时为Y0Y1-Y1Y2-Y2Y3-Y3Y0-Y0Y1的顺序接通循环；当电机反转时为Y0Y3-Y3Y2-Y2Y1-Y1Y0-Y0Y3的顺序接通循环。梯形图如下图： 4.4.3 步数控制通过脉冲计数器，控制四拍时序脉冲数以实现对步进电机步数的控制。梯形图如下： 4.4.4 系统控制步进电机的梯形图(部分)如图4所示。5 结束语利用可编程序控制器可以方便地实现对电机速度和位置等方面的控制，方便可靠地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作。它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体化的实现。同时本系统设计的步进电机控制器硬件电路十分简单，成本低，使用方便，运行稳定，在现场长时间运行后，未发现有不稳定现象。致谢本设计是在指导老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。从该课题的选择到最终完成，孙老师始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此谨向孙老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我还要感谢在我完成设计的过程中帮助过我的所有同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有很多可敬的领导，师长，同学，朋友给了我无言的帮助，在这里我还要感谢我的家人对我的支持和鼓励。在我求学期间，他们给了我提供极大的物质和精神力量。在这里请接收我诚挚的感谢！谢谢你们！参考文献（1） 秦曾煌 电工学M 北京:高等教育出版社,1999（2） 许晓峰 电机及拖动M 高等教育出版社 2004.6（3） 陈理壁. 步进电机及其应用M 上海: 上海科学技术出版社,1989（4） 刘保延,等 步进电机及其驱动控制系统M 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997（5） 季维发,过润秋,严武升等 机电一体化技术M 北京:电子工业出版社,1995
