基于PLC步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、摘 要 PAGE I I基于plc步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要本文所要控制的電機為五相步進電機，采用可編程控制器對其控制，對設(shè)計原理及方法分析總結(jié)。步進電動機優(yōu)點有快速起停、定位和精確步進等，日常的生產(chǎn)和生活中比較普遍，控制精度高。在工業(yè)過程控制和儀器儀表控制方面，應(yīng)用的很廣泛。本文還介紹的PLC控制系統(tǒng)，其包括硬件結(jié)構(gòu)還有原理以及PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的原則方法。以五相電機控制為例，闡述了西門子PLC在電機控制中的運用。其基本原理、硬件準備和軟件的設(shè)計，在文中都有體現(xiàn)。采用的細分驅(qū)動方法，可以達到極高的精度并提高穩(wěn)定性，有利于電機運行品質(zhì)、轉(zhuǎn)矩波動的改善。本文內(nèi)容包含PIC外部接線圖、I/O地址分

2、配、控制流程圖、驅(qū)動電路選擇、細分驅(qū)動分析、梯形圖等，并且上位機監(jiān)控界面是運用組態(tài)王軟件編寫。關(guān)鍵詞：S7-200； 五相步進電機； 梯形圖； 細分驅(qū)動； 組態(tài)王 IVDesign of Stepping Motor Control System Based on PLC Abstract The motor controlled in this paper is a five phase stepper motor. It is controlled by a programmable controller. The design principle and method are analy

3、zed and summarized. Stepping motor has the advantages of fast start stop, positioning and accurate stepping, etc., and the daily production and life are more common, and the control accuracy is high. It is widely used in industrial process control and instrument control. PLC control system is introd

4、uced, including hardware structure and principle, and the principle and method of PLC control system design. Taking five phase motor control as an example, the application of SIEMENS PLC in motor control is expounded. Its basic principle, hardware preparation and software design are embodied in this

5、 article. The subdivision drive method can achieve high accuracy and stability, and is favorable for motor quality and torque fluctuation. The contents of this paper include PIC external wiring diagram, I/O address allocation, control flow chart, drive circuit selection, subdivision drive analysis,

6、ladder diagram and so on, and the upper computer monitoring interface is written by Kingview software.Key words S7-200; Five-phase stepping motor; Ladder diagram; Subdivision drive ; Configuration king目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc485404856 1引言 PAGEREF _Toc485404856 h 1 HYPERLINK l _Toc4854048

7、57 1.1步進電機的介紹 PAGEREF _Toc485404857 h 1 HYPERLINK l _Toc485404858 1.2 步進電機的分類 PAGEREF _Toc485404858 h 1 HYPERLINK l _Toc485404859 1.3 步進電機的應(yīng)用 PAGEREF _Toc485404859 h 2 HYPERLINK l _Toc485404860 1.4 步進電機的各種控制及比較 PAGEREF _Toc485404860 h 2 HYPERLINK l _Toc485404861 1.4.1環(huán)形分配器步進電機控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc485404

8、861 h 2 HYPERLINK l _Toc485404862 1.4.2 單片機步進電機控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc485404862 h 3 HYPERLINK l _Toc485404863 1.4.3 可編程序控制器步進電機控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc485404863 h 3 HYPERLINK l _Toc485404864 1.4.4幾種控制系統(tǒng)的性能比較 PAGEREF _Toc485404864 h 4 HYPERLINK l _Toc485404865 1.5 PLC選型要求 PAGEREF _Toc485404865 h 4 HYPERLINK l _To

9、c485404866 2 電氣控制系統(tǒng)方案的選擇及硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc485404866 h 6 HYPERLINK l _Toc485404867 2.1 可編程控制器的原理 PAGEREF _Toc485404867 h 6 HYPERLINK l _Toc485404868 2.2 可編程控制器的選型 PAGEREF _Toc485404868 h 7 HYPERLINK l _Toc485404869 2.3控制方式的選擇 PAGEREF _Toc485404869 h 8 HYPERLINK l _Toc485404870 2.4五相步進電機的幾種運行方式 PAGERE

10、F _Toc485404870 h 9 HYPERLINK l _Toc485404871 2.4.1單五拍運行方式 PAGEREF _Toc485404871 h 9 HYPERLINK l _Toc485404872 2.4.2十拍運行方式 PAGEREF _Toc485404872 h 10 HYPERLINK l _Toc485404873 2.4.3雙五拍運行方式 PAGEREF _Toc485404873 h 11 HYPERLINK l _Toc485404874 2.5控制分析 PAGEREF _Toc485404874 h 11 HYPERLINK l _Toc4854048

11、75 2.5.1功能要求 PAGEREF _Toc485404875 h 11 HYPERLINK l _Toc485404876 2.5.2 I/O地址分配表 PAGEREF _Toc485404876 h 12 HYPERLINK l _Toc485404877 2.6 PLC外部接線圖 PAGEREF _Toc485404877 h 13 HYPERLINK l _Toc485404878 2.7 步進電機時序圖 PAGEREF _Toc485404878 h 13 HYPERLINK l _Toc485404879 3 步進電機驅(qū)動電路的選擇 PAGEREF _Toc485404879

12、 h 14 HYPERLINK l _Toc485404880 3.1步進電機驅(qū)動電源的分類 PAGEREF _Toc485404880 h 14 HYPERLINK l _Toc485404881 3.2.細分電路的分析和選擇 PAGEREF _Toc485404881 h 16 HYPERLINK l _Toc485404882 4 系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc485404882 h 19 HYPERLINK l _Toc485404883 4.1步進電機程序設(shè)計及分析 PAGEREF _Toc485404883 h 19 HYPERLINK l _Toc485404884 4.2

13、PLC 程序設(shè)計 PAGEREF _Toc485404884 h 20 HYPERLINK l _Toc485404885 4.2.1 步進控制設(shè)計 PAGEREF _Toc485404885 h 20 HYPERLINK l _Toc485404886 4.2.2 梯形圖設(shè)計 PAGEREF _Toc485404886 h 22 HYPERLINK l _Toc485404887 5 組態(tài)軟件監(jiān)控設(shè)計及系統(tǒng)運行 PAGEREF _Toc485404887 h 24 HYPERLINK l _Toc485404888 5.1 組態(tài)軟件仿真實現(xiàn)的意義 PAGEREF _Toc485404888

14、h 24 HYPERLINK l _Toc485404889 5.2 組態(tài)軟件的設(shè)計步驟 PAGEREF _Toc485404889 h 24 HYPERLINK l _Toc485404890 5.3 系統(tǒng)的仿真運行 PAGEREF _Toc485404890 h 27 HYPERLINK l _Toc485404891 總結(jié) PAGEREF _Toc485404891 h 28 HYPERLINK l _Toc485404892 致 謝 PAGEREF _Toc485404892 h 29 HYPERLINK l _Toc485404893 參考文獻 PAGEREF _Toc4854048

15、93 h 30 HYPERLINK l _Toc485404894 附 錄 PAGEREF _Toc485404894 h 31 HYPERLINK l _Toc485404895 附錄A 程序梯形圖 PAGEREF _Toc485404895 h 31 HYPERLINK l _Toc485404896 附錄B 程序語句表 PAGEREF _Toc485404896 h 36 HYPERLINK l _Toc485404897 附錄C 系統(tǒng)運行狀態(tài)圖 PAGEREF _Toc485404897 h 40高健桀：基于PLC步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計 引言1.1步進電機的介紹步進電機又稱脈沖電機或階

16、躍電機，電機對傳輸來的電脈沖信號的分析和轉(zhuǎn)換而進行相應(yīng)的角位移和線位移。在電機的負載沒有超出它理論值情況下，傳輸來的電脈沖信號直接決定電機運行的速度和位移，此時電機速度是不受其他因素影響。在這種情況下，我們可以很輕易對電機進行控制，通過對電脈沖信號的大小、強度和脈沖數(shù)的改變，從而實現(xiàn)對電機的速度和線位移進行控制。當(dāng)傳輸來的電脈沖信號被步進電機接收到后，它會按照預(yù)先設(shè)定進行一個角度旋轉(zhuǎn)，這個動作我們將其稱為“步距腳”。它旋轉(zhuǎn)的角度是固定的。以傳輸來的電脈沖的個數(shù)對電動機角位移進行有效的控制，以傳輸來的電脈沖的頻率來控制電機的加速度和速度。 1.2 步進電機的分類步進電機從構(gòu)造角度來分有以下幾種：

17、反應(yīng)式、永磁式和混合式。反應(yīng)式：它是由定子和轉(zhuǎn)子組成，其中定子上有繞組，轉(zhuǎn)子是通過軟磁材料構(gòu)成。所以反應(yīng)式具有簡單的結(jié)構(gòu)、成本比較低、步距角小，最好時候可以達到；但是也存在著缺點，比如它的動態(tài)性能差、工作效率比較低、容易發(fā)熱且發(fā)熱程度比較大，不容易確保它的可靠性。永磁式：永磁式步進電機構(gòu)成的材料是永磁材料，它的電機轉(zhuǎn)子和定子的極數(shù)相同。它的動態(tài)性能很好，輸出力矩也比較大。但是它也有其缺陷，即運行時的精度不太高?；旌鲜剑侯櫭剂x可知，混合式步進電機包含上面兩種電機其優(yōu)點，多相繞組組成其定子，轉(zhuǎn)子則是由永磁材料制作的，其中為了提升步進精度通過對定子和轉(zhuǎn)子添加小齒輪方式來實現(xiàn)?；旌鲜降奶攸c是把反應(yīng)式

18、和永磁式的特點結(jié)合起來，包括：輸出力矩較大，動態(tài)性能比較好，步距角小等。它的缺點是結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，相應(yīng)的成本也比較高。1.3 步進電機的應(yīng)用在現(xiàn)實生活中步進電機的使用非常普遍，但在生產(chǎn)過程中能夠很好的使用這個電機是有一定難度，如果想要它能夠順利工作則要采用一些控制軟件進行輔助，如：雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電流的等特殊裝置，它正常工作也涉及到機械、電機、電子以及計算機等相關(guān)知識。在工業(yè)生產(chǎn)和自動化控制行業(yè)已經(jīng)廣泛使用步進電機。伴隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機和電機行業(yè)也相應(yīng)快速起步，對步進電機需求量也不斷增加，很多行業(yè)和領(lǐng)域是利用步進電機優(yōu)點：通過控制電脈沖的個數(shù)對電機的角速度進行控制，采用控

19、制電脈沖的頻率方式來實現(xiàn)對電機的速度和加速度進行控制。步進電機如圖1-1所示。圖1-1 五相步進電機1.4 步進電機的各種控制及比較1.4.1環(huán)形分配器步進電機控制系統(tǒng)圖1-2環(huán)形分配器步進電機控制系統(tǒng)環(huán)形分配器是把源自控制部分的脈沖串按照一定的規(guī)則分配給步進電機驅(qū)動部分的各相輸入端口?？刂破鞯臅r鐘脈沖讓環(huán)形分配器的輸出不但是周期性的還是可逆的。驅(qū)動電路把環(huán)形分配器的有序時鐘脈沖放大來驅(qū)動步進電機，使步進電機的旋轉(zhuǎn)方向及速度連續(xù)可調(diào)。1.4.2 單片機步進電機控制系統(tǒng) 圖1-3單片機步進電機控制系統(tǒng)單片機控制步進電機可做到系統(tǒng)小巧、易于改變流程等特點。單片機控制步進電機控制系統(tǒng)如圖1-3，我們

20、把寫好的程序下載到單片機，單片機就會按照一定的過程把時鐘脈沖串按一定的規(guī)律分配給驅(qū)動電路，使驅(qū)動電路的輸出既是周期性的，又是可逆的?？刂茊纹瑱C的程序使步進電機的旋轉(zhuǎn)方向及速度連續(xù)可調(diào)。1.4.3 可編程序控制器步進電機控制系統(tǒng) 圖1-4可編程序控制器步進電機控制系統(tǒng)可編程序控制器（Programmabie Logic Controller,縮寫PLC）是由微處理器結(jié)合計算機、通信、聯(lián)網(wǎng)和自動控制技術(shù)發(fā)明的一代工業(yè)控制裝置。PLC步進電機控制系統(tǒng)和單片機步進電機控制系統(tǒng)相似，可編程控制器按用戶程序把有序的時鐘脈沖分配給驅(qū)動電路,驅(qū)動電路讓其有序脈沖進行放大以此來驅(qū)動步進電機。PLC的程序使步進電

21、機的旋轉(zhuǎn)方向及速度連續(xù)可調(diào)。1.4.4幾種控制系統(tǒng)的性能比較環(huán)形分配器步進電機控制系統(tǒng)比較簡單、價格低廉但控制靈活性不高，適合于固定模式的控制系統(tǒng)。單片機步進電機控制系統(tǒng)在現(xiàn)代化、高精度、網(wǎng)絡(luò)化管理的控制系統(tǒng)中工藝流程不斷變化以致于單片機的程序需要隨時更改，為此修改程序需要有專業(yè)人員進行操作，并且單片機聯(lián)網(wǎng)需要專用網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備，輸入輸出需要設(shè)計專門的隔離電路，這些都給單片機的使用帶來很大的局限性。PLC的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是微處理器，結(jié)合計算機、通信以及自動控制技術(shù)等而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置。PLC的使用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程，編程簡潔方便。各個廠家的生產(chǎn)的可編程控制器都已成系列化，

22、各種功能的模塊一應(yīng)俱全。可編程控制器有專用的通訊模塊特別適合組成網(wǎng)絡(luò)化控制。由以上分析我們可以得出，使用可編程控制器控制步進電機是一種比較合理可靠的方案，編程方便、抗干擾能力強、其性能也很穩(wěn)定。在當(dāng)今控制系統(tǒng)中要求較高精度、較高可靠性的控制性能，所以可編程控制器無疑是首選。1.5 PLC選型要求在實際應(yīng)用中，必須考慮可編程控制器的可靠性，必須及時接受來自外部的命令和狀態(tài)反饋等?？删幊炭刂破鬟M行循環(huán)掃描，在每個掃描的周期，除過要完成以上的三個基本步驟，還要對來自內(nèi)部的故障進行系統(tǒng)檢測和診斷。并且完成可編程控制器的故障輸出和報警。在每次掃描開始，可編程控制器就要診斷每個輸入點和輸出點。存儲器和CP

23、U具有內(nèi)部自診斷的程序。通常通過檢測自身每個部分的當(dāng)前狀態(tài)，并且根據(jù)標準進行比較選擇，如果錯誤的話，此時PLC立即開始關(guān)機過程，保持當(dāng)前工作狀態(tài)，關(guān)閉所有輸出點，然后關(guān)機。如果診斷后，設(shè)備或者可編程控制器自身沒有故障報警，就可以繼續(xù)進行掃描循環(huán)運行程序，在掃描循環(huán)程序的過程中，繼續(xù)檢查外部的通信請求，進行程序處理。比如，外部的編程單元，外部的邏輯狀態(tài)，以及顯示錯誤消息的編程軟件等。通過設(shè)定好的邏輯控制條件和運算條件進行計算，將計算結(jié)果進行輸出?？删幊炭刂破髟趻呙柚芷趦?nèi)，對設(shè)備進行連續(xù)不間斷的控制，一直到外部發(fā)布停止或者急停指令，或者外部發(fā)生故障等情況下，停止執(zhí)行工作?？删幊炭刂破骰镜脑O(shè)計原則

24、,任何種類的電氣控制系統(tǒng)是為了達到工藝要求，提高設(shè)備的自動化程度，保證設(shè)備的質(zhì)量。在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計中，應(yīng)遵循的一般原則是：（1） 要選擇的可編程控制器必須符合技術(shù)規(guī)范，而且有良好的技術(shù)支持。（2）滿足要控制的控制對象的要求。設(shè)計之前，應(yīng)深入研究進行調(diào)查，收集資料，并與設(shè)計師和機械操作者緊密合作，從而進行方案的設(shè)計，最大限度的處理系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的問題。（3）在工業(yè)工程控制的條件下，必須滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，使控制系統(tǒng)設(shè)計必須簡單，方便，而且達到經(jīng)濟實用的要求和效果，便于維護。也要達到系統(tǒng)符合工業(yè)設(shè)計要求，降低研發(fā)成本。（4）控制系統(tǒng)在程序設(shè)計的時候，必須確保安全，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，功能必須可靠。

25、正確的程序調(diào)試，充分考慮到惡劣的環(huán)境條件，本文對這個方面進行充分分析后，最終使用了可靠性相對較高的PLC，以此不定時的對其進行保養(yǎng)以及檢查。（5）考慮到生產(chǎn)和工藝改進及開發(fā)，在可編程控制器設(shè)計時，必須要對以后的研發(fā)和改進留夠一定的空間，針對不同的設(shè)備，重點將不同的要求，設(shè)計原則也應(yīng)有所不同，如果為了提高對所控制產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性，應(yīng)該集中在系統(tǒng)的可靠性設(shè)計，及時考慮冗余控制系統(tǒng);如果需要的話，要提高信息管理系統(tǒng)。西門子S7-200系列可編程控制器產(chǎn)品性價比高，強大的功能使其無論在獨立運行，還是一個完整的網(wǎng)絡(luò)遇到的各種各樣的控制任務(wù)都能很好的解決。此類型產(chǎn)品具有非常強大的功能，小到能夠替代繼電器

26、，大到控制整個系統(tǒng)等，都能夠很好的實現(xiàn)。在對多種控制器的基本性能進行對比分析后，發(fā)現(xiàn)S7-200類型的控制器具有體積小，功能強大等多種功能，下面對此類型產(chǎn)品的基本特點進行簡要分析，其設(shè)計的結(jié)構(gòu)相對緊湊，價格低廉，性價比較高，很適合研發(fā)普通的小型控制系統(tǒng)設(shè)計。它使用超級電容器存儲器的數(shù)據(jù)保護，消除了對鋰電池的需求，該系統(tǒng)是小，但可以處理模擬（12點模擬輸入/ 4點模擬輸出）。西門子S7-200系列PLC多達四個中斷控制輸入，每個中斷輸入相應(yīng)的時間都很小，只有0.2ms左右。可編程控制器還有日期和時間的中斷控制功能。根據(jù)本系統(tǒng)控制要求和在對多種類型控制器進行性能等多方面的對比分析后，文中最終決定使

27、用CPU222作為控制整個系統(tǒng)運行的可編程控制器。2 電氣控制系統(tǒng)方案的選擇及硬件設(shè)計2.1 可編程控制器的原理可編程控制器結(jié)合了計算機技術(shù)，自動控制理論，通信技術(shù)等，是一種基于微處理器的工業(yè)控制產(chǎn)品4。另外對于可編程控制器，其具有的結(jié)構(gòu)相對而言較簡單，并且對應(yīng)具有的性能也非常的優(yōu)越，可靠性能也比較高并且維護比較方便。所以可編程控制器應(yīng)用非常廣泛，幾乎每個行業(yè)都有可編程控制器的身影?？删幊炭刂破饕呀?jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)的主導(dǎo)者。并且有著非常廣闊的前景和市場空間。本文設(shè)計的控制系統(tǒng)，將采取可編程控制器進行設(shè)計，可靠性高，維護方便。關(guān)于PLC選擇問題，還要考慮PLC網(wǎng)絡(luò)通信功能，價格因素。系統(tǒng)可靠

28、性也是一個重要的考慮因素。在對實際工業(yè)生產(chǎn)中存在的問題進行充分分析后研究后發(fā)現(xiàn)，對應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部的順序開關(guān)，它是由多種因素共同決定的，并且對應(yīng)當(dāng)今社會中控制器的主要功能均是由電氣設(shè)備來實現(xiàn)的，進而造成設(shè)備種類繁多，體積較大，工作可靠性性對較低等多種缺點。為此為了最大限度的改變這種局面，美國的通用公司針對性的進行了大量的研究與開發(fā)，成功的研究出了第一代可編程控制器，其基本上可以滿足整個系統(tǒng)的需求，并命名為可編程控制程序，在當(dāng)時此款產(chǎn)品主要是應(yīng)用在電腦的開發(fā)中，為了方便，還為了反映功能特性的可編程控制，PLC稱為可編程序邏輯控制器?？删幊炭刂破鞯幕驹砣缦拢?現(xiàn)場信息輸入；在可編程控制器循環(huán)掃描中，

29、對現(xiàn)場的輸入信息情況進行逐個掃描。2按照既定程序執(zhí)行命令：可編程控制器對現(xiàn)場信息進行識別后，按照設(shè)定好的邏輯控制條件和運算條件進行計算，將計算結(jié)果進行輸出8。3對程序處理后的結(jié)果進行邏輯或模擬量輸出：PLC將通過內(nèi)部的邏輯程序或者計算程序?qū)l件進行處理，并且將計算的結(jié)果輸出值外部端子，進而可靠的控制所設(shè)計系統(tǒng)外部的電動機以及電磁閥和對應(yīng)指示燈。在工程應(yīng)用過程中，設(shè)備的工作工藝過程可以分為順序控制的操作，也就是重復(fù)某種工藝的操作?？删幊炭刂破鞯墓ぷ髂Ｊ綖檠h(huán)掃描控制，和工程應(yīng)用的過程基本一致，所以可編程控制器和設(shè)備的工藝流程動作互相對應(yīng)，編程簡單直觀，不易出錯，而且易于修改，這樣就可以降低項目

30、研發(fā)的周期和成本9。2.2 可編程控制器的選型 根據(jù)可編程控制器選型的多種要求，要選擇的可編程控制器必須符合技術(shù)規(guī)范，而且有良好的技術(shù)支持。滿足要控制的控制對象的要求。設(shè)計之前，應(yīng)深入研究進行調(diào)查，收集資料，并與設(shè)計師和機械操作者，電控緊密合作，從而進行方案的設(shè)計，進而最大限度的處理系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的問題。在工業(yè)工程控制的條件下，必須滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，使控制系統(tǒng)設(shè)計必須簡單，方便，而且達到經(jīng)濟使用的要求和效果，便于維護。要達到系統(tǒng)符合工業(yè)設(shè)計要求，降低研發(fā)成本?？刂葡到y(tǒng)在程序設(shè)計的時候，必須確保安全，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，功能必須可靠。正確的程序調(diào)試，要充分考慮到惡劣的環(huán)境條件?？紤]到生產(chǎn)和工藝改進及

31、開發(fā)，在可編程控制器設(shè)計時，必須要對以后的研發(fā)和改進留夠一定的空間，針對不同的設(shè)備，重點將不同的要求，設(shè)計原則也應(yīng)有所不同，如果為了提高對靶產(chǎn)品質(zhì)量和安全性要求，應(yīng)該集中在系統(tǒng)的可靠性的設(shè)計，及時考慮冗余控制系統(tǒng)，提高信息管理系統(tǒng)。 由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊還有編程器來構(gòu)成PLC，基本原理如如圖2-1所示。 圖2-1 PLC控制系統(tǒng)CPU模塊的構(gòu)成主要是微處理器和存儲器。存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩種，其系統(tǒng)程序存儲器為ROM。I/O模塊由輸入模塊和輸出模構(gòu)成，其相對應(yīng)的輸入輸出電路如圖2-2、2-3所示。圖2-2 PLC的輸入電路 圖2-3 PLC的輸出電路2.3控制方

32、式的選擇方案一在開環(huán)控制下，步進電機是由給定時間間隔的脈沖序列所控制，在控制系統(tǒng)中，并不需要反饋傳感器和相應(yīng)的電子線路。開環(huán)控制電路的結(jié)構(gòu)簡單、還具有費用低等其他優(yōu)點，所以步進電機的開環(huán)控制系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。 圖2-4 步進電機開環(huán)控制框圖方案二閉環(huán)控制是對轉(zhuǎn)子的位置還有速度進行不斷地檢測，檢測后再經(jīng)過反饋和相應(yīng)處理，形成脈沖鏈，使得步進電機每一次都是在控制信號的指令下運行。在這樣閉環(huán)控制作用下，在運作運作過程中不容易出現(xiàn)失步。圖2-5 步進電機閉環(huán)控制框圖對于上面兩種方案的比較，很容易發(fā)現(xiàn)，步進電機的最明顯的特點是在沒有位置反饋信號的作用下，依然可以做出精確的位置控制。通過開環(huán)控制的方式很

33、好降低成本，因為在開環(huán)控制中不需要價格貴重的位置傳感器件，只要對傳輸來的脈沖信號進行計數(shù)，就可以確定步進電機的位置。在實際生活中，多用開環(huán)控制。因此，此次設(shè)計選擇開環(huán)控制系統(tǒng)。2.4五相步進電機的幾種運行方式2.4.1單五拍運行方式1)正轉(zhuǎn) 首先A相先通電，此時B,C,D,E四相均不通電，產(chǎn)生A-A方向上的磁場，此時A,A就成為電磁鐵的N,S極。由于磁通具有走磁阻最小路徑的特點，則轉(zhuǎn)子在磁場的作用下轉(zhuǎn)到對應(yīng)的位置，接著B相通電，此時A,C,D,E均不通電，產(chǎn)生B-B方向上的磁場，則同理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至相應(yīng)位置，接著就是C,D,E相輪流單獨通電，此為一個完整的正轉(zhuǎn)周期 簡單來說通電順序為：AABBCCD

34、DEEAA2)反轉(zhuǎn) 首先A相先通電，此時B,C,D,E四相均不通電，產(chǎn)生A-A方向上的磁場，此時A,A就成為電磁鐵的N,S極。由于磁通具有走磁阻最小路徑的特點，則轉(zhuǎn)子在磁場的作用下轉(zhuǎn)到對應(yīng)的位置，接著E相通電，此時A,B,C,D均不通電，產(chǎn)生E-E方向上的磁場，則同理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至相應(yīng)位置，接著就是D,C,B,相輪流單獨通電，此為一個完整的正轉(zhuǎn)周期 簡單來說通電順序為：AAEEDDCCBBAA2.4.2十拍運行方式1)正轉(zhuǎn) 首先A,B,C相先通電，此時,D,E兩相均不通電，產(chǎn)生B-B方向上的磁場，此時B,B就成為電磁鐵的N,S極。由于磁通具有走磁阻最小路徑的特點，則轉(zhuǎn)子在磁場的作用下轉(zhuǎn)到對應(yīng)的位置，

35、接著B,C相通電，此時A,D,E均不通電，產(chǎn)生BC-BC方向上的磁場，則同理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至相應(yīng)位置，接著就是BCD,CD,CDE,DE,DEA,EA,EAB,AB相輪流單獨通電，此為一個完整的正轉(zhuǎn)周期 簡單來說通電順序為：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABABABC2)正轉(zhuǎn) 首先A,B,相先通電，此時,D,C,E兩相均不通電，產(chǎn)生AB-AB方向上的磁場，此時AB,AB就成為電磁鐵的N,S極。由于磁通具有走磁阻最小路徑的特點，則轉(zhuǎn)子在磁場的作用下轉(zhuǎn)到對應(yīng)的位置，接著E,A,B相通電，此時C,D均不通電，產(chǎn)生A-A方向上的磁場，則同理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至相應(yīng)位置，接著就是EA,DEA,DE,CDE,CD

36、,BCD,BC,ABC相輪流單獨通電，此為一個完整的正轉(zhuǎn)周期 簡單來說通電順序為：ABEABEADEADECDECDBCDBCABCAB2.4.3雙五拍運行方式1)正轉(zhuǎn) 首先A,B相先通電，此時C,D,E三相均不通電，產(chǎn)生AB-AB方向上的磁場，此時AB,AB就成為電磁鐵的N,S極。由于磁通具有走磁阻最小路徑的特點，則轉(zhuǎn)子在磁場的作用下轉(zhuǎn)到對應(yīng)的位置，接著B,C相通電，此時A,D,E均不通電，產(chǎn)生BC-BC方向上的磁場，則同理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至相應(yīng)位置，接著就是CD,DE,EA相輪流單獨通電，此為一個完整的正轉(zhuǎn)周期 簡單來說通電順序為：ABBCCDDEEAAB2)反轉(zhuǎn) 首先A,B相先通電，此時C,D,E

37、三相均不通電，產(chǎn)生AB-AB方向上的磁場，此時AB,AB就成為電磁鐵的N,S極。由于磁通具有走磁阻最小路徑的特點，則轉(zhuǎn)子在磁場的作用下轉(zhuǎn)到對應(yīng)的位置，接著E,A相通電，此時B,C,D均不通電，產(chǎn)生EA-EA方向上的磁場，則同理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至相應(yīng)位置，接著就是DE,CD,BC,相輪流單獨通電，此為一個完整的正轉(zhuǎn)周期簡單來說通電順序為：ABEADECDBCAB相比較而言五相十拍運行在轉(zhuǎn)子極數(shù)相同的情況下，步距角更小，控制精度更高，所以本次設(shè)計采用五相十拍的運行方式。2.5控制分析2.5.1功能要求1)對于五相步進電機控制，主要是五相繞組的接通、斷開的順序和每個步距腳的行進速度這兩個方面進行控制。下面將介

38、紹十拍運行時五相十拍步進電機的正傳順序和反轉(zhuǎn)順序。正轉(zhuǎn)順序：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB反轉(zhuǎn)順序：ABEABEADEADECDECDBCDBCABC 圍繞這兩個主要方面，對此我們做出以下的控制要求：在電機運行過程中可以正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；2)用五個開關(guān)控制其工作：1 號開關(guān)控制其運行 ( 啟 / 停 )。2 號開關(guān)控制其低速運行 (轉(zhuǎn)過一個步距角需 0.5 秒)。3 號開關(guān)控制其中速運行 (轉(zhuǎn)過一個步距角需 0.1 秒)。4 號開關(guān)控制其高速運行 (轉(zhuǎn)過一個步距角需 0.03 秒)。5 號開關(guān)控制轉(zhuǎn)向 ( ON 為正轉(zhuǎn)，OFF 為反轉(zhuǎn) )。2.5.2 I/O地址分配表表2-7 I

39、/O地址分配表控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號啟/?？刂瞥ｉ_按鈕SB1I0.0低速調(diào)速常開按鈕SB2I0.1中速調(diào)速常開按鈕SB3I0.2高速調(diào)速常開按鈕SB4I0.3正/反轉(zhuǎn)控制單刀雙制開關(guān)QSI0.4輸出信號輸出端子A端子AQ0.0輸出端子B端子BQ0.1輸出端子C端子CQ0.2輸出端子D端子DQ0.3輸出端子E端子EQ0.42.6 PLC外部接線圖PLC外部接線圖設(shè)備、負載電源種類等的設(shè)計就依據(jù)系統(tǒng)的要求。由上面的I/O分配表，查閱手冊選擇S7-200 CPU222基本單元（8入/6出）1臺步進電動機，其五相十拍外部接線圖如下：圖2-8 外部接線圖2.7 步進電機時序圖

40、（a）步進電機正轉(zhuǎn)時序圖 （b）步進電機反轉(zhuǎn)時序圖圖2-9步進電機時序圖3 步進電機驅(qū)動電路的選擇3.1步進電機驅(qū)動電源的分類步進電動機的驅(qū)動電源有很多種，它的分類方法也有很多。如果按照相應(yīng)的步進電動機容量大小來區(qū)分，則有功率步進電動機驅(qū)動電源還有伺服步進電動機驅(qū)動電源兩種。 若按照輸出的脈沖極性來區(qū)分的話，那就有單向脈沖電源還有正、負雙極性脈沖電源兩種，后面的是作為永磁步進電動機或感應(yīng)式永磁步進電動機的驅(qū)動源。 如果按電脈沖的功率元件分類，有晶體管驅(qū)動電源、高頻晶閘管驅(qū)動電源還有可關(guān)斷晶閘管驅(qū)動電源。 如果按照脈沖的供電方式來區(qū)分，有單一電壓型的電源還有高、低壓切換型的電源；斬波恒流驅(qū)動電源

41、和細分電路電源等。 單一電壓電源是最為簡單電源，其原理圖如3-1。信號脈沖輸入，隨后晶體管導(dǎo)通，電容在起始時等同于將電阻R短接，隨后控制繞組的電流會上升的很迅速。當(dāng)電流達到穩(wěn)定狀態(tài)時，串聯(lián)的電阻R就會起到限流功能。在這個完整的工作過程中只有一種電源為其供電。這種線路的結(jié)構(gòu)比較簡單，而且電阻還有控制繞組串聯(lián)，這樣能夠減小回路時間的常數(shù)，但是由于電阻R上要消耗功率，會讓電源的效率變得很低，所以當(dāng)這種電源供電時它的起動和運行頻率都很低。圖3-1 單一電壓型驅(qū)動電源 圖3-2 高、低壓切換型驅(qū)動電源 高、低壓切換型電源原理如圖3-2。步進電機的每相繞組是由兩只功率元件串聯(lián)形成的，它的供電方式有高壓和低

42、壓兩種。高壓供電可以提高電流上升的速度，電流波形的前沿也會得到緩和，穩(wěn)定則用低壓。低壓電源之所以串聯(lián)一個較小的電阻R，目的是為了控制繞組電流值，才能夠使各相電流趨于穩(wěn)定。這樣電源效率變高，起始和運行時的頻率比單一電壓型電源更高，然而這種驅(qū)動電路在低頻運行時通電的時間太長，低頻時電機產(chǎn)生的噪聲就會較大，而且會伴隨共振現(xiàn)象的存在。 斬波恒流驅(qū)動電源是目前使用比較多的一種驅(qū)動方法?；纠碚撛谟陔姍C是否處于鎖定狀態(tài)，導(dǎo)通相繞組電流需要穩(wěn)定在額定值。圖3-3是斬波恒流驅(qū)動電路的原理圖。開關(guān)管VT1和VT2控制繞組的關(guān)斷與導(dǎo)通，VT2發(fā)射極連接一個小電阻R，繞組電流經(jīng)過這個電阻接地，壓降跟電機繞組的電流是

43、正比例的關(guān)系，電阻就是電流采樣電阻。 當(dāng)為高電平時，VT1和VT2導(dǎo)通，電源供電。由于電感作用，電阻上電壓逐漸升高，一旦超過，比較器就會輸出低電平，然后與門也輸出低電平，VT1關(guān)斷，電源關(guān)斷，繞組電流經(jīng)過VT2、R、VD2繼續(xù)續(xù)流，采樣電阻R的端電壓跟著下降。當(dāng)采樣電阻R上的電壓低于給定電壓之后，比較器輸出的就是高電平，而后與門輸出的也是高電平，VT再一次導(dǎo)通，電源繼續(xù)供電，如此反復(fù)。 當(dāng)變成低電平時，VT1和VT2兩個開關(guān)管不導(dǎo)通，繞組的電流經(jīng)過二極管VD1、電源，二極管VD2放電，迅速下降。、VT1的基極電位和繞組電流波形如圖3-4。VT2導(dǎo)電期間，電源以脈沖的形式提供電源。在斬波的作用下

44、，繞組的電流保持不變，具有相同的輸出轉(zhuǎn)矩。它另一個好處就是共振會減小，因為電機共振的內(nèi)因是能量積累過多，斬波恒流驅(qū)動輸入的能量隨著繞組電流變化自動改變，可以不使能量產(chǎn)生堆積。可是，當(dāng)電流的形狀為鋸齒形的時候，這種驅(qū)動就會產(chǎn)生比較大的電磁噪聲。圖3-3 斬波恒流驅(qū)動電路的原理圖圖3-4 斬波恒流控制的電流波形圖3-5階梯波形電流圖 細分驅(qū)動又叫微步距控制，是步進電機開環(huán)控制的新技術(shù)之一，可以達到極高的精度并提高穩(wěn)定性，來讓運動近似的變?yōu)閯蛩俎D(zhuǎn)動的一種驅(qū)動。步進電機就像伺服電動機一樣。要減小步距角，只是從電機本身來解決有一定局限性，所以要從電源方面解決。將以前供電的脈沖電流變成階梯波形，如圖3-5

45、，輸入電流的每一階梯，偏轉(zhuǎn)角減小，能夠改善電機的運行品質(zhì)，減少轉(zhuǎn)矩波動、轉(zhuǎn)動噪音等其它影響，能夠提高運行的平滑性，所以細分電路驅(qū)動是較為理想的驅(qū)動方式。在圖3-5中，給電機電流由零經(jīng)過五個階梯上升。下降時，經(jīng)過同樣過程到0。這樣使電機成為一個連續(xù)磁場，使得電動機平滑運動。細分電路電源，就是用順序脈沖形成器使各脈沖一個個放大，這些脈沖電流在繞組中疊加成為階梯波形電流,順序脈沖形成器一般可用移位形式的環(huán)形脈沖分配器做到。3.2.細分電路的分析和選擇步進電機是對傳輸來的電脈沖信號的分析和轉(zhuǎn)換而進行相應(yīng)的角位移和線位移。原理就電磁鐵吸引轉(zhuǎn)子然后產(chǎn)生轉(zhuǎn)距來作用，電機依據(jù)各相定子依次通電使它轉(zhuǎn)動，然后電磁

46、轉(zhuǎn)化為角位移。定子繞組從一相導(dǎo)通轉(zhuǎn)化為另一相導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子運動一角度，即步距角。細分就是在繞組換相時，不讓它導(dǎo)通或者斷開。我們以某種電機來說明步距角二細分,如圖3-6 。當(dāng)電機在A相通電的時候，轉(zhuǎn)子在A-A之間，當(dāng)A相通電變?yōu)锳、B 兩相通電后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角,停A 、B兩相中間 處，轉(zhuǎn)距與繞組電流成正比，B 相繞組電流不是由0直接上升至額定電流，先到中間位置，轉(zhuǎn)子不是轉(zhuǎn)到位置，而停在 處；同樣，當(dāng)A 、B 兩相通電變?yōu)锽 相通電，如果A 相電流并不是由額定電流降到0，則轉(zhuǎn)子將不會轉(zhuǎn)到位置BB，而是轉(zhuǎn)到位置 ， 精度從而提高，這就是步進電機二細分理論。綜上所述，定子繞組電流并不是由0 變到額定值，或由

47、額定值變?yōu)?，而分十級一步一步完成，即B相繞組用一樣的間隔通電00.1Ie0.2Ie0.9IeIe，A 相以同樣的時間按下過程減小電流Ie0.9Ie 0.2Ie0.1Ie0，如此，步進電機就完成了十細分。我們可以看到，細分就是使電機各相電流有序升級，降級，來提高精度。 圖3-6 步進電機步矩角細分示意圖我們選擇恒頻斬波細分控制，它就是斬波恒流驅(qū)動電路的進一步改進。在驅(qū)動電路里，繞組電流的大小是由比較器給定的電壓值決定的，實際上這個給定的電壓是一個固定值?，F(xiàn)在給定的電壓值用階梯電壓來替換，我們就會得到階梯電流波。該電路驅(qū)動如下3-7，單片機為主體，經(jīng)過T0輸出20kHz方波，送給D觸發(fā)器，當(dāng)作信

48、號。單片機將數(shù)字信號送到到D/A轉(zhuǎn)換器，當(dāng)作控制信號。階梯電壓每一次變化都會使轉(zhuǎn)子走步。 恒頻斬波細分原理就在于D/A轉(zhuǎn)換器輸出的電壓不確定時，恒頻信號上升沿會使D觸發(fā)器動作，使其輸出的電平為高電平，開關(guān)管VT1、VT2開始動作，繞組電流自然上升，取樣電阻R2的壓降提高，壓降大于，比較器就會輸出低的電平，然后D觸發(fā)器輸出低電平，VT1、VT2斷開，繞組電流降低。當(dāng)R2壓降小于，比較器輸出的就是高電平，然后D觸發(fā)器輸出的電平也為高電平，VT1、VT2通電，繞組的電流就會上升。然后反復(fù)操作，使電流波形為鋸齒波。CLK脈沖頻率比較高，鋸齒形波紋較小。CLK、階梯波確定電壓，VT1控制電壓還有繞組電流

49、波形如下3-8所示。圖3-7恒頻斬波細分驅(qū)動電路圖3-8恒頻斬波細分驅(qū)動的電流波形4 系統(tǒng)設(shè)計該控制系統(tǒng)通過西門子的編程軟件STEP7-Micro/WIN32來實現(xiàn)。前面我們已經(jīng)詳細講解和介紹步進電機的控制方案設(shè)計，本章我們開始對控制系統(tǒng)的軟件進行詳細的講解。對于系統(tǒng)軟件的介紹有利于我們更好的理解程序的編寫和程序的進程。這一章節(jié)主要講解該系統(tǒng)操作步驟的相關(guān)程序，同時對這些程序進行了具體的注解，以便于理解。詳細的PLC程序查閱論文末尾附錄。4.1步進電機程序設(shè)計及分析程序控制圖如下圖4-1 控制流程圖因為上面的要求，我們能夠給出電機在運行的過程圖，如圖4-1。我們以框圖作為依據(jù)，思考控制更多的要

50、求，我們先將程序分為4塊進行編程，即模塊1：步進速度選擇；模塊2：起動、停止；模塊3：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；模塊4：移位控制功能模塊；模塊:5：A、B、C、D、E五相繞組對象控制。第二步，連接模塊，然后進行調(diào)試、處理、滿足要求。4.2 PLC 程序設(shè)計4.2.1 步進控制設(shè)計對采用移位指令進行步進控制。第一是確定移位寄存器MW0，依據(jù)五相十拍的規(guī)律，移位寄存器初值如下。表4-3 移位寄存器初值M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 每次右移，電機就前進一拍，十拍以后再從新開始。其中M1.2、M1.3、M1

51、.4、M1.5、M1.6和M1.7始終為“0”。所以，我們能給出移位寄存器輸出狀態(tài)還有電機繞組狀態(tài)的真值表，下圖所示。這樣我們能得出繞組的關(guān)系式：正轉(zhuǎn)時:A相 Q0.0=M1.1+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0B相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.7+M0.1+M0.0C 相Q0.2=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.5D相 Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5+M0.4+M0.3E相 Q0.4= M0.5+M0.4+M0.3+M0.2+M0.1反轉(zhuǎn)時:A相 Q0.0=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.0B相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.2+M0.

52、1+M0.0C相 Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0D相 Q0.3=M0.6+M0.5+M0.4+M0.3+M0.2E相 Q0.4=M1.0 +M0.7+M0.6+M0.5+M0.4表4-4 移位寄存器輸出狀態(tài)及步進電機繞組狀態(tài)真值表（正轉(zhuǎn)）移位寄存器MW0正轉(zhuǎn)M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE1000000000111000100000000011000010000000011100001000000001100000100000001110000010000000110000001000100110000000

53、10010001000000001011001000000000111000表4-5 移位寄存器輸出狀態(tài)及步進電機繞組狀態(tài)真值表（反轉(zhuǎn)）移位寄存器MW0反轉(zhuǎn)M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE1000000000110000100000000110010010000000100010001000000100110000100000000110000010000001110000001000001100000000100011100000000010011000000000001111004.2.2 梯形圖設(shè)計啟停用單按鈕來控制。梯形圖如下，

54、第一步，按SB2(SB3或SB4)首次選擇一種速度， 電機速度由定時器T33把握，把50、10、3分別輸入VW100可得到低速、中速、高速三種不一樣的速度。然后按下SB1(I0.0)，M2.0導(dǎo)通，移位寄存器賦初值，然后電機開始轉(zhuǎn)動，并且定時器計時，當(dāng)達到設(shè)定值的時候，T33得電，移位寄存器的值右移，而后C1計數(shù)一次，再然后T33重新計時。當(dāng)計數(shù)達到十次后C1讓讓移位寄存器重新開始，再次作用。QS用來管正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，ON時I0.4導(dǎo)通，電機正轉(zhuǎn)，OFF時 I0.4斷開電機反轉(zhuǎn)。按下SB1，C0作用，M2.0斷開，C1復(fù)位。梯形圖是PLC編程語言,PLC生產(chǎn)廠產(chǎn)品均可以用梯形圖語言寫。用梯形圖編程器

55、建立程序,擁有梯級或者網(wǎng)絡(luò)段的結(jié)構(gòu),利于程序觀察、運行和改正。所以，在論文中用PLC梯形圖語言進行程序編寫。（具體程序梯形圖見附錄A）梯形圖易于理解，觀察，可是并不能被PLC識別，無法直接的使用，所以要人工編譯來轉(zhuǎn)化為語句表。在STEP7-MICRO/WINSP4系統(tǒng)里可將圖識別、編譯成指令的序列。具體生成的程序語句表見附錄B。5 組態(tài)軟件監(jiān)控設(shè)計及系統(tǒng)運行5.1 組態(tài)軟件仿真實現(xiàn)的意義工控組態(tài)軟件在工業(yè)的各個領(lǐng)域中較為常見的軟件，它的主要是作為工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)采集、整理和過程控制系統(tǒng)的上位機軟件，它的優(yōu)點很多，其中它具有良好的組態(tài)方式，這樣可以很好的對自控系統(tǒng)進行有效的監(jiān)察和控制。這種組態(tài)軟

56、件使用的通信協(xié)議能夠支持很多種類的外部設(shè)備，同時該協(xié)議還能將聯(lián)網(wǎng)控制、分布式信息傳送給我們。在這種組態(tài)控制軟件使用前，在工業(yè)生產(chǎn)中，對于工業(yè)自動化控制方便，一般由專門的程序編程人員進行編程控制或者將這部分作為一個項目外包出去，編程出人機界面上位機程序，以這樣的方式開發(fā)出人機自動化界面；另一種方式是通過對工控廠家出售機械時相應(yīng)的工控系統(tǒng)的購買，但是這種系統(tǒng)通常是工控廠家編寫的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是批量產(chǎn)生的，該系統(tǒng)沒有針對性。這也很好的解釋了該系統(tǒng)不能和工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場很好的匹配的原因，同時對于該系統(tǒng)進行二次開發(fā)來時，是非常艱難的，對該系統(tǒng)不適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場的部分進行修改也是很困難。在組態(tài)控制軟件出現(xiàn)之后

57、，我們可以通過使用組態(tài)軟件和它的功能，很輕易編寫出我們所需要的人機界面。組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)通過中文界面顯示，相應(yīng)的操作可以通過漢語提示和講解，從而使得該系統(tǒng)的操作方式容易上手，同時命令指令和語言都很容易學(xué)會。參數(shù)輸入和輸出，修改方式很靈活，控制能力比較靠前，能進行多次仿真運行，這些交互設(shè)計能力很強，這樣可以讓它在自控系統(tǒng)的檢測和檢驗的工作中能夠發(fā)揮出很好的效果。5.2 組態(tài)軟件的設(shè)計步驟對于組態(tài)軟件設(shè)計來說，在它設(shè)計之前，我們需要建立一個工程，在這個工程里進行設(shè)計具體的內(nèi)容。對于組態(tài)工程的創(chuàng)建，通常步驟為：定義裝置，對圖形進行繪制，建立變量，變量和圖形相關(guān)聯(lián)，調(diào)試再運行。通常包括下面三個部分：圖形

58、畫面：我們通過工藝流程圖來呈現(xiàn)出在工業(yè)生產(chǎn)中的工業(yè)控制的現(xiàn)場和相應(yīng)的工業(yè)控制所需要的設(shè)備，對工控現(xiàn)場每個大大小小環(huán)節(jié)的參數(shù)進行有效的顯示，對現(xiàn)場的監(jiān)控顯示的畫面進行很好的設(shè)計，對監(jiān)控設(shè)備的進行時刻觀察，時刻觀察它的運行狀態(tài)。數(shù)據(jù)庫：通過對工作狀況的變量表的創(chuàng)立，它是根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備的運行狀態(tài)進行創(chuàng)建的，它的目的是為了反映工控設(shè)備運行狀態(tài)，同時有效的顯示出相應(yīng)的參數(shù)，比如：液位、溫度、壓力等。動畫連接：通過監(jiān)控畫面對運行的圖素進行監(jiān)控，而這些圖素對生產(chǎn)設(shè)備的運行狀態(tài)進行模擬。這樣能很好的檢測到工作人員操作時候?qū)ο到y(tǒng)運行狀態(tài)，同時能夠?qū)ο到y(tǒng)的各個參數(shù)進行有效的調(diào)節(jié)。以下將講解設(shè)計的具體步驟：1)

59、新建一個工程：首先開啟工程管理器，在開啟的界面中單擊“新建”按鍵，此時就會出現(xiàn)“新建工程向?qū)А钡捻撁?，這個窗口詳細的對工程建立進行詳細的描述（比如：詳細講解如何對五相步進電機控制系統(tǒng)進行設(shè)計），我們再將新建工程保存在電腦本地硬盤里。圖5-1 新建工程向?qū)? 2)定義設(shè)備由PLC、儀表、模塊、板卡和變頻器等做成外部設(shè)備，在使用組態(tài)王前，必須對它進行定義。本篇論文是采用西門子S7-200PLC和組態(tài)王通信完成設(shè)計。如圖所示，我們在西門子下面的系列中選擇PLC S7-200，在通訊方式的選擇時，我們選擇的是PCPPI通信，最后所有選項都設(shè)定完時，再點擊“ 確定”按鈕。圖5-2 設(shè)備配置向?qū)?)構(gòu)造數(shù)

60、據(jù)庫通過這個頁面，我們可以對所需要的每個變量進行定義，而且可以對每個變量進行修改，同時可以對數(shù)據(jù)變量的管理燈進行操作。如下圖所示。圖5-3 步進電機控制變量定義4)建立步進電機控制畫面及動畫連接我們新建的畫面對話框，并將它命名為“步進電機控制”。同時我們將在這個畫面上放置一個矩形方框，放入一個文本框，將文本框命名為“啟動”，此時我們對“啟動”按鈕進行雙擊，完成相應(yīng)的動作。如下圖所示。圖5-4 新建畫面5.3 系統(tǒng)的仿真運行我們通過組態(tài)王使用，在該開發(fā)系統(tǒng)中，通過點擊“文件”選項按鈕，在菜單中選中“切換到View”按鍵，我們再從“選擇畫面”選擇“五相步進電機監(jiān)控”，其系統(tǒng)運行狀態(tài)圖見附錄C?？偨Y(jié)