步進(jìn)控制plc課設(shè)

1、摘 要本文介紹了本實(shí)驗(yàn)旨在完成使用PLC（Programmable Logic Controller）控制步進(jìn)電機(jī)的整步運(yùn)行。文中指出本次使用的編程思想主要為模塊化設(shè)計(jì)即為完成任務(wù)可對(duì)程序劃分為主程序及子程序。使用移位寄存器指令，可以大大簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)。移位寄存器指令所描述的操作過程如下，若在輸入端輸入一串脈沖信號(hào)，在移位脈沖作用下，脈沖信號(hào)依次移位到各個(gè)寄存器的內(nèi)部繼電器中，并將這些內(nèi)部繼電器的狀態(tài)輸出，每個(gè)內(nèi)部繼電器可在不同的時(shí)間內(nèi)得到由輸入端輸入的一串脈沖信號(hào)?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC），它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的

2、指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段后，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、

3、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：PLC ；步進(jìn)控制 ；移位寄存器目錄1 概述32硬件設(shè)計(jì)42.1控制要求42.2選擇PLC型號(hào)42.2.1 PLC的定義及工作方式42.2.2 PLC的功能52.2.3 PLC的特點(diǎn)52.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意圖62.4 I/O分配表72.5 I/O接線圖73軟件設(shè)計(jì)83.1設(shè)計(jì)梯形圖83.2設(shè)計(jì)程序語句表94調(diào)試115結(jié)束語126參考文獻(xiàn)131 概述近年來，步進(jìn)控制技術(shù)得到了飛速發(fā)展，在柔性、精確性、可靠性和宜人性等方面的功能越來越完善，已成為現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)。 數(shù)控就是數(shù)字控制，數(shù)控

4、技術(shù)在機(jī)床行業(yè)應(yīng)用得多，就是依靠數(shù)字（電腦編程）來控制機(jī)床，具有效率高，精度高等主要特點(diǎn)。 數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制的技術(shù)。它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和與機(jī)械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn)。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；19世紀(jì)末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農(nóng)在美國麻省理工學(xué)院進(jìn)行了數(shù)據(jù)快速運(yùn)算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，包括計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機(jī)床控制密切結(jié)合發(fā)展起來的。1952年，第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問世，成為世界機(jī)械工業(yè)史

5、上一件劃時(shí)代的事件，推動(dòng)了自動(dòng)化的發(fā)展。 現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)，目前它是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計(jì)算機(jī)按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對(duì)設(shè)備的控制功能。由于采用計(jì)算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)，均可通過計(jì)算機(jī)軟件來完成?？删幊踢壿嬁刂破鬟M(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段后，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。2硬件設(shè)計(jì) 2.1控制要求

6、 在步進(jìn)電機(jī)單元完成本實(shí)驗(yàn)使用移位寄存器指令，可以大大簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)。移位寄存器指令所描述的操作過程如下；若在輸入端輸入一串脈沖信號(hào)，在移位脈沖作用下，脈沖信號(hào)依次移位到各個(gè)寄存器的內(nèi)部繼電器中，并將這些內(nèi)部繼電器的狀態(tài)輸出，每個(gè)內(nèi)部繼電器可在不同的時(shí)間內(nèi)得到由輸入端輸入的一串脈沖信號(hào)。圖1.1 步進(jìn)控制面板2.2選擇PLC型號(hào)選擇合適的機(jī)型是PLC控制系統(tǒng)硬件配置的關(guān)鍵問題。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)PLC的廠家很多，不同的廠家的PLC場(chǎng)頻隨談基本功能相似，但有些特殊功能、價(jià)格、服務(wù)及使用的編程指令和編程軟件都不同。而同一廠家生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品又有不同的系列，同一系列中又有不同的CPU型號(hào)，不同系列、不同

7、型號(hào)的。因此，如何選擇合適的機(jī)型至關(guān)重要。需了解PLC功能和特點(diǎn)。2.2.1 PLC的定義及工作方式在二十世紀(jì)七十年代PLC 問世后，由美國電氣制造商協(xié)會(huì)對(duì)PLC下過如下的定義: PLC是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算等功能，用來對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。1982年，國際電工委員會(huì)(International Electrical Committee-IEC)頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版對(duì)PLC作了如下的定義:PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用可以

8、編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。圖2.1 PLC工作流程2.2.2 PLC的功能（1）開關(guān)量邏輯控制（2）模擬量控制（3）閉環(huán)過程控制（4）定時(shí)控制（5）計(jì)數(shù)控制（6）順序（步進(jìn)）控制（7）數(shù)據(jù)處理（8）通信和聯(lián)網(wǎng)2.2.3 PLC的特點(diǎn)（1） 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)（2）通用性強(qiáng)、靈活性好、功能齊全（3）編程簡(jiǎn)單、使用方便（4）模塊化結(jié)構(gòu)（5）安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便（6）網(wǎng)絡(luò)通信（7）體積

9、小、能耗低、便于機(jī)電一體化 開始2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意圖 A、B、C、D燈滅 啟動(dòng)按鈕SD閉合？ N 0.1s后A燈亮 Y 步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步 0.2s后B燈亮 步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步 0.2s后C燈亮 步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步 0.2s后D燈亮 步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步 0.2s后A燈亮 步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步 固化程序 圖2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意圖2.4 I/O分配表 輸入輸出接線輸入SDI0.0輸出ABCDQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3（啟動(dòng)開關(guān)與LED數(shù)碼顯示的共用）2.5 I/O接線圖 3軟件設(shè)計(jì) 3.1設(shè)計(jì)梯形圖 3.2設(shè)計(jì)程序語句表 Network 1 / 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題LD T40EUSHRB M0.0, M20

10、.0, +4Network 2 LD M20.4ON I0.0R M20.0, 4Network 3 LD M20.3ON I0.0R M0.1, 1Network 4 LD M20.0S M0.1, 1Network 5 LD I0.0AN M0.1= M0.0Network 6 LD I0.0AN T41TON T40, +1Network 7 LD T40TON T41, +1Network 8 LD M20.0= Q0.0Network 9 LD M20.1= Q0.1Network 10 LD M20.2= Q0.2Network 11 LD M20.3= Q0.34調(diào)試步進(jìn)電機(jī)的控

11、制系統(tǒng)由可編程控制器和步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器組成，控制系統(tǒng)中PLC用來產(chǎn)生控制脈沖；通過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角；同時(shí)通過編程控制脈沖頻率。在輸入端輸入一串脈沖信號(hào)（1000），在移位脈沖作用下，此脈沖信號(hào)依次移位（1000-0100-0010-0001-1000-.）中，并將這些內(nèi)部繼電器的狀態(tài)輸出（LED燈A亮-B亮-C亮-D亮-A亮-）。若將梯形圖網(wǎng)絡(luò)三中復(fù)位指令的指令操作數(shù)M0.1改為M0.2或M0.3，各個(gè)寄存器的內(nèi)部繼電器的狀態(tài)輸出將發(fā)生改變（1000-0100-0010-0001，即A亮-B亮-C亮-D亮），不會(huì)循環(huán)移位；若將梯形圖網(wǎng)絡(luò)四中置位指令的指令操

12、作數(shù)M0.1改為M0.2或M0.3，各個(gè)寄存器的內(nèi)部繼電器的狀態(tài)輸出將發(fā)生改變（1000-1100-1110-1111，即A亮-AB亮-ABC亮-ABCD亮），不會(huì)循環(huán)移位。5結(jié)束語 此次課程設(shè)計(jì)從程序設(shè)計(jì)、調(diào)試仿真到選型、接線，可以說非常貼近實(shí)際需求，是鍛煉我們綜合設(shè)計(jì)能力的良好體現(xiàn)。我從此次設(shè)計(jì)中收獲頗多，我一開始的設(shè)計(jì)思路是采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖實(shí)現(xiàn)電機(jī)的步進(jìn)，但不久就發(fā)現(xiàn)由于分支較多且要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)較復(fù)雜，在一番躊躇過后，選擇放棄這種設(shè)計(jì)思路，轉(zhuǎn)向采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。由于步進(jìn)電機(jī)給脈沖就轉(zhuǎn)，不給脈沖電機(jī)就不轉(zhuǎn)，而且步進(jìn)脈沖的頻率越高，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)得越快；改變各相的通電方式，就可以改變電機(jī)的運(yùn)行方式；改

13、變通電順序，就可以控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。所以，采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的主要思想是使用循環(huán)位移指令實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)與狀態(tài)變化，通過控制定時(shí)器的時(shí)間長短來實(shí)現(xiàn)速度控制。單個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)是容易的，但組合起來并沒有沖突是要?jiǎng)幽X子的，經(jīng)過不停地調(diào)試與仿真，最終順利完成設(shè)計(jì)任務(wù)。因此，設(shè)計(jì)最重要的就是思路要清晰，而且一旦發(fā)現(xiàn)路子走不太通或者走得比較曲折，就要考慮是否需要轉(zhuǎn)換思路（時(shí)間上要允許，需慎重）。正確的方向，不斷地努力，就一定能達(dá)到目的！6參考文獻(xiàn) 1 S7-200300PLC入門和應(yīng)用分析邱道伊主編 北京：中國電力出版社，20083王宜結(jié).步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)加減速運(yùn)行的研究J.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2004，23（2）:52

14、-54.4宣財(cái)鑫PLC脈沖控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)J機(jī)車車輛工藝，2002(1):31-325殷華文,于兆和,馬志剛PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制技術(shù)組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù), 2003 6林春方.可編程控制器原理及其應(yīng)用M.上海:上海交通大學(xué)出版社,2004.7羅妍, 李志蜀, 王汾雁.PLC控制的步進(jìn)電機(jī)頻率曲線優(yōu)化技術(shù)研究J.四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) , 2007,(44,1)8章麗芙, 倪步喜, 張朋.基于 PLC的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)J. 微電機(jī), 2006,(39,1).9臺(tái)防編著.可編程控制器應(yīng)用教程.北京：中國水利水電出版社，200110PLC 脈沖控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)宣財(cái)鑫(戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所, 江蘇 常州 213011)11基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控