五相單雙十拍步進(jìn)電動機(jī)控制程序的設(shè)計及調(diào)試

.z---.--總結(jié)資料機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書設(shè)計題目:五相單雙十拍步進(jìn)電動機(jī)控制程序的設(shè)計與調(diào)試學(xué)生**：**：20094805專業(yè)班級：機(jī)制F09指導(dǎo)教師：2012年12月11日-.z內(nèi)容摘要步進(jìn)電機(jī)是一種控制精度極高的電機(jī),在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電動機(jī)具有快速起停、準(zhǔn)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。基于PLC控制的步進(jìn)電動機(jī)具有設(shè)計簡單，實(shí)現(xiàn)方便，參數(shù)設(shè)計置靈活等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)。本文主要是介紹采用可編程控制器(PLC)對五相十拍步進(jìn)電機(jī)進(jìn)展控制的設(shè)計原理及方法進(jìn)展分析。本文詳細(xì)的介紹了用PLC控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的原理，及硬件和軟件設(shè)計方法。其內(nèi)容主要包括I/O地址分配、PIC外部接線圖、控制流程圖、梯形圖以及語句表。本文設(shè)計過程中使用了移位指令，大大簡化了程序的設(shè)計，使程序更間湊，方便了設(shè)計。在實(shí)際應(yīng)用中說明此設(shè)計是合理有效的。關(guān)鍵詞:PLC；梯形圖；五相十拍步進(jìn)電機(jī)-.z目錄第1章引言11.1五相步進(jìn)電動機(jī)的控制要求11.2程序設(shè)計的根本思路1第2章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計32.1PLC類型選擇32.2I/O點(diǎn)的分配與編號32.3PLC外部接線圖42.4繪制控制流程圖52.5梯形圖程序設(shè)計72.5.1步進(jìn)控制設(shè)計7梯形圖92.6程序指令表132.7程序調(diào)試16設(shè)計總計21謝辭22參考文獻(xiàn)23-.z第1章引言步進(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)和精細(xì)機(jī)械等領(lǐng)域。步進(jìn)電動機(jī)具有快速起停、準(zhǔn)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，比擬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(shí)現(xiàn)比擬麻煩?；赑LC控制的步進(jìn)電動機(jī)具有設(shè)計簡單，實(shí)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)用于對精度要求比擬高的運(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(shí)現(xiàn)。五相步進(jìn)電動機(jī)的控制要求1．五相步進(jìn)電動機(jī)有五個繞組:A、B、C、D、E。正轉(zhuǎn)順序:A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA；反轉(zhuǎn)順序:EA←E←DE←D←DC←C←BC←B←BA←A2．用五個開關(guān)控制其工作：1號開關(guān)控制其運(yùn)行(啟/停)。2號開關(guān)控制其低速運(yùn)行(轉(zhuǎn)過一個步距角需0.5秒)。3號開關(guān)控制其中速運(yùn)行(轉(zhuǎn)過一個步距角需0.1秒)。4號開關(guān)控制其低速運(yùn)行(轉(zhuǎn)過一個步距角需0.02秒)。5號開關(guān)控制其轉(zhuǎn)向(ON為正轉(zhuǎn)，OFF為反轉(zhuǎn))。3.操作方面要求：〔1〕可正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；〔2〕運(yùn)行過程中，正反轉(zhuǎn)可隨時不停機(jī)切換；〔3〕步進(jìn)三種速度可分為高速〔0.02S〕，中速〔0.1S〕，低速〔0.5S〕三檔，并可隨時手控變速;4.性能方面要求：在實(shí)現(xiàn)控制要求的根底上，應(yīng)使程序盡量簡潔﹑緊湊。另一方面，同一控制對象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發(fā)生變化，此時，要求程序修改方便、簡單，即要求程序有較好的柔性。1.2程序設(shè)計的根本思路在進(jìn)展程序設(shè)計時，首先應(yīng)明確對象的具體控制要求。由于CPU對程序的串行掃描工作方式，會造成輸入輸出的滯后，而由掃描方式引起的滯后時間，最長可達(dá)兩個掃描周期，程序越長，這種滯后越明顯，則控制精度就越低。因此，在實(shí)現(xiàn)控制要求的根底上，應(yīng)使程序盡量簡潔﹑緊湊。另一方面，同一控制對象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發(fā)生變化，此時，要求程序修改方便、簡單，即要求程序有較好的柔性。以SIMATIC移位指令為步進(jìn)控制的主體進(jìn)展程序設(shè)計，可較好的滿足上述設(shè)計要求。第2章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計2.1PLC類型選擇PLC脈沖控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于中、小功率牽引設(shè)備中，具有控制簡單、穩(wěn)定、本錢低等特點(diǎn)。如果在系統(tǒng)中加上保護(hù)電路及防干擾措施，還可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。S7-200系列PLC是西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，其許多功能到達(dá)了大中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC接近。特別是S7-200CPU系列PLC，它具有多種功能模塊和人機(jī)界面〔HMI〕可供選擇，便于系統(tǒng)的集成，并很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)；此外，它還具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得S7-200系列PLC在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。控制步進(jìn)電機(jī)的共有5個輸入開關(guān)，分別是啟/停開關(guān) QS1，0.5s低速運(yùn)行開關(guān)QS2，0.1s中速運(yùn)行開關(guān)QS3，0.02s高速運(yùn)行開關(guān)QS4，控制轉(zhuǎn)向開關(guān)QS5。控制A、B、C、D、E五相繞組的工作，需要五個直流輸出量，分別是A相繞組B相繞組，C相繞組，D相繞組，E相繞組。由于有5個直流輸入，5個直流輸出，無模擬量輸入輸出，因此只需5點(diǎn)輸入，5點(diǎn)輸出即可，加上10%的余量，通過查閱手冊選定S7-200CPU222根本單元〔8入/6出〕1臺，輸出形式又有繼電器輸出，晶體管〔只能直流〕輸出，晶閘管輸出〔只能輸出交流〕三種形式。由于輸出為之流脈沖信號，故采用可直流可交流的繼電器輸出形式。圖2-1是CPU222的圖片及簡要介紹。圖2-1CPU222的圖片及簡要介紹2.2I/O點(diǎn)的分配與編號控制步進(jìn)電機(jī)的5個輸入開關(guān)及控制A、B、C、D、E五相繞組工作的輸出端在PLC中的I/O編址如表2-1所示。表2-1I/O地址分配表輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)元件名稱符號地址編碼元件名稱符號地址編碼啟/停開關(guān)SB1I0.0A相繞組AQ0.00.5s低速運(yùn)行開關(guān)SB2I0.1B相繞組BQ0.10.1s中速運(yùn)行開關(guān)SB3I0.2C相繞組CQ0.20.02s高速運(yùn)行開關(guān)SB4I0.3D相繞組DQ0.3控制轉(zhuǎn)向開關(guān)QS1I0.4E相繞組EQ0.42.3PLC外部接線圖PLC外部接線圖的輸入輸出設(shè)備、負(fù)載電源的類型等的設(shè)計就結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來設(shè)定。步進(jìn)電動機(jī)采用五相十拍控制I/O接線圖如圖2-2所示。圖2-2PLC控制I/O接線圖2.4繪制控制流程圖由于上述具體控制要求，可作出步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行時的程序框圖，如圖2-3所示。以工作框圖為根本依據(jù)，結(jié)合考慮控制的具體要求，首先可將梯形圖程序分為4個模塊進(jìn)展編程，即模塊1：步進(jìn)速度選擇；模塊2：起動、停頓；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。然后，將各模塊進(jìn)展連接，最后經(jīng)過調(diào)試、完善、實(shí)現(xiàn)控制要求。圖2-3控制流程圖2.5梯形圖程序設(shè)計2.5.1步進(jìn)控制設(shè)計采用移位指令進(jìn)展步進(jìn)控制。首先指定移位存放器MW0，按照五相十拍的步進(jìn)順序，移位存放器的初值見表2-2。表2-2移位存放器初值M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.1M0.0100000000每右移1位，電機(jī)前進(jìn)一個步距角〔一拍〕，完成十拍后重新賦初值。由于10位大于1字節(jié)而又小于2字節(jié)，故令未用上的M1.2、M1.3、M1.4、M1.5、M1.6和M1.7置“0〞。據(jù)此，可作出移位存放器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)繞組的狀態(tài)真值表，如表2-3、2-4所示。從而得出五相繞組的控制邏輯關(guān)系式：正轉(zhuǎn)時A相Q0.0=M1.1+M1.0+M0.0B相Q0.1=M1.0+M0.7+M0.6C相Q0.2=M0.6+M0.5+M0.4D相Q0.3=M0.4+M0.3+M0.2E相Q0.4=M0.2+M0.1+M0.0反轉(zhuǎn)時A相Q0.0=M1.1+M0.1+M0.0B相Q0.1=M0.3+M0.2+M0.1C相Q0.2=M0.5+M0.4+M0.3D相Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5E相Q0.4=M1.1+M1.0+M0.7表2-3移位存放器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)繞組狀態(tài)真值表〔正轉(zhuǎn)〕移位存放器MW0正轉(zhuǎn)M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE100000000010000010000000011000001000000001000000100000001100000010000000100000001000000110000000100000010000000010000011000000001000001000000000110001表2-4移位存放器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)繞組狀態(tài)真值表〔反轉(zhuǎn)〕移位存放器MW0反轉(zhuǎn)M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE1000000000100010100000000000010010000000000110001000000000100000100000001100000010000001000000001000011000000000100010000000000010110000000000001100002.5.2梯形圖梯形圖設(shè)計如下：首先，按SB2或SB3或SB4初次選擇一種步進(jìn)速度，五相步進(jìn)電動機(jī)的速度由定時器T33控制，把三個值50、10、2分別送到VW100可得到低速、中速、高速三種速度。再按SB1，M3.0得電，移位存放器賦初值，電機(jī)開場轉(zhuǎn)動，且定時器開場計時，到設(shè)定值時，T33得電動作，移位存放器值右移一位，計數(shù)器C21計數(shù)一次，然后T33重新計時。計數(shù)器C21計數(shù)十次后動作，使移位存放器重新賦值，依次循環(huán)。QS1控制正反轉(zhuǎn)，ON時I0.4得電，五相步進(jìn)電動機(jī)正轉(zhuǎn)；OFF時，I0.4失電，五相步進(jìn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)。按下啟/停按鈕SB1，M3.0失電，C21復(fù)位電機(jī)停頓轉(zhuǎn)動。I0.1為低速選擇開，按下后，每隔0.5秒移位一次，I0.2為中速選擇開關(guān)，按下后，每隔0.1秒移位一次I0.3為高速選擇開關(guān)，按下后，每隔0.02秒移位一次。每次運(yùn)行，只能選擇一種速度，故在每個回路中串入另外兩個開關(guān)的常閉觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)互鎖。然后移位存放器賦初值，十拍后，重新賦初值。T33是一個分辨率為10ms的計時器，設(shè)定值由存儲單元VW100設(shè)定，設(shè)定值由選擋開關(guān)SB2，SB3，SB4決定。即使時間到，則執(zhí)行右移指令。C21為十拍計數(shù)裝置，計數(shù)十次，即十拍，C21得電動作，使自身復(fù)位重新計數(shù)，同時移位存放器重新賦初值。最后連接五相繞組一次連接。所以得出圖2-4程序梯形圖。圖2-4五相十拍步進(jìn)電動機(jī)PLC控制梯形圖2.6程序指令表控制系統(tǒng)的梯形圖和指令表之間是相互對照，互為補(bǔ)充的。因此五相單雙十拍步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)的指令表可以由梯形圖得出。TITLE=PROGRAMMENTSNetwork1//五相單雙十拍步進(jìn)電動機(jī)//單按鈕停頓LDI0.0EUAM3.0=M2.0Network2//單按鈕啟動LDI0.0EUOM3.0ANM2.0=M3.0Network3//低速LDI0.1EUANI0.2ANI0.3MOVW50,VW100Network4//中速LDI0.2EUANI0.1ANI0.3MOVW10,VW100Network5//高速LDI0.3EUANI0.1ANI0.2MOVW2,VW100Network6//移位存放器賦初值LDM3.0EUOC21MOVW2*1000000000,MW0Network7//單拍計時LDM3.0ANM4.0ANC21TONT33,VW100Network8//計時時間到，重新計時LDT33=M4.0Network9//計時時間到，移位一次LDT33EUSRWMW0,1Network10//十拍計數(shù)LDM4.0LDC21ONM3.0CTUC21,10Network11//A相LDM1.1OM0.0LDM1.0AI0.4OLDLDM0.1ANI0.4OLDAM3.0=Q0.0Network12//B相LDM1.0OM0.7OM0.6AI0.4LDM0.3OM0.2OM0.1ANI0.4OLDAM3.0=Q0.1Network13//C相LDM0.5OM0.4LDM0.6AI0.4OLDLDM0.3ANI0.4OLDAM3.0=Q0.2Network14//D相LDM0.4OM0.3OM0.2AI0.4LDM0.7OM0.6OM0.5ANI0.4OLDAM3.0=Q0.3Network15//E相LDM0.2OM0.1OM0.0AI0.4LDM1.1OM1.0OM0.7ANI0.4OLDAM3.0=Q0.4程序調(diào)試程序調(diào)試有模擬器調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試等方法，根據(jù)課程設(shè)計要求并結(jié)合實(shí)際情況使用了STEP7-Micro/WIN模擬器進(jìn)展了本程序的調(diào)試。西門子S7－200的仿真軟件Simulation1.2版是從西班牙原版1.2直接漢化過來的，支持TD200仿真界面和增減計數(shù)器等多種指令。調(diào)試方法如下：1.將在Step7Micro/Win中編譯正確的程序在文件菜單中導(dǎo)出為AWL文件；2.翻開仿真軟件，點(diǎn)“配置〞-“CPU型號〞，然后選擇CPU222；3.點(diǎn)“程序〞-“載入程序〞；4.選擇Step7Micro/Win的版本；5.將先前導(dǎo)出的AWL文件翻開；6.點(diǎn)“PLC〞-“運(yùn)行〞，開場調(diào)試程序；程序具體運(yùn)行情況如下：1．選擇速度，首先選擇低速步進(jìn)，按下SB2，I0.1通電，把50賦值給VW100。2．選擇正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動控制轉(zhuǎn)向開關(guān)QS1，I0.4此時為ON.3．按下啟動按鈕SB1,I0.0得電，則M3.0線圈得電，所以步進(jìn)電動機(jī)以低速正轉(zhuǎn)開場運(yùn)行。如圖2-5程序調(diào)試圖a所示。4．改變速度，選擇中速步進(jìn)，按下SB3，I0.2通電，把10賦值給VW100，然后步進(jìn)電動機(jī)以中速正轉(zhuǎn)開場運(yùn)行。如圖2-6程序調(diào)試圖b所示。5．改變速度，選擇高速速步進(jìn)，按下SB4，I0.3通電，把2賦值給VW100，然后步進(jìn)電動機(jī)以高速正轉(zhuǎn)開場運(yùn)行。如圖2-7程序調(diào)試圖c所示。6．改變轉(zhuǎn)向?yàn)榉崔D(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向開關(guān)QS1，I0.4此時為off。選擇低速步進(jìn)，按下SB2，I0.1通電，把50賦值給VW100，然后步進(jìn)電動機(jī)以低速反轉(zhuǎn)開場運(yùn)行。如圖2-8程序調(diào)試圖d所示。7．改變速度，選擇中速步進(jìn)，按下SB3，I0.2通電，把10賦值給VW100，然后步進(jìn)電動機(jī)以中速反轉(zhuǎn)開場運(yùn)行。如圖2-9程序調(diào)試圖e所示。8.改變速度，選擇高速速步進(jìn)，按下SB4，I0.3通電，把2賦值給VW100，然后步進(jìn)電動機(jī)以高速反轉(zhuǎn)開場運(yùn)行。如圖2-10程序調(diào)試圖f所示。9.按下啟停按鈕SB1，M2.0得電，所以M3.0失電，程序運(yùn)行終止。圖2-5程序調(diào)試圖a圖2-6程序調(diào)試圖b圖2-7程序調(diào)試圖c圖2-8程序調(diào)試圖d圖2-9程序調(diào)試圖e圖2-10程序調(diào)試圖f設(shè)計總結(jié)這次機(jī)電傳動與控制課程設(shè)計，我的選題是五相單雙十拍步進(jìn)電動機(jī)控制程序的設(shè)計與調(diào)試。最初拿到題目我感到無從下手，一連兩天沒有一點(diǎn)思路，這時指導(dǎo)教師王教師給我提供了一些建議和指導(dǎo)，讓我用移位指令進(jìn)展嘗試。在教師的耐心指導(dǎo)下，我頓時恍然大悟，于是搜集相關(guān)資料開場了設(shè)計。我通過參考網(wǎng)上的同類型設(shè)計成果，綜合考慮自己的特有要求，對原作進(jìn)展了必要的改良和補(bǔ)充，最終形成了這個設(shè)計結(jié)果，經(jīng)過調(diào)試，能夠滿足相應(yīng)要求。由于時間有限，知識水平尚未到達(dá)一定高度，設(shè)計結(jié)果還有進(jìn)一步完善的地方，以后有時間，將會繼續(xù)完善。謝辭在求知的路途上并不會一帆風(fēng)順，常會