1、1基于 PLC四相步进电机的控制摘 要: 随着步进电机的不断发展， PLC 是当前自动化等诸多领域利用最多的控制设施，它使传统的继电器、计算机和通讯技术融合在一起，拥有操作十分方便、控制可靠性高等诸多特点，所以如何更好地使用 PLC 控制步进电机在工业自动化等多个领域中创造更大的效益变得极为重要。本文采用了 28ybj-48 四相步进电机，以 uln2003 作为驱动电路，利用 S7-200PLC 进行正反转控制，使转动角度更加精确，减小步进电机工作时的抖动，减小误差。关键词：PLC ；步进电机；自动化控制2Four phase stepping motor based on PLC cont
2、rolAbstract: With the continuous development of the stepper motor, PLC is the automation and other areas by using the facilities of most of the control, it makes the traditional relay, computer and communication technology together, hasconvenient operation, high reliability control of many character
3、istics, so how to make better use of the PLC stepper motor control in many fields such asindustrial automation to create greater efficiency is very important to become.This paper uses 28ybj-48 four phase stepper motor, ULN2003 as drive circuit,positive inversion control using S7-200PLC, so that the
4、rotation angle is more accurate, reduce the step motor working jitter, error reduction.Keywords: PLC; stepper motor; automation control目 录第一章 绪 论 .11.1 研究意义 .11.2 国 内 外 发 展 应 用 情 况 .11.2.1 步进电机方面 .11.2.2 PLC方面 .21.3 系 统 设 计 的 主 要 任 务 .2第二章 PLC 的综述与选择 .32.1 PLC 的 综 述 .32.1.1 PLC的发展概述 .32.1.2 PLC的构成 .
5、32.1.3 PLC 应用中需要注意的问题 .42.2 西 门 子 s7-200PLC.42.2.1 西门子 s7-200PLC基本情况 .42.2.2 西门子 s7-200PLC的选型 .5第三章 步进电机的综述与选择 .73.1 步 进 电 机 的 综 述 .73.1.1 步进电机的发展简介 .73.1.2 步进电机的原理及术语 .83.1.3 步进电机的特点及应用注意事项 .83.2 四 相 步 进 电 机 的 概 述 .93.2.1 四相步进电机工作原理 .93.2.2 四相步进电机常见工作方式 .103.2.3 步进电机的选择 .10第四章 硬件设计 .114.1 系 统 框 图 .
6、114.2 电 路 设 计 图 .114.3 四 相 步 进 电 机 控 制 方 式 .114.4 步 进 电 机 的 驱 动 电 路 .12第五章 程序的设计及软件仿真 .145.1 西 门 子 STEP7-Micro/WIN32 V4.0 的 概 述 .145.2 相 应 指 令 的 介 绍 .155.3 输 入 /输 出 元 件 及 控 制 功 能 .185.4 程 序 梯 形 图 .185.5 应 用 仿 真 软 件 对 s7-200 进 行 仿 真 .22第六章 结 论 .24参考文献 .250第一章 绪 论1.1 研究意义随着人类工业社会的不断发展，在工业上的自动化水平在得到了十分
7、快速的发展，在人类的生产和生活中扮演关键角色的传统电能转换装置的某些功能已经不能满足各种现代工业要求的运动控制系统，基于步进电动机具有控制精度高、可靠性高、使用方便等优点，步进电机已在自动化控制的多个领域得到了普遍的应用。近年来，伴随着计算机技术的不停发展以及微电子技术的快速发展， PLC也得到了飞速地发展，它使传统的继电器，计算机和通讯技术融为一体，拥有控制力强、操作方便，可靠性高诸多特点，普遍的运用在各种自动化控制中，为人类的生产生活提供了巨大的效益和便利。因此，通过对 PLC 控制步进电动机的研究，既能够实现更加精确的自动化控制，又能够降低控制的成本，而且有利于设备维护。在 PLC 得到
8、很好地发展之前，为了实现对步进电机进行驱动，驱动其实是必不可少的，伴随着 PLC 等相关技术的不断不成熟，PLC 具备了通过输出脉冲信号来对步进电机进行各种控制的能力，经过这种控制方式就有利于更加精确地进行控制，完成生产生活等各方面的需求，为社会和经济的发展创造更大的价值。1.2 国 内 外 发 展 应 用 情 况1.2.1 步进电机方面步进电机的发展与当今社会计算机工业的发展有着十分密切的关系，随着新兴微型计算机和数控技术的发展，步进电机的用途不断向其他诸多领域中发展。发展到现在，步进电机在构造上有三种主要类型：反应式（Variable Reluctance，VR） 、永磁式（Permane
9、nt Magnet,PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS） 。目前，日本的步进电机生产量在世界上居于首位，德国的生产量也是相当之大，像日本的东方公司和德国的 B.L.公司，其生产的步进电机不管是性能、外观还是生产手段都是世界顶尖的。而我国的发展情况和这些国家相比具有相当大的差距。到现在为止，我国有许多厂家能够生产步进电机，但是能够自主开发的却很少，大部分仅仅处于一种仿制阶段，这种情况给用户造成了许多不必要的麻烦。21.2.2 PLC方面自 1969 年世界上第一台 PLC 诞生到现在，世界上有两百多家 PLC 生产商，不同型号的产品有几千种，按地域分化分别是美国、欧洲和日本的产
10、品。随着改革开放的开始，我国在 PLC 方面的研究、生产业逐渐开始起步。最开始的时候是在引进大批带有可编程逻辑控制器的设备。之后在各个企业的制造的产品中也增添了 PLC 的运用。但是由于诸多原因，国内 PLC 市场份额的 95%以上都被国外品牌所占有，像德国的西门子，日本的三菱、欧姆龙等。欧美公司在大中性领域里优势较大，而在小型领域中，日本公司的产品占有很重要的位置。但是随着国内 PLC 生产制造的技术不断成熟，国内外小型 PLC 的差距正在逐步的缩小和利时、凯迪恩、德维森等一些国内 PLC 厂家，近几年来都获得了一定的成长。1.3 系 统 设 计 的 主 要 任 务本设计是采用是 S7200
11、 控制四相反应步式步进电机，通过采用二相激磁控制方式或采用 1-2 相激磁控制方式来控制步进电机的正反转控制。3第二章 PLC 的综述与选择2.1 PLC 的 综 述2.1.1 PLC的发展概述可编程控制器，简称 PLC(Programmable logic Controller),是一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。美国在 20 世纪 60 年代研发出世界上第一台 PLC。由于当时条件的限制，早期的 PLC 只能做一些简单的逻辑控制，定时，计数功能。直到第二十世纪 70 年代微处理器出现运用，PLC 增加计算，数据传输和处理以及许多其他功能，逐步完成了拥有计算机的特点工业自动化控制装
12、置拥有计算机的特点。在进入到 21 世纪以后，PLC 已经变成特意为了各种不同的工业环境所设计而成的系统。它采用可编程序的存储器存储执行算术运算、逻辑运算、顺序控制等操作命令，经过数字量、模拟量来对需要控制的系统进行相应的控制，具备了配套齐全，功能完善，可靠性高，抗干扰能力强，易学易用，体积小，能耗低等诸多优点。随着工业现代化水平的不断发展，PLC 在以后会拥有更广泛的应用。从技术层面上看，伴随着新的计算机技术不断运用在 PLC 的设计与制造上，会不断有更加先进的 PLC 产品出现；从市场层面上看，伴随着国际市场竞争的不断加剧，未来能够呈现少量大企业垄断的现象，会产生国际通用的编程语言；从产品
13、层面上看，会进一步向着超小型和超大型的方向发展，产品的配套设施也会越来越丰富，可以满足各个行业的不同需求。2.1.2 PLC的构成根据构造分类，PLC 可分为组合式和固定式两类。固定式由 CPU 板、I/O 板、内存块等部分构成一个整体。模块式由 CPU 模块、I/O 模块、内存、底板或机架等相应组合而成。CPU： PLC 的核心是 CPU，用来接收并储存用户所需要的数据和程序，使用从现场扫描的方式采集数据，并存储在相应的寄存器，并且可以同时诊断内部工作情况及语法错误。投入运行后，从程序存贮器中依次读取所需要的指令，经过分析之后，再产生对应的控制信号进行电路控制。a) I/O 模块： PLC
14、和电气回路之间的接口，是经过输入输出部份（ I/O）实现4的。PLC 的 I/O 电路是通过 I/O 模块来集成的。输入模块：电信号转换为数字信号输入到 PLC，输出模块是相反的。b) 电源模块：为各模块集成电路供电。c) 底板或机架：电气上，完成每个模块之间的联络，机械上，完成每个模块之间的衔接，使每个模块组成一个总体。d) PLC 系统的其它设备：编程设备。人机界面。输入输出设备。e) PLC 的通讯：依托领先的工业网络技术能够快速有效的采集、传递生产和管理数据。PLC 拥有通讯联网的功能，能够让 PLC 和 PLC、PLC 和上位计算机及其余设备间可以互换讯息，构成一个统一总体，完成分散
15、统一控制。2.1.3 PLC 应用中需要注意的问题a) 温度：PLC 规定温度在 0 55 ，安装过程中不可以安置在发热量大的元件周围，周围透风空间必须足够大。b) 湿度：为了保证 PLC 有足够的绝缘能力，确保空气湿度小于或等于百分之八十五。c) 震动：让 PLC 离开震动源，避免振动频率为 10 Hz55Hz 的频繁或持续振动。d) 空气：防止有腐蚀和易燃的气体。2.2 西 门 子 s7-200PLC2.2.1 西门子 s7-200PLC基本情况CPU 系列号 产品图片 描述DC/DC/DC；6 点输入/4 点输出CPU221AC/DC/继电器；6点输入/4 点输出DC/DC/DC；8 点
16、输入/6 点输出CPU222AC/DC/继电器；8点输入/6 点输出CPU224 DC/DC/DC；14 点输入/10 点输出5图 2-1 PLC CPU选型型号表2.2.2 西门子 s7-200PLC的选型本设计使用的PLC 为西门子S7-200系列，CPU 型号是224XP。其基本参数情况如下表述所示。描述 CPU 224 XP CN DC/DC/DC CPU 224 XP CN AC/DC/继电器物理特性尺寸重量功耗140 X 80 X 62 mm390 g8 W140 X 80 X 62 mm440 g11WI/O 特性本机数字量输入本机数字量输出本机模拟量输入本机模拟量输出数字 I/
17、O 映象区模拟 I/O 映象区允许最大的扩展14 输入10 输出2输入1输出256 (128输入/128输出)64(32输入 /32输出)7个模块14 输入10 输出2输入1输出256 (128输入/128输出)64(32输入 /32输出)7个模块AC/DC/继电器；14点输入/10 点输出DC/DC/DC；14 点输入/10 点输出；2 输入/1 输出共 3 个模拟量 I/O 点CPU224XPAC/DC/继电器；14点输入/10 点输出；2输入/1 输出共 3 个模拟量 I/O 点DC/DC/DC；24 点输入/16 点晶体管输出CPU226AC/DC/继电器；24点输入/16 点输出DC
18、/DC/DC；24 点输入/16 点晶体管输出CPU226XMAC/DC/继电器；24点输入/16 点输出6I/O 模块允许最大的智能模块脉冲捕捉输入高速计数器总数单相计数器两相计数器脉冲输出7个模块146个4，每个30KHz2，每个200KHz3，每个20KHz1，每个100KHz2个100KHz(仅限于 DC 输出)7个模块146个4，每个30KHz2，每个200KHz3，每个20KHz1，每个100KHz2个100KHz(仅限于 DC 输出)常规特性定时器总数1ms10ms100ms计数器总数内部存储器位掉电保持时间中断边沿中断模拟电位器布尔量运算执行时间时钟卡件选项256个4个16个236个256(由超级电容或电池备份)256(由超级电容或电池备份)112(存储在 EEPROM)2个1ms 分辨率4个上升沿和/或4个下降沿2个8位分辨率0.22s内置存储卡和电池卡256个4个16个236个256(由超级电容或电池备份)256(由超级电容或电池备份)112(存储在 EEPROM)2个1ms 分辨率4个上升沿和/或4个下降沿2个8位分辨率0.22s内置存储卡和电池卡图 2-2 CPU 224XP CN参数表
