PLC步進電機課程設計報告

1、1 課程設計任務與要求1.1 課程設計任務 利用PLC構(gòu)成三相步進電機控制系統(tǒng)，完成主電路的接線，并編寫三拍、六拍、單步和連續(xù)控制的程序并調(diào)試。 1.2 課程設計要求 當鈕子開關撥到單步時，必須每按一次起動，電機才能旋轉(zhuǎn)一個角度；當鈕子開關撥到連續(xù)時，按一次起動，電機旋轉(zhuǎn)，直到按停止；當鈕子開關撥到三拍時，旋轉(zhuǎn)的角度為3度；當鈕子開關撥到六拍時，旋轉(zhuǎn)的角度為1.5度；當鈕子開關撥到正轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)按順時針旋轉(zhuǎn)；當鈕子開關撥到反轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)按逆時針旋轉(zhuǎn)；當單步要轉(zhuǎn)到連續(xù)，可以通過停止也可以直接轉(zhuǎn)換；(通過編程)當連續(xù)要單步連續(xù)，可以通過停止也可以直接轉(zhuǎn)換；(通過編程)當三拍要轉(zhuǎn)到六拍，可以通過停止也可

2、以直接轉(zhuǎn)換；(通過編程)當六拍要轉(zhuǎn)到三拍，可以通過停止也可以直接轉(zhuǎn)換；(通過編程)當正轉(zhuǎn)要轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)，可以通過停止也可以直接轉(zhuǎn)換；(通過編程)當反轉(zhuǎn)要轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)，可以通過停止也可以直接轉(zhuǎn)換；(通過編程)2 步進電機的工作原理及其控制要求 2.1 設計思路 本次設計的是一個三相步進電機控制系統(tǒng)，主要由步進電機及一些其他相關元件設計而成。本設計采用自頂向上的設計思想。先確定了系統(tǒng)的格局，再分模塊實現(xiàn)發(fā)的方案。首先對步進電機的實際要求進行邏輯抽象，確定這個系統(tǒng)的輸入與輸出，輸入有啟動與停止、單步與連續(xù)、三拍與六拍、正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，輸出有A、B、C三相。可以通過開關來控制系統(tǒng)的啟/停工作，當系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，用開關

3、來控制方向，并使相應的指示燈亮起，同樣由開關來選擇工作模式。最后根據(jù)思路所設計出來的硬件圖設計相適應的軟件。2.2 控制系統(tǒng)的工作原理2.2.1 步進電機的工作原理步進電機是純粹的數(shù)字控制電動機，它將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，一般電動機都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進電動卻是一步一步轉(zhuǎn)動的，故叫步進電動機。每輸入一個脈沖信號，該電動機就轉(zhuǎn)過一定的角度（有的步進電動機可以直接輸出線位移，稱為直線電動機）。因此步進電動機是一種把脈沖變?yōu)榻嵌任灰疲ɑ蛑本€位移）的執(zhí)行元件。步進電機分為轉(zhuǎn)子和定子兩部分。定子是由硅鋼片疊成，定子上有六個磁極（大極），每兩個相對的磁極（N、S極

4、）組成一對。共有3對。每對磁極都繞有同一繞組，也即形成1相，這樣三對磁極有3個繞組，形成三相?？梢缘贸?，三相步進電機有3對磁極、3相繞組；四相步進電機有4對磁極、四相繞組，依此類推。反應式步進電動機的動力來自于電磁力。在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被強行推動到最大磁導率（或者最小磁阻）的位置，如圖2-1所示，定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊的位置，并處于平衡狀態(tài)。對三相異步電動機來說，當某一相的磁極處于最大導磁位置時，另外兩相相必處于非最大導磁位置，即定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒不對齊的位置。把定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊的狀態(tài)稱為對齒，把定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒不對齊的狀態(tài)稱為錯齒。錯齒的存在是步進電機能夠旋轉(zhuǎn)的前提條件，所以，在

5、步進電機的結(jié)構(gòu)中必須保證有錯齒的存在，也就是說，當某一相處于對齒狀態(tài)時，其它繞組必須處于錯齒狀態(tài)。模塊中用到的45BC340型步進電機為三相反應式步進電機，下面介紹它單三拍、六拍及雙三拍通電方式的基本原理。圖2-1 反應式步進電動機的結(jié)構(gòu)示意圖2.2.2 單三拍通電方式的基本原理設A相首先通電（B、C兩相不通電），產(chǎn)生A-A軸線方向的磁通，并通過轉(zhuǎn)子形成閉合回路。這時A、A極就成為電磁鐵的N、S極。在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子總是力圖轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，也就是要轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子的齒對齊A、A極的位置（圖2a）；接著B相通電（A、C兩相不通電），轉(zhuǎn)了便順時針方向轉(zhuǎn)過30°，它的齒和C、C極對齊（圖2c

6、）。不難理解，當脈沖信號一個一個發(fā)來時，如果按ACBA的順序通電，則電機轉(zhuǎn)子便逆時針方向轉(zhuǎn)動。這種通電方式稱為單三拍方式。圖2-2 單三拍通電方式時轉(zhuǎn)子的位置2.2.3 六拍通電方式的基本原理如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。如B相通電，A，C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3，此時齒3與C偏移為1/3，齒4與A偏移（-1/3）=2/3。如C相通電，A，B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3，此時齒4與A偏移為1/3對齊。如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3這樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電

7、狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，這樣，如果按AA、BBB、CCC、AA的順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子便順時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動，步距角15°。電流換接六次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進了一個齒距角。如果按AA、CCC、BBB、AA的順序通電，則電機轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動。這種通電方式稱為六拍方式。a.A相通電 b.A、B相通電 c.B相通電 d.B、C相通電圖2-3 六拍通電時轉(zhuǎn)子的位置2.3 設計方法由于程序?qū)崿F(xiàn)的功能比較多，為了能夠更清晰的體現(xiàn)設計思路，編寫合理規(guī)范的程序；同時也是為了更好的綜合三部分模塊的功能，提高程序的執(zhí)行效率，所以一般先畫出主程序的流程圖，然后在

8、主程序的流程圖結(jié)構(gòu)的指導下完成三部分功能的轉(zhuǎn)換，這種設計方法充分體現(xiàn)了自頂向上和模塊化的設計思想，使得編寫的程序在以后的修改和調(diào)試過程中顯得比較容易。2.4 設計流程3 系統(tǒng)的I/O分配表及程序的詳細說明 3.1 步進電機I/O分配表 表3-1 I/O分配表 輸入點 輸出點X0啟動Y0控制A相X1停止Y1 控制B相X2正轉(zhuǎn)Y2控制C相X3反轉(zhuǎn)X4三拍X5六拍X6連續(xù)X7 單步3.2 I/O端子接線圖圖3-1 I/O端子接線圖3.3 控制梯形圖圖3-2 控制梯形圖3.4 語句表表3-2語句表4 實驗問題及解決方案 在本次課設實驗中我們遇到兩大問題，有很多原因會引起調(diào)試運行的失敗，分為硬件問題和軟

9、件問題。比如硬件方面的線路連接錯誤，線路接法的不同也會導致實驗結(jié)果不理想，諸如把三拍、六拍和單步、連續(xù)的接線接錯了。軟件方面可能由于軟件版本的不同造成編寫的PLC語句表不能轉(zhuǎn)換或者運行的結(jié)果不佳。我們這次課設中對于計數(shù)器T（05）的設置K由K20改為K10、K2、K5，最終選擇K2，單步運行時不會出現(xiàn)抖動，實驗結(jié)果最理想心得體會為期兩周的課程設計讓我收獲頗多，本次課設以小組為形式，我們小組有六名成員，在兩周的共同努力下完成了任務。本次課程設計的內(nèi)容是步進電機的三拍、六拍，單步、連續(xù)和正反轉(zhuǎn)控制程序的設計與調(diào)試，針對現(xiàn)在的PLC技術，實現(xiàn)一些設計。我們還應該加強PLC語句的練習，要能夠運用自如,

10、此外還應掌握PLC的外部接線方法。我覺得課程設計是培養(yǎng)學生運用所學知識、發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)。本次課設過程中讓我明白，PLC并不僅僅只是狹隘的一項編程技術，它是一門獨立的專業(yè)學科， PLC可以廣義的認為是一臺背嵌入操作系統(tǒng)的高可靠性PC機。首先需要精深PLC本身的編程語言梯形圖、語句表語言。平時課堂上梅老師給我們講解了PLC的基礎知識，使得我們有良好的基礎讀懂程序，了解一個程序所能實現(xiàn)的功能和應用。但是像課程設計這種把三部分內(nèi)容綜合起來寫成一個完整的控制程序就需要我們查找資料，需要我們組員之間相互分工，把零散的內(nèi)容整合起來，就能完成課設的要求。課設過程中也讓我知道做事要細心、認真，幾百條的語句只要有一點錯誤就會運行失敗，有時候即使看起來是正確的，也要經(jīng)過多次修改才能達到理想的實驗結(jié)果，比如計數(shù)器的時間設定到底多長時間較為合適，比如哪些語句可以省略，哪些必須加進去。接線時也是如此，必須一一對應，不可大意。本次課程設計是為了檢驗我們PLC相關知識的學習狀況和熟悉程度，提升了我們對所學知識能綜合運用和綜觀思考的能力，培養(yǎng)了我們的團隊精神以及編寫程序的能力。參考文獻1 馬小軍.可編程控制器及其應用.南京：東南大學出版社，2007.2 姚錫祿.變頻器技術應用.北京：電子工業(yè)出版社，2009.3 巫莉.電氣控制與PLC應用.北京：中國電力出版社，2008.4 王兆義.