1、沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸1 / 21目录第 1 章 引言 2第 2 章 系统总体方案设计 32.1 五相十拍步进电动机的控制要求 32.2 方案原理分析 32.3 方案设计思路 4第 3 章 PLC 控制系统设计 53.1 I/O 地址分配 53.2 PLC 外部接线图 53.3 步进控制设计 63.4 梯形图设计 83.5 调试说明 19结束语 20参考文献 21沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸2 / 21第1章 引言步进电机作为执行元件，是电气自动化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。步进电动机具有快速起停、精确步进和定
2、位等特点，所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。目前，比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。但采用单片机控制，不仅要设计复杂的控制程序和I/O 接口电路，实现比较麻烦。基于 PLC 控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，参数设计置灵活等优点。步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。对五相十拍步进电机的控制，主要分为两个方面：五相绕组的接通与断开顺序控制。正转顺序：
3、ABC BCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB 反转顺序：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEA EABAB 以及每个步距角的行进速度。围绕这两个主要方面，可提出具体的控制要求如下：1、可正转或反转；2、运行过程中，步进三种速度可分为高速（0.05S），中速（0.3S ）,低速（0.5S）三档，并可随时手控变速；下面介绍一种基于 PLC 的步进电机控制的方法。沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸3 / 21第2章 系统总体方案设计2.1 五相十拍步进电动机的控制要求1五相步进电动机有五个绕组: A、B、C、D、E ,正转顺序: ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEA
4、BAB反转顺序: ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB2用五个开关控制其工作：1号开关控制其运行 ( 启 / 停 )。2号开关控制其转向 （ON 为正转，OFF 为反转）。3号开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.5 秒)。4号开关控制其中速运行 (转过一个步距角需 0.1 秒)。5号开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.03 秒)。6号开关控制其紧急停止 ( ON 为急停，OFF 为运行 )。2.2 方案原理分析在对五相十拍步进电机的控制中，主要分为两个方面：五相绕组的接通与断开顺序控制以及正反向调节和调速功能。正转顺序：ABC BC BCDCDCDEDEDEAEA
5、EABAB 反转顺序：ABC BC BCDCDCDEDEDEAEAEABAB五相步进电动机有五个绕组：A、B、C、D、E，控制步进电动机五相十拍的时序图图2.1所示。（1）正转时序图 （2）反转时序图图2.1 五相十拍步进电机时序图沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸4 / 212.3 方案设计思路利用三个位移寄存器并向其分别赋值50、10、3，来控制不同转速时的延时时间，在针对正反转的选择时可以采用调用子程序的方法分别编辑，每种速度调节均利用十个定时器实现其绕组延时通断，从而实现步进电动机的步进要求。在换向时，同样计时器可以完成相应的计时工作，两个子程序的工作互不干扰，且两者无
6、法同时运行，因此在主程序中调用子程序时只能选择其中之一进行调用，有效的避免了程序混乱。为保证运行安全，避免误触误启动事件的产生启动开关速度选择，转向选择三者均已完成时程序放可启动，若有任意一项的操作未完成，则程序无法运行。为避免安全事故和应对紧急情况同时应在主程序和两个子程序中设置紧急停止，当紧急停止按钮按下时程序立刻停止运行。沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸5 / 21第3章 PLC 控制系统设计3.1 I/O 地址分配3.1.1 各输入量作用：SB1 打开时程序可以启动，在此过程中支持切换转速及方向。SB2 默认（I0.1=0）反转，当 SB2 打开（I0.1=1）是正转
7、。急停 SB6 默认状态（I0.5=0），当打开 SB6（I0.5=1）时程序立刻停止，重新恢复默认状态时，程序再次从头开始运行。速度选择开关 SB3，SB4，SB5 分别对应低速，中速，快速，当 SB3 打开(I0.2=1，I0.3=0，I0.4=0)选择低速并向位移寄存器赋初值 50 即计时器计时 0.5 秒；当 SB4 开(I0.2=0，0.3=1，0.4=0)选择中速位移寄存器赋初值 10 时器计时 0.1 秒；当 SB5 开(I0.2=0，0.3=0，I0.4=1)高速位移寄存器赋初值 3 计时器计时 0.03 秒。3.1.2I/O 口分配控制信号 信号名称 元件名称 元件符号 地址
8、编码启/停控制 常开按钮 SB1 I0.0正/反控制 常开按钮 SB2 I0.1低速 常开按钮 SB3 I0.2中速 常开按钮 SB4 I0.3快速 常开按钮 SB5 I0.4输入信号急停 常开按钮 SB6 I0.5输出端子 A 端子 A Q0.0输出端子 B 端子 B Q0.1输出端子 C 端子 C Q0.2输出端子 D 端子 D Q0.3输出信号 输出端子 E 端子 E Q0.4表 3.1 I/O 口分配表3.2 PLC 外部接线图PLC 外部接线图的输入输出设备、负载电源的类型等的设计就结合系统的控制要求来设定。根据上图的 I/O 分配表通过查阅手册选择 S7-200 CPU222基本单
9、元（8入/6出）1台步进电动机采用五相十拍控制外部接线图如图3.2所示：沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸6 / 21图 3.2 PLC 外部接线图3.3 步进控制设计将五相十拍步进电机的十拍分别定义为M0.0、M0.1、M0.2 、M0.3 、M0.4 、M0.5、M0.6、M0.7 、M1.0、M1.1,。绕组A、B、C 、D、E 分别定义为输出量 Q0.0、Q0.1、Q0.2 、Q0.3 、Q0.4。步进电机的每拍对应不同的输出量 M 与 Q 的输出关系如表 3.3 表 3.4 所示。沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸7 / 21表 3.3 电机正转时移位
10、寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表表 3.4 电机反转时移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表M0.0-M1.1 反转M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4 M0.5 M0.6 M0.7 M1.0 M1.1 A B C D E1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 00 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 10 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 00 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 00 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 10 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 10 0
11、0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 10 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0M0.0-M1.1 反转M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.0 A B C D E1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 00 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 10 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 10 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 10
12、 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 10 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 00 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 00 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸8 / 21根据表 3.3 和表 3.34 可以得出无相绕组的逻辑控制关系式电机正转时Q0.0=M0.6+M0.7+M1.0+M1.1+M0.0Q0.1=M1.0+M1.1+M0.0+M0.1+M0.2Q
13、0.2=M0.0+M0.1+M0.2+M0.3+M0.4Q0.3=M0.2+M0.3+M0.4+M0.5+M0.6Q0.4=M0.4+M0.5+M0.6+M0.7+M1.0电机反转时Q0.0=M1.0+M0.0+M0.1+M0.2+M0.3Q0.1=M0.7+M01.0+M1.0+M0.0+M0.1Q0.2=M0.5+M0.6+M0.7+M1.0+M1.1Q0.3=M0.3+M0.4+M0.5+M0.6+M0.7Q0.4=M0.1+M0.2+M0.3+M0.4+M0.53.4梯形图设计3.4.1梯形图设计原理启停使用单按钮控制。梯形图设计如下，首先选择 SB3(SB4或 SB5)选择一种步进速
14、度，把三个值50、10、3分别送到 VW100可得到低速、中速、高速三种速度。再按SB1(I0.0)使 M2.0得电，若按下 SB2(I0.1)则选着正转同时选择了子程序一，不按SB2(I0.1)则选择反转同时选择了子程序二。此时 M0.0接通，T37同时开始计时，并输出对应的输出量，T37计时结束则 M0.0停止运行并停止输出，M0.1开始运行 T38同时开始计时并将对应量输出。同理依次运行至 M1.1，T46同步计时，并做相应输出。计时结束后重新回到 M0.0再次进行循环。3.4.2顺序功能图根据设计原理绘制正反转子程序的顺序功能图分别如图3.5图3.6所示子程序顺序功能图沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸9 / 21子程序一，正转图 3.5 电机正转顺序功能图沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸10 / 21子程序二，反转图 3.6电机反转顺序功能图
