PLC课程设计步进电机..doc

电气控制技术 课程设计 题 目: 步进电机的控制 院系名称： 电气工程学院 目录 1 系统概述 1 1.1 对被控对象步进电机控制的分析 1 1.2 设计的目的及工作内容 1 2 方案论证 2 2.1 开环控制系统 2 2.2 闭环控制系统 2 3 硬件设计 3 3.1 系统的原理方框图 3 3.2 I/O分配 3 3.3 主电路及I/O接线图 4 3.4 元器件选型 4 3.4.1 步进电机选型 4 3.4.2 PLC选型 5 3.4.3 按钮选型 6 3.4.4 熔断器选型 6 3.5 元件清单 7 4 软件设计 8 4.1 主流程 8 4.1.1 转速控制 8 4.1.2 正反转控制 9 4.1.3 步数控制 9 4.1.4 程序流程图 9 4.2 梯形图及其功能注释 10 5 系统调试 14 5.1 软件调试 14 5.2 硬件调试 14 5.2.1 转速控制过程 14 5.2.2 正反转控制过程 14 5.2.3 单步执行控制过程 14 5.3 调试结果分析 14 设计心得 15 参考文献 16 1 系统概述 1.1 对被控对象步进电机控制的分析 三相步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数（脉冲频率）成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式改变，都在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。典型步进电机外观如图1-1。 图1-1典型步进机 1.2 设计的目的及工作内容 本设计的主要研究内容是以三菱FX2N系列PLC（可编程逻辑控制器）为核心控制步进电机，及其相关外围电路组成的控制电路设计。可以通过对几个开关按钮的控制来实现对步进电机转动的方向、速度和步数的控制。 用PLC控制三相六拍步进电机实现如下操作，其控制要求如下： 三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转的顺利为：A-AB-B-BC-C-CA-A；反转的顺利为：A-CA-C-BC-B-AB-A。 1.要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。 2.具有两种转速： （1）开关闭合，则转过一个步距角需0.5s。 （2）开关闭合，则转过一个步距角需1s。 3.要求步进电机转动100个步距角后自动停止运行。 4.设置按钮K1，每按一次K1，电动机转动一步。 5.按题意要求，画出I/O分配图、PLC端子接线图、流程图、控制梯形图。 6.完成PLC端子接线工作，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。 2 方案论证 在步进电动机控制系统中，步进电动机作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种控制中，其控制主要有开环、闭环控制。 2.1 开环控制系统 开环控制系统没有使用位置、速度检测装置及反馈装置，因此具有结构简单、使用方便、可靠性高、制造成本低等优点。另外，步进电动机受控于脉冲量，它比直流电机或交流电机组成的开环精度高，适用于精度要求不太高的机电一体化伺服传动系统。开环控制方框图如图2-1所示。 图2-1开环控制方框图 2.2 闭环控制系统 闭环控制系统定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。图2-2为闭环控制系统的原理框图。 图2-2闭环控制方框图 综合上述两种方案，根据步进电动机的特点，从制造成本与系统结构复杂程度考虑，本设计采用方案一，在开环控制系统中，用PLC控制三相步进电动机。 3 硬件设计 3.1 系统的原理方框图 如图3-1为系统的原理结构框图，控制面板上的启动按钮按下开启控制装置，低速按纽按下步进电机低速运行100步，高速按钮按下步进电机告诉运行100步，转向按钮按下转变控制方向，停止按钮按下停止运行。在控制面板上设定速度和方向等参数，PLC读入这些设定值后，通过运算产生脉冲、方向信号，控制步进电机的驱动器，达到对距离、速度、方向控制的目的。