1、PLC 控制系统课程设计1第一章 控制工艺流程分析1.1步进电机的控制过程描述目前1.2 PLC控制步进电机的控制工艺分析时至今日，软件以及电子设备等相关技术都有了长足发展。虽然软件的发展速度比不上硬件的发展速度那么迅速，但已能满足现在的工业需求。对步进电机的传统控制通常完全由硬件电路搭接而成。随着 PLC的普及，现在已普遍采用硬件与软件相结合的方式对其进行控制，这种控制方法有很多优点，比如：可以实现高精度的控制，降低成本，降低控制难度，简化控制电路等。今后步进电机的总体发展趋势是向着低功耗、高频率精度、多功能、高度自动化和智能化的方向发展。PLC 控制系统课程设计2第二章 步进电机 PLC控
2、制系统总体方案设计2.1系统硬件组成可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态中，可编程控制器通过执行反应控制来实现用户的控制要求。为了使可编程控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不仅仅执行一次，而是反复不断地重复执行，直到可编程控制器停机或切换到STOP工作状态。下面用一个简单的例子来进一步说明可编程序控制器的扫描工作过程。图 2.1所示的 PLC的输入输出接线图，起动按钮 SB1和停止按钮 SB2的常开触点分加别接在编号为 X000和 X001的可编程控制器的输入端，接触器 KM的线圈接在编号为 YO00的可编程控制器的输出端
3、。图(b)是这 3个输入/输出变量对应的 I/O映像寄存器。图（c）是可编程控制器的梯形图，它与图 2.1所示的继电器电路的功能相同。但是应注意，梯形图是一种程序，是可编程控制图形化的程序。图中的 X000等是梯形图中的编程元件，XO00 与 X001是输入继电器，Y000 是输出继电器。编程元件 X000与接在输入端子 XO00的 SB1的常开触点和输入映像寄存器 XO00相对应，编程元件 Y000与输出映像寄存器 Y000和接在输出端子Y000的可编程控制器内部的输出电路相对应。(a) (b) (c) (d)图 2-1 PLC 的外部接线图与梯形图PLC 控制系统课程设计3图 2-2 PL
4、C 控制系统的硬件结构图梯形图以指令的形成储存在可编程控制器的用户程序存储器中，梯形图与下面的 4条指令对应“；”之后是该指令的注解。LD X000 ；接在左侧母线上的 X000的常开触点。OR Y000 ；与 X00O的常开触点并联的 Y000的常开触点。ANI X001 ；与并联电路串联的 X001的常闭触点。OUT Y000 ；Y000 的线圈。在输入处理阶段，CPU 将 SB1，SB2 的常开触点的状态读入相应的输入映像寄存器，外部触点接通时存入寄存器的是二进制数“1”，反之存入“0”。执行第一条指令时，从输入映像寄存器 X000中取出二进制数并存入运算结果寄存器。执行第二条指令时，从
5、输出映像寄存器 Y000中取出二进制数，并与运算结果寄存器中的二进制数相“或”（触点的并联对应“或”结算），然后存入运算结果寄存器。执行第三条指令时，取出输入映像寄存器 X001中的二进制数，因为是常闭触点，取反后与前面的运算结果相“与”（电路的串联对应“与”运算），然后存入运算结果寄存器。在输出处理阶段，CPU 将各输出映像寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来，如果输出映像寄存器 Y000中存放的是二进制数“1”，外接的 KM线圈将通电，反之将断电。X000，X001 和 Y000的波形高电平表示按下按钮或 KM线圈通电,当 TT1时,读入输入映像寄存器 X000和 X001的均为二进
6、制数“0”此时输出映像寄存器Y000中存入的亦为“0”在程序执行阶段,经过上述逻辑运算过程之后,运算结果仍为 Y000=0,所以 KM的线圈处于断电状态.在 TT1区间,虽然输入/输出信号PLC 控制系统课程设计4的状态没有变化,用户程序确在一直反复不断地执行着。T=T1 时按下起动按钮SB1，X0 变为“1”状态，经逻辑运算后 Y000变为“1”状态，在输出处理阶段，将 Y000对应的输出映像寄存器中的“1”送到输出模块，将可编程控制器内Y000对应的物理继电器的常开触点接通，使接触器 KM的线圈通电。22 控制方法分析(1)工作原理步进电机是将给定的电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制
7、元件。给定一个电脉冲信号，步进电机转子就转过相应的角度，这个角度就称作该步进电机的步距角。目前常用步进电机的步距角大多为 1.8度（俗称一步）或0.9度（俗称半步） 。以步距角为 0.9度的进步电机来说，当我们给步进电机一个电脉冲信号，步进电机就转过 0.9度；给两个脉冲信号，步进电机就转过1.8度。以此类推，连续给定脉冲信号，步进电机就可以连续运转。由于电脉冲信号与步进电机转角存在的这种线性关系，使得步进电机在速度控制、位置控制等方面得到了广泛的应用.步进电机的位置控制是靠给定的脉冲数量控制的。给定一个脉冲，转过一个步距角，当停止的位置确定以后，也就决定了步进电机需要给定的脉冲数。其工作原理
8、如下：设 A相首先通电，转子齿与定子 A、A对齐。然后在 A相继续通电的情况下接通 B相。这时定子 B、B极对转子齿 2、4 产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是 A、A极继续拉住齿 1、3，因此，转子将转到两个磁拉力平衡为止。即转子顺时针转过了 15。接着 A相断电，B 相继续通电。这时转子齿2、4 和定子 B、B极对齐，转子从图(b)的位置又转过了 15。这样，如果按AA、BBB、CCC、AA的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角 15。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。如果按 AA、CCC、BBB、AA的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。PLC 控制
9、系统课程设计5图 2-3 步进电机通电方式原理图（2）控制方案（1）三相步进电动机有三个绕组: A、B、C正转通电顺序为：AABBBCCCA反转通电顺序为：ACACBCBAB（2）用 7个开关控制其工作#1开关控制其运行 ( 启 )。#2开关控制其运行 ( 停 )。#3 号开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.5 s)。#4 号开关控制其中速运行 (转过一个步距角需 0.1 s)。#5 号开关控制其高速运行 (转过一个步距角需 0.04 s)。#6 号开关控制其转向 ( ON 为正转 )。#7 号开关控制其转向 ( OFF 为反转)。23 I/O 分配步进电动机以最常用的三相六拍通电方式
10、工作，并要求步进电动机设有快速、慢速控制、正反转及单步控制 4种控制方式。根据要求，可选用 C28PCDTD的 PLC进行控制并设计出步进电动机的 PLC控制系统 I/O接线图。PLC 控制系统课程设计6图 2-4 步进电动机的 PLC 控制系统 I/O 接线图（2）步进电动机 PLC控制系统梯形图设计图 2-5 步进电动机的 PLC 控制系统梯形图24 系统结线图设计PLC机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性价比最优的机型。通常做法是，在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结构的 PLC；其他情况则最好选用模块式结构的 PLC；对于开
11、关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带 A/D转换、D/A 转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而在控制比较复杂，控制功能要求PLC 控制系统课程设计7比较高的工程项目中（如要实现 PID运算、闭环控制、通信联网等） ，可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机（其中高档机主要用于大规模过程控制、全 PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等） 。本次设计选择的是三菱系列的 FX1N系列。图 2-6 控制系统原理图图 2.6是控制系统的原理接线图，图 2-6中 Y7输出的脉冲作为步进电机的时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，控
12、制步进电机运转。同时 Y7接至 PLC的输入接点 X0，并经 X0送至 PLC内部的 HSC。HSC 计数 Y7的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使 Y7的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较准确的位置控制。图 2-7 控制梯形图控制系统的运行程序：第一句是将 DT9044和 DT9045清零，即为 HSC进行计数做准备;第二句第五句是建立参数表，参数存放在以 DT20为首地址的数据寄存器区;最后一句是启动 SPD0指令，执行到这句则从 DT20开始取出设定的参数并完成相应的控制要求。由第一句可知第一个参数是 K0，是 PULSE方式的特征值，由此规定了输出方式。第二个参数是 K70，对应脉冲频率为 500Hz，于是 Y7发出频率为 500Hz的脉冲。第三个参数是 K1000，即按此频率发 1000个脉冲后则切换到下一个频率。而下一个频率即最后一个参数是 K0，所以当执行到这一步时脉冲停止，于是电机停转。故当运行此程序时即可使步进电机按照规定的速度、预定的转数驱动控制对象，使之达到预定位置后自动停止。PLC 控制系统课程设计8第三章 控制系统梯形图程序设计3.1 步进电机控制流程图3-3 步进电机控制流程图3-4 步进电机梯形图PLC 控制系统课程设计93.2实验的时序图图 3-5 控制电机的时序图3.3控制程序设计思路第四章 控制系统梯形图程序设计PLC 控制系统课程设计10
