基于plc控制的步进电机系统.pdf

本科毕业设计说明书（论文）第 1 页 共 33 页 目 录 目 录.1 1 概述.2 1.1 PLC 控制步进电机研究的意义.2 1.2 国内外关于步进电机和 PLC 的应用状况.2 1.3 本课题研究的主要内容.6 2 西门子 S7-200PLC 概述.7 2.1 PLC 基本情况简介.7 2.2 功能简介.7 2.3 软件简介.7 3 步进电机综述.9 3.1 步进电机的工作原理介绍.9 3.2 步进电机控制方式及运行方式.11 3.3 脉冲和角度的关系.11 4.1 五相步进电机模拟控制系统设计.12 5 三相步进电机控制系统设计及实现.18 5.1 系统的组成及功能.18 5.2 三相步进电机模拟控制系统程序设计.18 结束语.32 致 谢.33 参 考 文 献.34 本科毕业设计说明书（论文）第 2 页 共 33 页 1 概述 1.1 PLC 控制步进电机研究的意义 基于步进电动机良好的控制和准确定位特性，被广泛应用在精确定位方面，诸如数控机床、绘图机、扎钢机、自动控制计算装置、自动记录仪表等自动控制领域1。PLC 作为简单化了的计算机，功能完备、灵活、通用、控制系统简单易懂，价格便宜，可现场修改程序，体积小、硬件维护方便，价格便宜等优点，在全世界广泛应用，为生产生活带来巨大效益方便。因此，通过研究用 PLC 来控制步进电动机的，既可实现精确定位控制，又能降低控制成本，还有利于维护。以往的步进电动机需要靠驱动器来控制，随着技术的不断发展完善，PLC 具有了通过自身输出脉冲直接步进电动机的功能，这样就有利于步进电动机的精确控制。本课题基于 PLC 的步进电机磁头定位系统设计就是利用 PLC 控制步进电机在硬盘工作时磁头定位的研究2。1.2 国内外关于步进电机和 PLC 的应用状况 1.2.1 步进电机方面 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机、交流电机在常规下使用3。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。控制涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。目前，国内生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只有一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦。1.2.2 PLC 方面(1)PLC 的国内外状况 世界上公认的第一台 PLC 是 1969 年美国数字设备公司(DEC)研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20 世纪 70 年代初出现了微处理器,将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具 本科毕业设计说明书（论文）第 3 页 共 33 页 有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物4。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用。PLC 是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作系统。它采用可编程序的存储器存储执行逻辑运算、顺序控制、定时计数 及算术运算等操作指令，通过数字量、模拟量输入与输出，控制机械运动和生产过程。可编程控制器，简称PLC(Programmable logic Controller),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”(2)PLC 的特点(a)配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制，CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易5。(b)可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用优质的电子元件与合理的系统结构设计，内部电路采取光电隔离、数字滤波、故障诊断等硬件措施，具有很高的可靠性。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间很长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在 本科毕业设计说明书（论文）第 4 页 共 33 页 应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护，使得整个系统具有极高的可靠性。还特别设立了警戒时钟 WDT，PLC 系统对警戒时钟进行定时刷新，一旦出现死循环，PLC 能自动重新启动，对软件程序和硬件进行检查，给出错误报警，避免了个人电脑和单片机经常出现的死机现象。(c)系统的设计、建造工作量小、维护方便、容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造周期大为缩短，同时维护变得容易起来。更重要的是可以使同一设备经过改变程序改变生产过程。(d)易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，为面向工矿企业的工业控制设备。接口简单容易，编程语言易于为工程技术开发人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。(e)体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。(3)PLC 的应用领域 目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：(a)开关量的逻辑控制 PLC 取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、订书机械、印刷机、磨床、组合机床、包装生产线、电镀流水线等。(b)运动控制 PLC 可以用于直线运动或者圆周运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或者伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都具有运动控制功能，广泛用于各种机械、机器人、机床、电梯等场合的 本科毕业设计说明书（论文）第 5 页 共 33 页 模拟量控制。在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制,数据处理。现代 PLC 具有数学运算(含矩阵运算、逻辑运算、函数运算)、数据转换、数据传送、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型工业控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。(c)过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。(d)通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有串口通信接口，通信非常方便。如果需要远程控制，可以利用终端服务器进行远程控制。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。在我国，一般按 I/O 点数将 PLC 分为以下级别微型：32I/O；小型：256I/O；中型：1024I/O；大型：4096I/O；巨型：8192I/O。在我国应用的 PLC 系统中，I/O 64 点以下 PLC 销售额占整个 PLC 的 47%，64 点 256 点的占 31%，合计占整个 PLC 销售额的 78%。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。21 世纪，PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上 本科毕业设计说明书（论文）第 6 页 共 33 页 看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS(Distributed Control System)中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。1.3 本课题研究的主要内容 本课题主要研究三相步进电机的模拟控制，及五相步进电机的模拟控制，其中以三相步进电机为重点研究对象6。五相步进电机的模拟控制运用灯光显示实现，三相步进模拟实验采用电机是 36BF003 型三相步进电动机，其步距角为 1.5/3，额定电压为 27V，电流为 1.5A，保持转矩为 0.078(0.8)N.m，空载启动频率为 3100Hz。本科毕业设计说明书（论文）第 7 页 共 33 页 2 西门子 S7-200PLC 概述 2.1 PLC 基本情况简介 本课题使用PLC为西门子S7-200 CN系列PLC-CPU224XPCN AC/DC/RLY。其基本情 况 为：CPU224XPCN，24VDC 电 源，24VDC 输 入，24VDC 输 出，6ES7 214-2AD23-0XB8，集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。22K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器(100KHz)，2个100KHz的高速脉冲输出，4个上升沿和4个下降沿边沿中断，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O，位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等，是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU，用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务8。2.2 功能简介 S7-200 CN 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统。S7-200 CN 系列表现出有极高的可靠性，极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。2.3 软件简介 S7-200 可 编 程 控 制 器 使 用 STEP7-Micro/WIN32 编 程 软 件 进 行 编 程。STEP7-Micro/WIN32 编程软件是基于 Windows 的应用软件，功能强大，主要用于开发程序，也可用于适时监控用户程序的执行状态9。加上汉化后的程序，可在全汉化的界面下进行操作。操作系统为 Windows95 以上的操作系统。计算机配置为 IBM486 以上兼容机，内存 8MB 以上，VGA 显示器，至少 50MB以上硬盘空间。通信电缆用一条 PC/PPI 电缆实现可编程控制器与计算机的通信。STEP7-Micro/WIN32 编程软件包括 Microwin3.1；Microwin3.1 的升级版本软件 本科毕业设计说明书（论文）第 8 页 共 33 页 Microwin3.1 SP1；Toolbox(包括 Uss 协议指令：变频通信用，TP070：触摸屏的组态软件 Tp Designer V1.0 设计师)工具箱；以及 Microwin 3.11 Chinese(Microwin3.11 SP1和 Tp Designer 的专用汉化工具)等编程软件10。本科毕业设计说明书（论文）第 9 页 共 33 页 3 步进电机综述 3.1 步进电机的工作原理介绍(1)步进电机结构 步进电机结构剖面图如图 3.1 所示。图 3.1 步进电机结构剖面图 电机转子均匀分布着 40 个小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3，(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以表示)，即 A 相与齿 1 相对齐，B 相与齿 2 向右错开 1/3，C 相与齿 3 向右错开 2/3，A与齿 5 相对齐，(A就是 A，齿 5 就是齿 1)，定转子的展开图如图 3.2 所示。图 3.2 定转子的展开图(2)旋转过程 如 A 相通电，B、C 相不通电时，由于磁场作用，齿 1 与 A 对齐，转子不受任何力(以下均同)。如 B 相通电，A、C 相不通电时，齿 2 应与 B 对齐，此时转子向右移转子 励磁线圈 定子 A B D C A B C A 1 2 3 4 5 T 本科毕业设计说明书（论文）第 10 页 共 33 页 过 1/3，此时齿 3 与 C 偏移为 1/3。如 C 相通电，A、B 相不通电，齿 3 应与 C 对齐，此时转子又向右移过 1/3，此时齿 4 与 A 偏移为 1/3对齐。如 A 相通电，B、C 相不通电，齿 4 与 A 对齐，转子又向右移过 1/3，这样经过 A、B、C、A 分别通电状态，齿 4(即齿 1 前一齿)移到 A 相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A、B、C、A通电，电机就每步(每脉冲)1/3，向右旋转。如按 A、C、B、A通电，电机就反转。其通电状态如图 3.3 所示。图 3.3 通电状态图 由此可见，电机的位置和速度由通电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由通电顺序决定。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用 A-AB-B-BC-C-CA-A 这种导电状态，这样将原来每步 1/3改变为 1/6。甚至于通过二相电流不同的组合，使其 1/3变为 1/12，1/24，这就是电机细分驱动的基本理论依据。不难推出：电机定子上有 m 相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m，2/m(m-1)/m，1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制这是旋转的物理条件。(3)力矩 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场(磁通量)当转子与定子错开一定角度产生力 F 与(d/d)成正比，其磁通量=Br*S，Br 为磁密，S 为导磁面积，F 与 L*D*Br成正比，L 为铁芯有效长度，D 为转子直径，R 为磁阻。力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比(只考虑线性状态)。因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然11。(4)步进电机的分类 A 相通电 B 相通电 C 相通电 本科毕业设计说明书（论文）第 11 页 共 33 页 步进电机分为永磁式(PM)、反应式(VR)、混合式(HR)三种。永磁式一般为二相，转矩和体积都很小，步距角一般为 7.5或 15；反应式一般为三相，实现大转矩输出，步距角为 1.5；混合式兼具永磁式和反应式的优点，分二相和五相，二相步距角为 1.8，无相步距角为 0.72。3.2 步进电机控制方式及运行方式 36BF003 型步进电动机的三个绕组分别用 A、B、C 表示。三拍运行时，正转通电顺序为 ABCA，反转通电顺序为 CBAC；或正转通电顺序为 ABBCCAAB，反转通电顺序为 ACCBBAAC。六拍运行时，正转通电顺序为 AABBBCCCAA；反转通电顺序为AACCCBBBAA。36BF003 型步进电动机的运行状态如表 3.1 所示。表 3.1 步进电动机的运行状态 单步 三拍 六拍 正转 反转 启动 停止 连续 三拍 六拍 正转 反转 启动 停止 3.3 脉冲和角度的关系(1)步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用 表示，=360 度/M*Z*K (3.1)式中，M 为定子绕组相数；Z 为转子齿数；K 为通电方式系数，当 M 相 M 拍通电时，K=1，当 M 相 2M 拍通电时，K=2。本课题所用为三相电机，由参数表可以推算出它的齿数 J3=360 度/3*3=40 个 或 J6=360 度/6*1.5=40 个(2)频率关系和转速的关系 n=60f/M*Z*K (3.2)式中，M、Z、K 同上；n 为每分钟转速 r/min；当 M 相 M 拍通电时，K=1，当 M 相2M 拍通电时，K=2。本科毕业设计说明书（论文）第 12 页 共 33 页 EDCBA4 五相步进电机控制系统设计及实现 4.1 五相步进电机模拟控制系统设计 4.1.1 控制流程分析 控制要求：按下启动按钮 SB1，A 相通电(A 亮)B 相通电(B 亮)C 相通电(C 亮)D 相通电(D 亮)E 相通电(E 亮)AABBBCCCDDDEEEAAB 循环下去。按下停止按钮 SB2，所以操作都停止需要重新起动14。4.1.2 程序设计(1)I/O 分配、示意图 I/O分配表如表4.1所示、示意图如图4.1所示。表4.1 I/O分配表 输入 启动 停止 I0.0 I0.1 输出 A B C D E Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 图 4.1 五相步进电机控制示意图 本科毕业设计说明书（论文）第 13 页 共 33 页(2)五相步进电机模拟控制流程图如图 4.2 所示。图 4.2 五相步进电机模拟控制景观图 (3)主要程序 系统上电 按下启动按钮 B 亮 C 亮 D 亮 E 亮 BC CD E 亮 B 亮 A 亮 AB C 亮 D 亮 DE A 亮 EA 开始 本科毕业设计说明书（论文）第 14 页 共 33 页 本科毕业设计说明书（论文）第 15 页 共 33 页 本科毕业设计说明书（论文）第 16 页 共 33 页 本科毕业设计说明书（论文）第 17 页 共 33 页 4.1.3 五相步进电机接线图 图 4.3 五相步进电机实时接线图 本科毕业设计说明书（论文）第 18 页 共 33 页 5 三相步进电机控制系统设计及实现 5.1 系统的组成及功能 本设计中使用的 PLC 为西门子 S7-200 CN 系列 PLC CPU224XPCN AC/DC/RLY，借助于实验室实验平台，选用 36BF003 型步进电动机。要实现功能：通过 PLC 控制步进电动机在单步、连续运行的情况下实现三拍、六拍的正、反转运动及实现无级调速12。5.2 三相步进电机模拟控制系统程序设计 5.2.1 控制流程分析 控制要求：当按钮开关拨到单步时，必须每按一次起动，电机才能旋转一个角度；当按钮开关拨到连续时，按一次起动，电机旋转，直到按停止；当按钮开关拨到三拍时，旋转的角度为3度；当按钮开关拨到六拍时，旋转角度为1.5度；当按钮开关拨到正转时，旋转按顺时针旋转；当按钮开关拨到反转时，旋转按逆时针旋转；当单步要转到连续或连续转到单步，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)当三拍要转到六拍或六拍要转到三拍，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)当正转要转到反转或反转要转到正转，可以通过停止也可以直接转换(通过编程)。此设计使用开环控制步进电机。传统的控制系统框图如图5.1所示。指令 图5.1 传统的控制系统框图 而本课题使用PLC为西门子S7-200 CN系列PLC-CPU224XPCN AC/DC/RLY，可以直接输出脉冲驱动36BF003型电机运行，指令可通过程序代替，而“变频信号源”、“脉冲分配器”、“脉冲放大器”则全部由PLC替代，进而取代了具有以上四项功能的驱动器，使得控制十分简单，所以本课题的控制框图可简单用图5.2表示13。图5.2 基于PLC的步进电机控制系统框图 步进电机 脉冲放大器 脉冲分配 器 变频信号源 工作机构 24V 直流电源 步进电机 S7-200CN系列PLC CPU224XPCN AC/DC/RLY 工作机构 本科毕业设计说明书（论文）第 19 页 共 33 页 5.2.2 程序设计(1)I/O分配 I/O分配表如表5.1所示。表5.1 I/O分配表 输入 启动 停止 单步 连续 三拍 六拍 正转 反转 I0.0 I0.1 I0.6 I0.7 I0.4 I0.5 I0.2 I0.3 输出 A1 B1 C1 A2 B2 C2 +24V(主机)Q0.2 Q0.3 Q0.4 (2)三相步进电机流程图如图5.3所示。图 5.3 三相步进电机控制流程图 开始 系统上电 拨到连续档位 拨到单步档位 按三拍 按六拍 正转 反转 正转 反转 按三拍 按六拍 反转 正转 反转 正转 实现连续三拍正转 实现连续三拍反转 实现连续六拍正转 实现连续六拍反转 实现单拍三拍正转 实现单拍三拍反转 实现单拍六拍正转 实现单拍六拍反转 本科毕业设计说明书（论文）第 20 页 共 33 页(3)主要程序 本科毕业设计说明书（论文）第 21 页 共 33 页 本科毕业设计说明书（论文）第 22 页 共 33 页 本科毕业设计说明书（论文）第 23 页 共 33 页 本科毕业设计说明书（论文）第 24 页 共 33 页 本科毕业设计说明书（论文）第 25 页 共 33 页 本科毕业设计说明书（论文）第 26 页 共 33 页 本科毕业设计说明书（论文）第 27 页 共 33 页 本科毕业设计说明书（论文）第 28 页 共 33 页 本科毕业设计说明书（论文）第 29 页 共 33 页 5.2.3 三相步进电机实时运行、接线图 图 5.4 三相步进电机实时运行整体图 本科毕业设计说明书（论文）第 30 页 共 33 页 图 5.5 三相步进电机实时运行图 图 5.6 PLC 的 I/O 口实时状态显示图 本科毕业设计说明书（论文）第 31 页 共 33 页 6 结论 通过 PLC 控制三相、五相步进电机运行在本课题实验中得以实现，其中控制三相步进电机时，可以选择手动开关和自动开关，实现电机在单步和连续工作方式的情况下正反转运行，其中也可以实现三拍和六拍的步进时序。在设计过程中，遇到了较多困难，诸如程序的编写，包括循环移位指令的使用、调速指令的采用等等，不仅自己查阅书籍资料，而且还向老师同学请教，最终这些问题得以解决。当今通过 PLC 发脉冲来控制步进电机运行，这种方式在工业生产多个领域广泛的应用，比如磁头定位系统，数控机床，线切割机等领域。利用步进电机较准确的定位和能输出一定大小的力矩等特点，已成为位置定位控制系统中首选的控制手段。随着电力电子、DSP 及计算机等多种技术的发展，目前在步进电机控制系统中有细分功能、节能功能的驱动器技术得以广泛的使用，使得 PLC 控制步进电机这一控制方式不断完善和发展。本科毕业设计说明书（论文）第 32 页 共 33 页 结束语 步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。步进电动机的特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角；(2)控制脉冲频率，可控制电机转速；(3)改变脉冲顺序，改变方向。PLC S7-200 系列具有极高的可靠性，丰富的指令集，易学习，操作性好，实时特性和通讯能力强，扩展模块种类多等优点，因此被广泛用于多个工业领域。它的程序编制软件是 STEP7-Micro/WIN32。这个软件是基于 Windows 操作系统，功能强大，可用于适时监控用户程序的执行状态。通过这个课题设计，我对 PLC 有了更进一步的了解认识，也了解了步进电机的内部结构和工作原理，通过模拟实验，遇到了很多实际的问题，通过查资料、请教老师和同学得以解决，增加自己解决实际问题的能力。本科毕业设计说明书（论文）第 33 页 共 33 页 致 谢 首先感谢我的导师老师，本课题是在老师的谆谆教导和悉心关怀下完成的。在毕业设计期间，老师传授了许多的实际经验和方法，给予了大量的富于启发性与建设性的建议。老师严谨的治学态度、高度的责任心、崇高的品格、渊博的知识以及丰富的实践经验都使我受益匪浅。在此，谨向老师致以最诚挚的谢意。感谢宿舍同学在学习生活中的热心帮助，以及其他所有兄弟姐妹，是他们令我置身于一个互相友爱、互相帮助的集体中。感谢我的父母对我的养育之恩及所有家人无私的支持与鼓励，是他们给了我强大的精神动力与物质后盾，使我能够全力以赴地完成学业。谨以此机会向所有给予我关心、支持和帮助的人们表示衷心的感谢，并向审阅本文的老师表示诚挚的谢意。本科毕业设计说明书（论文）第 34 页 共 33 页 参 考 文 献 1 陈建明.电气控制与 PLC应用M.北京：电子工业出版社，2006.2 廖常初.PLC基础及应用M.北京：机械工业出版社，2004.3 刘保录.电机拖到与控制M.西安：西安电子科技大学出版社，2006.4 西门子公司编.SIMATIC S7-200系统手册M.北京：机械工业出版社，2002.5 李美珠.PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2005.6 张海根.机电传动控制M.北京：高等教育出版社，2001.7 邓星钟.机电传动控制M.第三版，武汉：华中科技大学出版社 2001.8 袁顺平，孙志承.西门子 PLC与工业网络技术M.北京：机械工业出版社，2005.9 廖常初.PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2007.10 周万珍，高鸿斌.PLC分析与设计应用M.北京：电子工业出版社，2004.11 张万忠，刘明芹.电器与 PLC控制技术M.北京：化学工业出版社，2003.12 殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护M.北京：机械工业出版社，2003.13 杨青杰.三菱 FX 系列 PLC应用系统设计指南M.北京：机械工业出版社，2008.14 王永华.现代电气及可编程控制技术M.北京：北京航空航天大学，2002.15 吴中俊.可编程控制器原理及应用M.北京：机械工业出版社，2003.16 马小军.可编程控制器及应用M.南京：东南大学出版社，2007.17 谢克明，夏路易.可编程控制器原理与程序设计M.北京：电子工业出版社，2002.