基于PLCS7300的步進電機開環(huán)設(shè)計

1、目錄目錄11.引言21.1 設(shè)計目的21.2 設(shè)計過程2 1.2.1 步進電機簡介2 1.2.2 步進電機的驅(qū)動電路2 1.2.3 兩相步進電機的通電方式41.3 設(shè)計內(nèi)容52.電路設(shè)計63.plc硬件組態(tài)64.plc編程元件地址分配表64.1 線性化編程符號表64.2 結(jié)構(gòu)化編程符號表74.3 結(jié)構(gòu)化編程fc的變量聲明表75.控制程序85.1線性化編程85.2結(jié)構(gòu)化編程215.2.1 ob1控制程序215.2.2 fc1控制程序255.2.3 fc2控制程序276.程序調(diào)試說明307.心得體會308.參考文獻311. 引言 可編程控制器是電氣控制技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)?？删幊炭刂破鳛椤白詣踊碗姎?/p>

2、工程及其自動化”專業(yè)的一門重要專業(yè)課。通過本課程的學習，使學生掌握工廠電氣控制設(shè)備技術(shù)和可編程控制器的使用、分析和設(shè)計自動生產(chǎn)過程中的控制電路，掌握其使用方法。 plc課程設(shè)計的主要目的，是通過對某個簡單的自動化生產(chǎn)設(shè)備、某條簡單的自動化生產(chǎn)線、某些簡單的工藝過程的調(diào)查研究，使學生明確生產(chǎn)工藝對電氣控制提出的各項要求。根據(jù)這些要求，進行plc控制系統(tǒng)的原理設(shè)計、硬件配置及軟件編程設(shè)計。通過不斷地調(diào)試和完善程序來滿足生產(chǎn)工藝的要求。本課程設(shè)計提供了設(shè)計的備選課題。通過課程設(shè)計，使學生進一步熟悉plc控制系統(tǒng)的應(yīng)用，并培養(yǎng)學生決實際問題的能力，掌握系統(tǒng)設(shè)計的思路及方法。1.1設(shè)計目的 了解步進電機

3、的工作原理及步進電機的開環(huán)控制原理。 綜合應(yīng)用所學plc知識設(shè)計基于plc的步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)； 通過自行編程調(diào)試掌握plc控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。1.2設(shè)計過程1.2.1步進電機原理簡介 步進電動機是一種將數(shù)字式電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的機電元件，每一個脈沖信號可以使步進電機前進一步，轉(zhuǎn)過的角度與控制脈沖的個數(shù)呈嚴格的正比關(guān)系。其運行速度與控制脈沖頻率呈嚴格的正比關(guān)系，正是這個特點，使其可以和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合，成為比較理想的執(zhí)行元件。步進電機主要應(yīng)用于開環(huán)位置控制系統(tǒng)中。目前步進電機在數(shù)控機床、計算機外圍設(shè)備、鐘表、包裝機械、食品機械中得到廣泛的應(yīng)用。 步進電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。

4、以二相步進電機為例，定子上有兩組相對的磁極，每對磁極纏有同一繞組，形成一相。定子和轉(zhuǎn)子上分布著大小、間距相同的多個小齒。當步進電機某一相通電形成磁場后，在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被強行推動到最大磁導率（或最小磁阻）的位置。步進電機接收到一個脈沖信號，就驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)過一個步距角，對于一個m相n拍的步進電機來說，每走完n拍，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個齒距角，所以齒距角與步距角的關(guān)系為： 從控制原理上，步進電機可以分為反應(yīng)式、永磁式和混合式步進電機三大類；按照控制繞組的相數(shù)可以分為兩相、三相、四相。 本課程設(shè)計中用到的步進電機為兩相步進電機。該步進電機轉(zhuǎn)子共有50個齒，所以齒距角為7.2。電機每相電流為0.2a，

5、相電壓為5v。1.2.2步進電機的驅(qū)動電路本設(shè)計中用到的步進電機的驅(qū)動電路圖如圖1所示： 圖1 步進電動機驅(qū)動電路圖中tl1tl4對應(yīng)的是面板上的插孔。圖中標注的a及，b及分別表示步進電機的定子的兩相繞組的四個端子。1.2.3兩相步進電機的通電方式單四拍通電方式：每次只有一相繞組通電，四拍構(gòu)成一定循環(huán)。兩相繞組按照aba的次序輪流通電。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子齒距。雙四拍通電方式：每次有兩相繞組同時通電，兩相控制繞組按abbaab的次序輪流通電。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度與單四拍相等都是轉(zhuǎn)子齒距，但與單四拍的空間定位不重合。單、雙八拍的通電方式：上兩種通電方式的循環(huán)拍數(shù)等于4，稱為滿步通電方式。若通電方式等于

6、8，稱為半步通電方式，即按aabbbaa的次序通電。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子齒距。在上述通電方式中，改變通電的循環(huán)方向即可改變步進電機的轉(zhuǎn)動方向，改變通電的頻率，即可改變步進電機的轉(zhuǎn)速。本課程設(shè)計采用的是雙四拍的通電方式，實現(xiàn)對兩項步進電機的正反?？刂频?，以及可以實現(xiàn)對步進電機轉(zhuǎn)動角度的精確控制。1.2.4步進電機控制方式典型的步進電機控制系統(tǒng)如圖2所示： 圖2 典型的步進電機控制系統(tǒng)步進電動機是一種將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移或者線位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件。在經(jīng)歷了一個大的發(fā)展階段后，日前其發(fā)展趨向平緩。然而，其基本原理是不變的，即：是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當對其施加一個電

7、脈沖時，其輸出轉(zhuǎn)過一個固定的角度。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與單位時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的脈沖順序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機繞組通電的順序，便可控制步進電機的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向。步進電機的機理是基于最基本的電磁鐵作用，可簡單地定義為，根據(jù)輸人的脈沖信號，每改變一次勵磁狀態(tài)就前進一定角度或長度，若不改變勵磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電動機:從廣義上講，步進電動機是一種受電脈沖信號控制的無刷式直流電機，也可看作是在一定頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率同步的同步電動機。步進電機的控制和驅(qū)動方法很多，按照使用

8、的控制裝置來分可以分為:普通集成電路控制、單片機控制、工業(yè)控制機控制、可編程控制器控制等幾種；按照控制結(jié)構(gòu)可分為:硬脈沖生成器硬脈沖分配結(jié)構(gòu)(硬-硬結(jié)構(gòu))、軟脈沖生成器軟脈沖分配器結(jié)構(gòu)(軟-軟結(jié)構(gòu))、軟脈沖生成器硬脈沖分配器結(jié)構(gòu)(軟-硬結(jié)構(gòu))。1硬硬結(jié)構(gòu) 如圖3所示，這種步進電機的控制驅(qū)動系統(tǒng)由硬件電路脈沖生成器、硬件電路脈沖分配器、驅(qū)動器組成。這種控制驅(qū)動方式運行速度比較快，但是電路復雜，功能單一。 圖3 硬硬結(jié)構(gòu)控制2軟軟結(jié)構(gòu)軟脈沖生成器軟脈沖生成器如圖4所示，這種步進電機的控制驅(qū)動系統(tǒng)由軟件程序脈沖生成器、軟件程序脈沖分配器、驅(qū)動器組成，而軟件脈沖生成器和脈沖分配器都有微處理器或微控制器

9、通過編程實現(xiàn)。用單片機、工業(yè)控制機、普通個人計算機、可編程序控制器控制步進電機一般均可采用這種結(jié)構(gòu)。這種控制驅(qū)動方法電路結(jié)構(gòu)簡單、可以實現(xiàn)復雜的功能，但是占用cpu時間多，給微處理器運行其他工作造成困難。步進電機 驅(qū)動器 圖4 軟軟結(jié)構(gòu)控制 3軟硬結(jié)構(gòu)如圖5所示，這種步進電機的控制驅(qū)動系統(tǒng)由軟件脈沖生成器、硬件脈沖分配器和硬件驅(qū)動器組成。硬件脈沖分配器是通過脈沖分配器芯片(如8713芯片)來實現(xiàn)通電換相控制的。這種控制驅(qū)動方法電路結(jié)構(gòu)簡單、可以實現(xiàn)復雜的功能，同時占用cpu時間較少，用可編程控制器全部實現(xiàn)了控制器和驅(qū)動器的功能。在plc中，由軟件代替了脈沖生成器和脈沖分配器，直接對步進電機進行

10、并行控制，并且由plc輸出端口直接驅(qū)動步進電機。如圖3.7所示，這是一種軟-軟結(jié)構(gòu)，脈沖生成器和脈沖分配器均有可編程序控制器程序?qū)崿F(xiàn)。步進電機 驅(qū)動器硬脈沖分配器軟脈沖生成器 圖5 軟硬結(jié)構(gòu)控制1.3設(shè)計內(nèi)容（1）能夠?qū)崿F(xiàn)兩相步進電機以雙四拍的起動和停止、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)相互切換及改變轉(zhuǎn)速。（2）當按下按鈕sb1時，步進電機以雙四拍方式和500ms/步的頻率順時針方向運行30步后停止； 當按下按鈕sb2時，步進電機以雙四拍方式和500ms/步的頻率逆時針方向運行30步后停止； 當按下按鈕sb4時，步進電機以雙四拍方式和2s/步的頻率順時針方向運行； 任何時刻按下按鈕sb3，步進電機停止。2.電路設(shè)計

11、 plc控制步進電動機硬件圖設(shè)計正sb4i0.3 圖6 控制兩相步進電動機正反轉(zhuǎn)及改變轉(zhuǎn)速控制線路接線圖3. plc硬件組態(tài)plc的硬件組態(tài)如表1所示： 表1 plc硬件組態(tài)表4.plc編程元件地址分配表 4.1 線性化編程符號表plc線性化編程符號表如表2所示： 表2 plc線性化編程符號表 4.2 結(jié)構(gòu)化編程符號表plc結(jié)構(gòu)化編程符號表如表3所示： 表3 plc結(jié)構(gòu)化編程符號表 4.3 結(jié)構(gòu)化編程fc的變量聲明表plc結(jié)構(gòu)化編程fc1的變量聲明表如表4所示： 表4 plc結(jié)構(gòu)化編程fc1的變量聲明表 plc結(jié)構(gòu)化編程fc2的變量聲明表如表5所示： 表5 plc結(jié)構(gòu)化編程fc2的變量聲明表

12、5.控制程序5.1線性化編程5.2結(jié)構(gòu)化編程5.2.1 ob1控制程序5.2.2 fc1控制程序5.2.3 fc2控制程序6.程序調(diào)試說明在plc程序設(shè)計及調(diào)試過程中存在以下要說明的：在進行plc線性化程序設(shè)計時，出現(xiàn)兩個相同地址的輸出時，程序只執(zhí)行后一個地址的輸出。解決方法：通過查找資料發(fā)現(xiàn)西門子plc程序中，不容許同時存在兩個相同地址的輸出，于是在兩個相同的輸出地址刪去了一個，別找辦法使其實現(xiàn)原來的功能。在進行plc結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計時，用模塊化的思想來實現(xiàn)在主程序中調(diào)用同一fc快來實現(xiàn)步進電機的正反轉(zhuǎn)，這樣設(shè)計更加簡單，通俗易懂。并且在fc中使用了全局變量，導致plc的輸出口本身的通電狀態(tài)去

13、控制plc的循環(huán)通電狀態(tài)。在進行plc的結(jié)構(gòu)化程序調(diào)試時，一按下啟動按鈕，西門子plc立刻出現(xiàn)死機狀態(tài)。解決方法：通過網(wǎng)上查找資料發(fā)現(xiàn)，沒有將fc功能塊下載到plc中，導致在主程序中一調(diào)用fc功能塊就出現(xiàn)死機狀態(tài)，故將fc功能塊下載到plc后，死機狀態(tài)立刻解決。在控制步進電動機的正反轉(zhuǎn)的控制程序中可以加入開關(guān)互鎖來使電機的正反轉(zhuǎn)控制可以直接切換。在步進電機正反轉(zhuǎn)控制中加入比較器、整數(shù)函數(shù)、計數(shù)器可以實現(xiàn)對步進電機轉(zhuǎn)動步數(shù)的精確控制。7. 心得體會 在為期三周的可編程邏輯控制器課程設(shè)計中，利用軟硬件結(jié)合，實現(xiàn)對步進電機工作狀態(tài)正反停的自動控制和精確控制。通過設(shè)定不同延時計時器的數(shù)值，來改變步進電

14、機的工作頻率。對plc的編程工作是對人的毅力和耐心的挑戰(zhàn)，這就促使我們必須是出于興趣使然，興趣使我具備了足夠的毅力和耐心。經(jīng)過無數(shù)次失敗后，當看到一個個符號按我的思路整齊的排列，plc按我的要求有條不紊的運行時，興趣得到了極大的滿足。 通過這次設(shè)計實踐，我學會了plc的基本編程方法，對plc的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設(shè)計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視，當我們把自己想出來的程序與到plc中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對plc 的

15、理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。 通過合作，我們的合作意識得到加強，合作能力得到提高。上大學后，很多同學都沒有過深入的交流，在設(shè)計的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個人互責一定的部分，同時在一定的階段共同討論，以解決分工中個人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見，同時我們還向別的同學請教。在此過程中，每個人都想自己的方案得到實現(xiàn)，積極向同學說明自己的想法，在這過程也提高了我們的表過能力。8. 參考文獻1林春方可編程控制器原理及其應(yīng)用上海交通大學出版社，20042史國生電氣控制與可編程控制器技術(shù)化學工業(yè)出版社，20033劉寶廷步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學出版社，1

16、9974胡建. 西門子s7-300 plc應(yīng)用教程. 機械工業(yè)出版社.2008.5阮友德電氣控制與plc實訓教程人民郵電出版社，20066鄭阿奇.plc（西門子）實用教程. 電子工業(yè)出版社. 20097邱道伊s7-300400plc入門和應(yīng)用分析中國電力出版社，2008一個人不管有多聰明，多能干，背景條件有多好，如果不懂得如何去做人、做事，那么他最終的結(jié)局肯定是失敗。做人做事是一門藝術(shù)，更是一門學問。很多人之所以一輩子都碌碌無為，那是因為他活了一輩子都沒有弄明白該怎樣去做人做事。每一個人生活在現(xiàn)實社會中，都渴望著成功，而且很多有志之士為了心中的夢想，付出了很多，然而得到的卻很少，這個問題不能不

17、引起人們的深思：你不能說他們不夠努力，不夠勤勞，可為什么偏偏落得個一事無成的結(jié)局呢？這值得我們每一個人去認真思考。從表面上看，做人做事似乎很簡單，有誰不會呢？其實不然，比如說你當一名教師，你的主觀愿望是當好教師，但事實上卻不受學生歡迎；你去做生意，你的主觀愿望是賺大錢，可偏偏就賠了本。拋開這些表層現(xiàn)象，去發(fā)掘問題的癥結(jié)，你就會發(fā)現(xiàn)做人做事的確是一門很難掌握的學問?？梢赃@么說，做人做事是一門涉及現(xiàn)實生活中各個方面的學問，單從任何一個方面入手研究，都不可能窺其全貌。要掌握這門學問，抓住其本質(zhì)，就必須對現(xiàn)實生活加以提煉總結(jié)，得出一些具有普遍意義的規(guī)律來，人們才能有章可循，而不至于迷然無緒。讀懂一個字

18、訣，受用你一生！一、社會交往字訣教你建功立業(yè)（一）謙字訣處世唯謙字了得，若一味狂妄自負、驕傲自大，只會失去處世的根本，落得個孤苦伶仃、千夫所指的罵名下場。1、不可目中無人2、得意不要忘形3、有本事不必自夸4、請教不擇人（二）淡字訣為人處世，交朋待友，對勢利紛華，似乎不必太過于苛求，當以淡字當頭?？吹?，看開些，人生也就豁然開朗，有滋有味了。正如平平淡淡才是真。1、君子之交淡如水2、淡看人生，善待生命3、淡泊明志，莫為名利遮望眼4、減少心欲，滿足心靈（三）儉字訣不懂得儉字的人，不知道如何成功，任何成功的事業(yè)都在于點滴的積累；不懂得儉字的人，只會喪失成功，過分的驕奢多敗人品質(zhì)。儉以養(yǎng)德，為人做事之

19、良訓。1、從節(jié)省生活費開始2、窮大方不可取3、謹防變態(tài)的節(jié)儉：吝嗇4、欲路勿染，儉以養(yǎng)德（四）自字訣做一個有個性的人，給自己一點自信！成功的道路靠自己闖，美好的前途來自于自強自立，不屈服于任何權(quán)威，用自我的努力找到屬于你的自尊。男兒立世，自己拍板！1、自強自立，與成功有約2、獨品人生百態(tài)3、用自我來挑戰(zhàn)權(quán)威4、自信任你東南西北風（五）禮字訣生在禮儀之邦，做一個彬彬有禮之人。有禮之人會做人，有人緣，多朋友。有禮之人會做事，注重形象，有教養(yǎng)，不樹敵，成功路上事事順。1、以禮待人2、彬彬有禮，禮多人不怪3、注重禮儀著裝，給人良好印象（六）正字訣做一個正直的人，做一個人格健全完善的人，受人崇敬。做一個

20、自私的人，做欺心的事，疾賢防能，與成功無緣。1、己所不欲，勿施于人2、嫉妒乃方正之人之大忌3、不做欺心事，本身是一種愉悅二、形象塑造字訣教你品格高雅（七）志字訣給自己一根足夠長的杠桿，希望轉(zhuǎn)動地球。給自己的人生立個志愿，樹個目標，樹個偶像，腳踏實地，成功的意識需要培養(yǎng)，先立志，再與成功約會。1、度德量力，以志立身2、先立志，有志就有希望3、培養(yǎng)成功意識：立志為王4、樹立偶像，改變自己（八）時字訣做人要惜時，做事要守時。塑造自己的形象，現(xiàn)代人離不開時間觀念。合理安排自己的時間，有效利用自己的時間，守時、惜時、不拖延。切記：時間就是金錢。1、一秒值萬金2、別漠視業(yè)余時間3、盜竊他人時間，等于謀財害

21、命4、按重要性辦事，更能有效利用時間（九）勤字訣多一些努力，便多一些成功的機會。無數(shù)事實證明：成功的最短途徑是勤奮。不要光耍嘴皮子，不要好逸惡勞，勤字當頭，蒼天不負有心人，天道酬勤！1、成功的最短途徑：勤奮2、多一些努力，多一些機會3、勤于行動，勝于勤說（十）實字訣踏踏實實做人，實實在在辦事。任何一個雙手插在口袋里的人，都爬不上成功的梯子。給人留下一個實在的形象，給自己的成功增添一份夯實的基礎(chǔ)，從實際出發(fā)，對自己負責。1、敬業(yè)，實干家的成功保障2、把每一份工作都做好3、雙手插在口袋里的人，爬不上成功的梯子（十一）專字訣有專才有恒，有恒才有我。你生活在一個知識大爆炸的時代，如果你是一個天才，不專

22、心就成了你的不幸；如果你資質(zhì)平凡，請不要悲觀，只要你下定決心一輩子做好一件事，你就能成功。年輕人，千萬別給人留下一個朝三暮四的形象。1、把所有的雞蛋放入一個籃子2、多才多藝，莫如練就獨門暗器3、專一，讓劣勢變成優(yōu)勢（十二）慎字訣人生漫長，又短暫，關(guān)鍵的就幾步。人性叢林，職場事業(yè)，利益多多、誘惑多多。老成不怕多，凡事應(yīng)多三思，不怕一萬，就怕萬一。一旦伸錯手，入錯行，做錯事，于名譽，于事業(yè)，于形象皆有不救之危。慎之！1、千萬別入錯行2、想好了你再跳3、不要草率行事三、自我提升字訣教你拯救命運（十三）硬字訣做人難，做事難，面對千難萬阻，要提升自我，不來點硬的怎么行？如果事有勉強，應(yīng)該敢于說不；如果是正當利益，則應(yīng)當仁不讓；甚至，有時還得來點霸王硬上弓，要有臉皮厚的時候，也要有頭皮硬的時候。1、拒絕是一門藝術(shù)2、該我的，就不要客氣3、怒發(fā)沖冠之功4、厚臉皮做人，硬頭皮做事（十四）小字訣一家海鮮連鎖餐廳的老板很可