采用信捷PLC控制多臺步進(jìn)電機(jī)

1、多臺步進(jìn)電機(jī)的PLC控制 目 錄1 引言（主要寫課題設(shè)計的目的、設(shè)計內(nèi)容及要實現(xiàn)的目標(biāo)）2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2.1 步進(jìn)電機(jī)的選型及特點(diǎn) 2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器選型及特點(diǎn) 2.3 PLC選型及特點(diǎn) 2.4 其它硬件選型(傳感器等) 2.5 系統(tǒng)組成框圖 2.6 I/O分配表 2.7 系統(tǒng)接線圖設(shè)計 2.8 系統(tǒng)可靠性設(shè)計3 控制系統(tǒng)設(shè)計 3.1 控制程序流程圖設(shè)計 3.2 控制程序時序圖設(shè)計 3.3 控制程序設(shè)計思路 3.4 創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容4 總結(jié)與展望5 參考文獻(xiàn)6附錄：帶功能注釋的梯形圖源程序多臺步進(jìn)電機(jī)加減速控制的PLC控制1.1引言步進(jìn)電動機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制

2、元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是電氣自動化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機(jī)械等領(lǐng)域。步進(jìn)電動機(jī)具有快速起停、精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，所以常用作工業(yè)過程控制及儀器儀表的控制元件。目前，比較典型的控制方法是用單片機(jī)產(chǎn)生脈沖序列來控制步進(jìn)電機(jī)。但采用單片機(jī)控制，不僅要設(shè)計復(fù)雜的控制程序和I/O接口電路，實現(xiàn)比較麻煩?；赑LC控制的步進(jìn)電動機(jī)具有設(shè)計簡

3、單，實現(xiàn)方便，參數(shù)設(shè)計置靈活等優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于對精度要求比較高的運(yùn)動控制系統(tǒng)中，如機(jī)器人、打印機(jī)、軟盤驅(qū)動器、繪圖儀、機(jī)械閥門控制器等。矩角特性是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時一個很重要的參數(shù)，矩角特性好，步進(jìn)電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩就大，運(yùn)行不易失步。改善矩角特性一般通過增加步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行拍數(shù)來實現(xiàn)1.2設(shè)計任務(wù)本系統(tǒng)由“步進(jìn)電機(jī)（4臺）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器（4件）、傳感器、繼電器、指示燈、按鈕、接線端子”等組成。采用PLC進(jìn)行控制，實現(xiàn)對4臺電機(jī)的啟停、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、定位的控制等功能。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器設(shè)定：脈沖+方向控制方式，脈沖細(xì)分?jǐn)?shù)自定。步進(jìn)電機(jī)工作流程：1.3設(shè)計要求： 1.電機(jī)沒有復(fù)位成功，啟動按鈕失效。 2

4、.啟動按鈕在設(shè)備工作時失效。 3.按下停止按鈕，完成一個工作周期后設(shè)備停止。 4.將工作循環(huán)次數(shù)記錄于斷電保持繼電器，以記錄加工工件數(shù)。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1步進(jìn)電機(jī)的選型及特點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)為6出線BS57HB76-03步距角 1.8電機(jī)長度 76mm保持轉(zhuǎn)矩 1.35N.m額定電流 3 A/Phase相電阻 1.0相電感 1.6 mH轉(zhuǎn)子慣量 480 g.cm2電機(jī)重量 1.0Kg 2.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器選型特點(diǎn) 驅(qū)動器為Q2HB44MAQ2HB44MA(B)為等角度恒力矩細(xì)分型驅(qū)動器，驅(qū)動電壓DC12-40V,適配6或8出線、電流在4A以下、外徑42-86mm的各種型號的二相混合式步進(jìn)電機(jī)。

5、該驅(qū)動器內(nèi)部采用獨(dú)特的控制電路，用此電路可以使電機(jī)噪音減小，電機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)，電機(jī)的高速性能可提高30以上，而驅(qū)動器的發(fā)熱可減少50。廣泛運(yùn)用于雕刻機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)等分辨率較高的小型數(shù)控設(shè)備上。特點(diǎn) 高性能、低價格 設(shè)有12/8檔等角度恒力矩細(xì)分，最高200細(xì)分 采用獨(dú)特的控制電路 最高反應(yīng)頻率可達(dá)200Kpps 步進(jìn)脈沖停止超過100ms時，線圈電流自動減半 雙極恒流斬波方式 驅(qū)動電流從0.5A/相到4A/相連續(xù)可調(diào) 單電源輸入，電壓范圍：DC12-40V2.3PLC選型及特點(diǎn) PLC為信捷XC5-32PT-E I/O 點(diǎn)數(shù) 32 點(diǎn) 輸出類型 晶體管輸出 輸入類型 PNP 電源類型 AC220

6、V特點(diǎn)：該型號屬于增強(qiáng)型PLC，基本功能齊全，還擁有4 路（Y0Y3）脈沖輸出?；咎幚碇噶?.20.5us，掃描時間10,000 步5ms，程序容量高達(dá)256K?；締卧芍С? 個不同種類、型號的擴(kuò)展模塊和1 個擴(kuò)展BD 板。高速脈沖計數(shù)，基本單元配備了3 通道、2 相高速計數(shù)器和高速計數(shù)比較器，可進(jìn)行單相、脈沖方向、AB 相3 種模式進(jìn)行計數(shù)，頻率可達(dá)80KHz。支持2 種編程方式，即命令語編程和梯形圖編程。這2 種編程可相可切換編輯。2.4其他硬件選型 限位開關(guān)*4 按鈕*4 接線端子若干2.5系統(tǒng)組成框圖 PLC步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器1步進(jìn)電機(jī)

7、4步進(jìn)電機(jī)3步進(jìn)電機(jī)2步進(jìn)電機(jī)12.6I/O分配表 2.7系統(tǒng)接線圖設(shè)計2.8系統(tǒng)可靠性設(shè)計 每一臺電機(jī)對應(yīng)一個復(fù)位開關(guān)，當(dāng)復(fù)位開關(guān)沒有全部復(fù)位成功,啟動按鈕處于失效狀態(tài)，電機(jī)不能啟動。 使用斷電保持繼電器D4000記錄程序循環(huán)次數(shù)。 在PLC工作時，M1實現(xiàn)自鎖，啟動按鈕失效。3.控制系統(tǒng)設(shè)計3.1控制程序流程圖設(shè)計 3.2時序圖設(shè)計3.3 控制程序設(shè)計思路 根據(jù)前面所選電機(jī)，步距角為1.8，選擇驅(qū)動器細(xì)分?jǐn)?shù)為200，則電機(jī)實際步距角&=1.8/200=0.009，電機(jī)轉(zhuǎn)速Q(mào)=&*K（K為脈沖頻率）。為實現(xiàn)轉(zhuǎn)速1/2 r/s、1/4 r/s、1/8 r/s,容易算得對應(yīng)的K應(yīng)為20000Hz

8、、10000Hz、5000Hz。 為實現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，采用雙向脈沖輸出指令（D）PLSR，PLC是32點(diǎn)I/O口的XC5系列，Y0Y3為脈沖輸出口，Y4Y7為方向信號輸出口，分別對應(yīng)M1M4四臺電機(jī)。(D)PLSR指令說明如下：DPLSRS1S2D1D2S1 指定分段脈沖參數(shù)起始軟元件地址編號 16 位/32 位，BINS2 指定加減速的數(shù)值或軟元件的地址編號 16 位/32 位，BIND1 指定脈沖輸出端口編號 D2 指定脈沖輸出方向端口編號本方案先用（D）MOV指令將脈沖頻率和脈沖數(shù)寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中，通過SET和RET指令控制線圈M2、M3、M4的高低電平，進(jìn)而控制寄存器所存儲的脈沖數(shù)

9、的正負(fù)，當(dāng)S1中第一段設(shè)定的脈沖個數(shù)為正數(shù)時，對應(yīng)的方向信號輸出口輸出為ON；當(dāng)設(shè)定的脈沖個數(shù)為負(fù)數(shù)時，輸出為OFF。電機(jī)行程開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4全部被按下，表示電機(jī)復(fù)位成功，此時啟動按鈕有效。PLC每掃描一個周期，電機(jī)運(yùn)行-復(fù)位一次。計數(shù)器采用遞增模式，設(shè)定值為10000，當(dāng)PLC完成一次掃描，計時器C600將+1，并且使用指令（D）MOV將計數(shù)器的結(jié)果傳送到斷電保持寄存器D4000中。當(dāng)需要重新開始計數(shù)時，可按復(fù)位按鈕X7使計時器重0開始計數(shù)。程序指令表見附錄一。程序梯形圖如下圖所示：3.4創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容 利用PLC的的脈沖輸出功能，可以有效的控制多臺步進(jìn)電機(jī)正傳，反轉(zhuǎn)和停止。

10、在機(jī)械加工中，就此項可以讓工件、刀具、夾具等物體按照設(shè)定好的程序進(jìn)行各項復(fù)雜的運(yùn)動，從而增加了加工的精度，還降低了對操作人員的熟練度要求，更有效的減少了勞動力數(shù)量。4 總結(jié)與展望 通過這次設(shè)計實踐。我學(xué)會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設(shè)計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實踐與理論的差距。 我國是發(fā)展中國家

11、，工業(yè)自動化程度較低，工業(yè)自動化應(yīng)用水平與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比滯后幾十年，相當(dāng)一部分機(jī)械行業(yè)仍采用傳統(tǒng)繼電器一接觸器設(shè)備。我國正努力成為世界新的制造業(yè)基地，制造業(yè)的控制主要以離散控制為主，PLC是該領(lǐng)域控制系統(tǒng)的首選。同時，機(jī)械行業(yè)為提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，必然會實現(xiàn)自動化控制，大量傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動化改造為PLC的提供更廣闊的應(yīng)用空間。5參考文獻(xiàn)1張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計第四版.北京:等教育出版社 20142史國生.電氣控制與可編成控制器技術(shù)第三版.北京:學(xué)工業(yè)出版社 20103熊詩波，黃長義.機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ).北京:械工業(yè)出版社 20134 劉順禧. 電氣控制技術(shù). 北京：北京理工大學(xué)出版

12、社,1995 5袁任光.可編程序控制器(PLC)應(yīng)用技術(shù)與實例第2版. 廣州：華 南理工大學(xué)出版社, 2000 6謝劍英.微型計算機(jī)控制技術(shù)第3版.北京：國防工業(yè)出版社.2001 7 鄧則名. 電器與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社,1997 8 鐘肈新. 可編程控制器原理及應(yīng)用M. 廣州: 華南理工大學(xué)出版 社.1988.6附錄一程序指令表LDX0ANDX3ANDX4ANDX5ANDX6ORM1ANIX1OUTM1LDM1DMOVK20000D100DMOVK10000D110DMOVK5000 D120DMOVK200D130DMOVK90000D140DMOVK100000D14

13、1LDM10DPLSRD110D130Y2Y6DPLSRD120D130Y3Y7OUTT1K20LDPM1ORT7SETM3RSTM4SETM10LDM11DPLSRD110D130Y0Y4DPLSRD120D130Y1Y5OUTT2K20LDT1RSTM10SETM11LDM12DPLSRD120D130Y0Y4DPLSRD110D130Y2Y5OUTT3K10LDT2RSTM11SETM12LDM13DPLSRD120D130Y0Y4DPLSRD100D130Y1Y5DPLSRD110D130Y3Y7OUTT4K20LDT3RSTM12SETM13SETM2LDM14DPLSRD100D130Y1Y5DPLSRD110D130Y2Y6DPLSRD120D130Y3Y7OUTT5K20LDT4RSTM13SETM14SETM3LDM15DPLSRD120D130Y0Y4OUTT6K20LDT5RSTM14SETM15LDM16DPLSRD110D130Y0Y4DPLSRD140D130Y1Y5D