步進(jìn)控制plc課設(shè)

1、摘 要本文介紹了本實驗旨在完成使用PLC（Programmable Logic Controller）控制步進(jìn)電機的整步運行。文中指出本次使用的編程思想主要為模塊化設(shè)計即為完成任務(wù)可對程序劃分為主程序及子程序。使用移位寄存器指令，可以大大簡化程序設(shè)計。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，在移位脈沖作用下，脈沖信號依次移位到各個寄存器的內(nèi)部繼電器中，并將這些內(nèi)部繼電器的狀態(tài)輸出，每個內(nèi)部繼電器可在不同的時間內(nèi)得到由輸入端輸入的一串脈沖信號?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(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算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，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)入實用化發(fā)展階段后，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、

3、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位?？删幊踢壿嬁刂破髟谙冗M(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42.1控制要求42.2選擇PLC型號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52.3系統(tǒng)設(shè)計流程示意圖62.4 I/O分配表72.5 I/O接線圖73軟件設(shè)計83.1設(shè)計梯形圖83.2設(shè)計程序語句表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)在機床行業(yè)應(yīng)用得多，就是依靠數(shù)字（電腦編程）來控制機床，具有效率高，精度高等主要特點。 數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關(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)快速運算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計算機，包括計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機床控制密切結(jié)合發(fā)展起來的。1952年，第一臺數(shù)控機床問世，成為世界機械工業(yè)史

5、上一件劃時代的事件，推動了自動化的發(fā)展。 現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)也叫計算機數(shù)控技術(shù)，目前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的控制功能。由于采用計算機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、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可通過計算機軟件來完成。可編程邏輯控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段后，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(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 2.1控制要求

6、 在步進(jìn)電機單元完成本實驗使用移位寄存器指令，可以大大簡化程序設(shè)計。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，在移位脈沖作用下，脈沖信號依次移位到各個寄存器的內(nèi)部繼電器中，并將這些內(nèi)部繼電器的狀態(tài)輸出，每個內(nèi)部繼電器可在不同的時間內(nèi)得到由輸入端輸入的一串脈沖信號。圖1.1 步進(jìn)控制面板2.2選擇PLC型號選擇合適的機型是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場頻隨談基本功能相似，但有些特殊功能、價格、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，不同系列、不同

7、型號的。因此，如何選擇合適的機型至關(guān)重要。需了解PLC功能和特點。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)會對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器來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計數(shù)計時和算術(shù)運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。1982年，國際電工委員會(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PLC作了如下的定義:PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的。它采用可以

8、編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，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)連成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。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）定時控制（5）計數(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（1） 可靠性高、抗干擾能力強（2）通用性強、靈活性好、功能齊全（3）編程簡單、使用方便（4）模塊化結(jié)構(gòu)（5）安裝簡單、調(diào)試方便（6）網(wǎng)絡(luò)通信（7）體積

9、小、能耗低、便于機電一體化 開始2.3系統(tǒng)設(shè)計流程示意圖 A、B、C、D燈滅 啟動按鈕SD閉合？ N 0.1s后A燈亮 Y 步進(jìn)電機前進(jìn)一步 0.2s后B燈亮 步進(jìn)電機前進(jìn)一步 0.2s后C燈亮 步進(jìn)電機前進(jìn)一步 0.2s后D燈亮 步進(jìn)電機前進(jìn)一步 0.2s后A燈亮 步進(jìn)電機前進(jìn)一步 固化程序 圖2.2系統(tǒng)設(shè)計流程示意圖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 3.1設(shè)計梯形圖 3.2設(shè)計程序語句表 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)電機的控

11、制系統(tǒng)由可編程控制器和步進(jìn)電機功率驅(qū)動器組成，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)電機的轉(zhuǎn)角；同時通過編程控制脈沖頻率。在輸入端輸入一串脈沖信號（1000），在移位脈沖作用下，此脈沖信號依次移位（1000-0100-0010-0001-1000-.）至各個寄存器的內(nèi)部繼電器（Q0.0-Q0.1-Q0.2-Q0.3-Q0.0-）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

12、，即A亮-B亮-C亮-D亮），不會循環(huán)移位；若將梯形圖網(wǎng)絡(luò)四中置位指令的指令操作數(shù)M0.1改為M0.2或M0.3，各個寄存器的內(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），不會循環(huán)移位。5結(jié)束語 此次課程設(shè)計從程序設(shè)計、調(diào)試仿真到選型、接線，可以說非常貼近實際需求，是鍛煉我們綜合設(shè)計能力的良好體現(xiàn)。我從此次設(shè)計中收獲頗多，我一開始的設(shè)計思路是采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖實現(xiàn)電機的步進(jìn)，但不久就發(fā)現(xiàn)由于分支較多且要實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)較復(fù)雜，在一番躊躇過后，選擇放棄這種設(shè)計思路，轉(zhuǎn)向采用經(jīng)驗設(shè)計法。由于步進(jìn)電機給脈沖就轉(zhuǎn)，不給脈沖電機就不轉(zhuǎn)，而且步進(jìn)脈沖

13、的頻率越高，步進(jìn)電機轉(zhuǎn)得越快；改變各相的通電方式，就可以改變電機的運行方式；改變通電順序，就可以控制電機的正、反轉(zhuǎn)。所以，采用經(jīng)驗設(shè)計法的主要思想是使用循環(huán)位移指令實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)與狀態(tài)變化，通過控制定時器的時間長短來實現(xiàn)速度控制。單個功能的實現(xiàn)是容易的，但組合起來并沒有沖突是要動腦子的，經(jīng)過不停地調(diào)試與仿真，最終順利完成設(shè)計任務(wù)。因此，設(shè)計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)

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