基于PLC的步进电机的控制
摘要：小型PLC在编程，I/O扩展，通讯接口，开关量和模拟量的调节以及一些特殊功能模块如高速计数输入和脉冲输出的应用上已经基本满足用户的需求了。但随着应用需求及关联产品技术性能的提升，PLC将继续得已完善和发展。本文主要论述了步进电机的原理及驱动方法，并在S7-200 PLC的基础上，对步进电机进行控制。本设计选用PLC控制两相混合式步进电机，在PLC编程的基础上用按钮开关控制步进电机的启动、正转、反转等基本功能。关键词：S7-200 PLC 两相混合式步进电机PLC编程
Control of stepping motor based on PLC
Abstract: In the field of programming, I/O expansion, Communication interface, adjustments of switches and simulation and some special function modules such as the application of high speed pulse input and output, the PLC has already met demands of users. But the PLC will continue to improve and develop, as the development of application requirements and related technical performance.
This article chiefly discusses the principle and driven approach of the stepping motor, and how to control it based on the S7-200 PLC. The article is about how the PLC controlling the two-phase hybrid stepping motor. With the switch button, it can function as: start,positive rotation，inversion.
Key words: S7-200 PLC two-phase hybrid stepping motor PLC programming
目录
第一章绪论 (1)
1.1 概述 (1)
1.2 S7-200PLC国内外现状和发展趋势 (2)
1.3 论文的主要研究工作 (3)
第二章西门子 S7-200 PLC (4)
2.1 PLC的产生 (4)
2.2 PLC的特点 (4)
2.2.1 编程方法简单易学 (4)
2.2.2 硬件配套齐全，用户使用方便 (5)
2.2.3 通用性强，适应性强 (5)
2.2.4 可靠性高，抗干扰能力强 (5)
2.2.5 系统的设计、安装、调试工作量少 (5)
2.2.6 维修工作量小，维修方便 (5)
2.2.7 体积小，能耗低 (5)
2.3 PLC的系统构成 (6)
2.3.1 主机 (6)
2.3.2 I/O扩展机 (6)
2.3.3 外部设备 (7)
2.4高速脉冲输出功能 (7)
2.4.1用于脉冲输出（Q0.0或Q0.1）的特殊存储器 (7)
2.4.2 PTO的使用 (9)
2.5 PLC的选择 (10)
2.5.1 CPU224 (10)
2.5.2 工作方式 (10)
2.5.3 扫描周期 (11)
2.5.4 性能简介及特点 (11)
2.6 PLC技术在步进电机控制中的应用 (12)
第三章步进电机 (14)
3.1 步进电机的特点 (14)
3.2 步进电机的基本参数 (15)
3.3 步进电机的工作原理及分类 (15)
3.3.1 步进电机的工作原理 (16)
3.3.2 步进电机的分类 (16)
3.3.3 步进电机在工业中的应用 (17)
第四章S7-200 PLC控制步进电机设计 (18)
4.1 步进电机的选择 (18)
4.2 步进电机驱动电路设计 (19)
4.2.1 驱动器的选择 (19)
4.2.2 步进电机驱动技术 (19)
4.2.3 驱动器参数设置 (22)
4.3 PLC控制步进电机 (22)
4.3.1接线实物图 (23)
4.3.2 控制电机方向转动 (24)
4.4 程序调试 (25)
第五章论文总结 (28)
参考文献 (29)
致谢 (30)
附录 (31)
第一章绪论
1.1 概述
可编程控制器(简称PLC) 是一种数字运算操作的电子系统，是在20 世纪60 年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。它采用可编程序的存储器，其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。PLC 自产生至今只有30多年的历史，却得到了迅速发展和广泛应用，成为当代工业自动化的主要支柱之一。产生和发展过程现代社会要求生产厂家对市场的需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。老式的继电器控制系统已无法满足这一要求，迫使人们去寻找一种新的控制装置取而代之。
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同:
1）中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
2）存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器[1]。
步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机
的输出位移量与输人脉冲个数成正比，其速度与单位时间内输人的脉冲数(即脉冲频率)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的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。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的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而广泛应用在数控机床、钟表、数字系统、程序控制系统及航天工业装置中。
PLC 对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实现对步进电机的控制。因此如何实现PLC控制步进电机的通用控制电路设计方法有着实际生产意义。
1.2 S7-200PLC国内外现状和发展趋势
限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40％。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了
1、主程序先正转，等到正转完了就中断，中断中接通个辅助触点（），当闭合，住程序中的反转开始运做。这样子就OK了。 2、用PTO指令让OR 高速脉冲，另一个点如做方向信号，就可以控制正反转了，速度快慢就要控制输出脉冲周期了，周期越短速度越快，如果你速度很快的话请考虑缓慢加速，不然它是启动不了的，如果方向也变的快的话就要还做一个缓慢减速，不然它振动会蛮厉害，而且也会失步。 3、程NETWORK 1 // 用于单段脉冲串操作的主程序（PTO） // 首次扫描时，将映像寄存器位设为低 // 并调用子程序0 LD R 1 CALL SBR_0 NETWORK 1 // 子程序0开始 LD MOVB 16#8D SMB67 // 设置控制字节： // - 选择PTO操作 // - 选择单段操作 // - 选择毫秒增加 // - 设置脉冲计数和周期数值 // - 启用PTO功能 MOVW +500 SMW68 // 将周期设为500毫秒。 MOVD +4 SMD72 // 将脉冲计数设为4次脉冲。 ATCH INT_0 19 // 将中断例行程序0定义为 // 处理PTO完成中断的中断。 ENI // 全局中断启用
PLS 0 // 激活PTO操作，PLS0 =》 MOVB 16#89 SMB67 // 预载控制字节，用于随后的 // 周期改动。 NETWORK 1 // 中断0开始 // 如果当前周期为500毫秒： // 将周期设为1000毫秒，并生成4次脉冲 LDW= SMW68 +500 MOVW +1000 SMW68 PLS 0 CRETI NETWORK 2 // 如果当前周期为1000毫秒： // 将周期设为500毫秒，并生成4次脉冲 LDW= SMW68 +1000 MOVW +500 SMW68 PLS 0序注释 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关PLC产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城。
P L C控制步进电机的应用案例1（利用P L S Y指令） 任务： 利用PLC作为上位机，控制步进电动机按一定的角度旋转。控制要求：利用PLC 控制步进电机顺时针2周，停5秒，逆时针转1周，停2秒，如此循环进行，按下停止按钮，电机马上停止（电机的轴锁住）。 1、系统接线 PLC控制旋转步进驱动器，系统选择 /转，设置成N细分后，则 1000脉冲/转。 Y1输出，Y3 [S1.]用来指定脉冲频率 （2~20000Hz），[S2.]指定脉冲的个数（16位指令的范围为1~32767，32位指令则为1~2147483647）。如果指定脉冲数为0，则产生无穷多个脉冲。指定脉冲输出完成后，完成标志M8029置1。如上图所示，当X10由ON变为OFF时，M8029复位，停止输出脉冲。若X10再次变为ON则脉冲从头开始输出。 注意：PLSY指令在程序中只能使用一次，适用于晶体管输出类型的PLC。
6、控制流程图 7、梯形图程序（参考） 8、制作触摸屏画面 PLC控制步进电机的应用案例2（利用定时器T246产生脉冲） 任务： 利用步进电机驱动器可以通过PLC 端的On和Off就能决定电机的正传或者反转； 步进驱动器的其中一个。 Y2；PLC的COM1——GND； B绕组X0X4—频率增加，X5—频率 4、制作触摸屏画面 PLC控制步进电机的应用案例3（利用FX2N-1PG产生脉冲） 任务： 应用定位脉冲输出模块FX2N-1PG，通过步进驱动系统对机器人左右、旋转、上下运动进行定位控制。控制要求：正向运行速度为1000Hz，连续输出正向脉冲，加
减速时间为100ms， 1、系统接线 系统选择外部连接方式。PLC通过FX2N-1PG控制左右、旋转、上下步进驱动器 的其中一个。 VIN端、CP+端、U/D+端——+24VDC； CP-——FP；U/D-——Y4；PLC的COM1端、 FX2N-1PG的COM0端——GND A、A-——电机A绕组； B、B- 2、I/O分配
PLC控制步进电机的实例(图与程序) ·采用绝对位置控制指令(DRVA)，大致阐述FX1S控制步进电机的方法。由于水平有限，本实例采用非专业述语论述，请勿引用。 ·FX系列PLC单元能同时输出两组100KHZ脉冲，是低成本控制伺服与步进电机的较好选择！ ·PLS+，PLS-为步进驱动器的脉冲信号端子，DIR+，DIR-为步进驱动器的方向信号端子。 ·所谓绝对位置控制(DRVA),就是指定要走到距离原点的位置，原点位置数据存放于32位寄存器D8140里。当机械位于我们设定的原点位置时用程序把D8140的值清零，也就确定了原点的位置。 ·实例动作方式：X0闭合动作到A点停止，X1闭合动作到B点停止，接线图与动作位置示例如左图(距离用脉冲数表示)。 ·程序如下图：(此程序只为说明用，实用需改善。) ·说明： ·在原点时将D8140的值清零(本程序中没有做此功能) ·32位寄存器D8140是存放Y0的输出脉冲数，正转时增加，反转时减少。当正转动作到A点时，D8140的值是3000。此时闭合X1，机械反转动作到B点，也就是-3000的位置。D8140的值就是-3000。 ·当机械从A点向B点动作过程中，X1断开(如在C点断开)则D8140的值就是200，此时再闭合X0，机械正转动作到A点停止。 ·当机械停在A点时，再闭合X0，因为机械已经在距离原点3000的位置上，故而机械没有动作！
·把程序中的绝对位置指令(DRVA)换成相对位置指令(DRVI)： ·当机械在B点时(假设此时D8140的值是-3000)闭合X0，则机械正转3000个脉冲停止，也就是停在了原点。D8140的值为0 ·当机械在B点时(假设此时D8140的值是-3000)闭合X1，则机械反转3000个脉冲停止，也就是停在了左边距离B点3000的位置(图中未画出)，D8140的值为-6000。 ·一般两相步进电机驱动器端子示意图： ·FREE+，FREE-：脱机信号，步进电机的没有脉冲信号输入时具有自锁功能，也就是锁住转子不动。而当有脱机信号时解除自锁功能，转子处于自由状态并且不响应步进脉冲。 ·V+，GND：为驱动器直流电源端子，也有交流供电类型。 ·A+，A-，B+，B-分别接步进电机的两相线圈。
步进电机的PLC控制调速方法之探索 步进电机又叫做脉冲电机，是控制系统中的一种执行元件。它的作用是将脉冲信号变换为相应的位移，即给一个脉冲电信号，步进电机就转动一个角度或前进一步。由于步进电机的位移与脉冲个数成正比，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的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停止、正反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，从而实现精确定位。同时可以通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。在负载能力范围内，这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化，因而可适用于开环系统中作执行元件，使控制系统大为简化。目前，我国已较多地将步进电机用于机械加工的数控机床中，在绘图机、轧钢机的自动控制、自动记录仪表和数模变换等方面也得到较多的应用。 可编程序控制器简称PLC，是一种数字运算操作的控制系统，专门用于工业环境设计。它的主要特点是可靠性高、使用方便、体积小、重量轻、编程简单易学，在工业控制领域得到广泛的应用。目前，利用PLC技术可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作。它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体化的实现。 本论文以项目教学法的方式探索步进电机的PLC控制转速方法。本设计控制要求如下：按下启动按钮，步进电机以100Hz的基准频率正转。按一次加速按钮，频率以50Hz递增，最多加速5次；按一次减速按钮，频率以25Hz递减，最多减速4次。加速时为正转，减速时为反转。按下停止按钮，步进电机立即停止运行。步进电机驱动器的细分设置为1，电流设置为1.5A。 1 控制系统的硬件设计 1.1 控制系统的结构。本设计中，系统硬件部分由上位机、PLC、步进电机驱动器、步进电机、负载等组成。上位机是计算机，作为控制面板、人机交互界面和控制软件编制环境，通过与PLC的通信，实现操作监控功能；PLC发出脉冲信号、方向信号，通过步进电机驱动器控制步进电机的运行状态。 1.2 控制系统的硬件。 1.2.1 PLC。使用PLC控制步进电机时，应该保证PLC具有高速脉冲输出功能。通过选择具有高速脉冲输出功能或专用运动控制功能的模块来实现。在本设计中，采用的是三菱系列FX2N-32MT型的晶体管输出型PLC。在PLC的选型上，必须采用晶体管输出型PLC，若使用继电器型的PLC，则高速脉冲的输出很难达到控制要求。 1.2.2 步进电机。步进电机有步距角（涉及到相数）、静力矩、电流三大要素
基于PLC的步进电机的控制 摘要：小型PLC在编程，I/O扩展，通讯接口，开关量和模拟量的调节以及一些特殊功能模块如高速计数输入和脉冲输出的应用上已经基本满足用户的需求了。但随着应用需求及关联产品技术性能的提升，PLC将继续得已完善和发展。本文主要论述了步进电机的原理及驱动方法，并在S7-200 PLC的基础上，对步进电机进行控制。本设计选用PLC控制两相混合式步进电机，在PLC编程的基础上用按钮开关控制步进电机的启动、正转、反转等基本功能。关键词：S7-200 PLC 两相混合式步进电机PLC编程
Control of stepping motor based on PLC Abstract: In the field of programming, I/O expansion, Communication interface, adjustments of switches and simulation and some special function modules such as the application of high speed pulse input and output, the PLC has already met demands of users. But the PLC will continue to improve and develop, as the development of application requirements and related technical performance. This article chiefly discusses the principle and driven approach of the stepping motor, and how to control it based on the S7-200 PLC. The article is about how the PLC controlling the two-phase hybrid stepping motor. With the switch button, it can function as: start,positive rotation，inversion. Key words: S7-200 PLC two-phase hybrid stepping motor PLC programming
基于PLC的步进电机控制系统设计 机械电子专业 XXX 指导教师 XXX 摘要：以德国西门子公司小型可编程逻辑控制器S7—200为中央处理单元，以步进电机作为控制对象。介绍了PLC的概念原理以及控制的优点，步进电机的概念及工作原理，现状以及发展方向。PLC 与步进电动机一起结合起来有很高的研究价值与意义。本文在介绍步进电机控制特点的基础上,重点研究了步进电机的控制策略。设计了控制系统的硬件方案，并编写了相应的控制流程，测试了实际控制效果，并提出相应的整改措施，达到更加合理高效的目标。对于使用步进驱动器的步进控制系统，控制器对步进电机的控制关键在于控制脉冲信号的产生。介绍了使用该控制器产生控制脉冲信号的多种不同实现方法，进而实现对步进电机不同控制方法。 关键词：可编程逻辑控制器；步进电机；控制策略；控制流程 The Research Of Stepper Control Method Motor Based On PLC Student majoring in Machinery and electronics specialty XXX Tutor XXX Abstract：With small Germany Siemens S7-200 programmable logic controller of the central processing unit, with stepping motor as control object. This paper introduces the concept of PLC principle and advantage of the control, the concept and working principle of stepper motor, the current situation and development direction. PLC combined with stepper motor has a high research value and significance. In this paper, based on the introduction to the characteristics of the stepper motor control, step motor control strategies are researched. Design the hardware of the control system scheme, and write the corresponding control process, test the actual control effect, and puts forward the corresponding rectification measures, achieve more reasonable and efficient. For using stepper drive stepper control system, the controller of stepper motor control is the key to control the generation of pulse signal. This paper introduces the control using the controller a variety of different implementation methods of the pulse signal, then the method to realize different control the stepper motor. Key words:Programmable logic controller; Stepping motor; The control strategy; Control the process
P L C控制步进电机的应 用案例 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
PLC控制步进电机的应用案例1（利用PLSY指令） 任务： 利用PLC作为上位机，控制步进电动机按一定的角度旋转。控制要求：利用PLC控制步进电机顺时针2周，停5秒，逆时针转1周，停2秒，如此循环进行，按下停止按钮，电机马上停止（电机的轴锁住）。 1、系统接线 PLC控制旋转步进驱动器，系统选择内部连接方式。 2、I/O分配 X26——启动按钮，X27——停止按钮；Y1——脉冲输出，Y3——控制方向。 3、细分设置 在没有设置细分时，歩距角是 0，也即是200脉冲/转，设置成N细分后，则是 200*N脉冲/转。假设要求设置5细分，则是1000脉冲/转。 4、编写控制程序 控制程序可以用步进指令STL编写，用PLSY指令产生脉冲，脉冲由Y1输出，Y3控制方向。 5、脉冲输出指令（PLSY）的使用 脉冲输出指令PLSYM8029置1。如上图所示，当X10由ON变为OFF时， M8029复位，停止输出脉冲。若X10再次变为ON则脉冲从头开始输出。 注意：PLSY指令在程序中只能使用一次，适用于晶体管输出类型的PLC。 6、控制流程图 7、梯形图程序（参考） 8、制作触摸屏画面
PLC控制步进电机的应用案例2（利用定时器T246产生脉冲） 任务： 利用步进电机驱动器可以通过PLC的高速输出信号控制步进电机的运动方向、运行速度、运行步数等状态。其中：步进电机的方向控制，只需通过控制U/D-端的On和Off就能决定电机的正传或者反转；将光耦隔离的脉冲信号输入到CP端就能决定步进电机的速度和步数；控制FREE信号就能使电机处于自由转动状态。 1、系统接线 系统选择外部连接方式。PLC控制左右、旋转、上下步进驱动器的其中一个。 CP+端、U/D+端——+24VDC； CP-——Y0；U/D-——Y2；PLC的COM1——GND； A、A-——电机A绕组； B、B-——电机B绕组 2、I/O分配 X0—正转/反转方向，X1—电机转动，X2—电机停止，X4—频率增加，X5—频率减少； Y0—脉冲输出，Y2—方向。 3、编写控制程序 4、制作触摸屏画面 PLC控制步进电机的应用案例3（利用FX2N-1PG产生脉冲） 任务： 应用定位脉冲输出模块FX2N-1PG，通过步进驱动系统对机器人左右、旋转、上下运动进行定位控制。控制要求：正向运行速度为1000Hz，连续输出正向脉冲，加减速时间为100ms，
摘要 本文介绍了本实验旨在完成使用PLC（Programmable Logic Controller）控制步进电机的整步运行、正反转运行、快慢速运行以及定位运行。文中指出本次使用的编程思想主要为模块化设计即为完成任务可对程序划分为主程序及子程序。由于步进电机需要脉冲来运行，所以本程序使用PTO高速脉冲输出脉冲。在定位程序中则应用到中断子程序命令。另外，本文为更好的阐述实验内容，加入了与之前完全不同的方式的对比实验。在对比试验中则应用计时器来完成步进电机的脉冲产生，另步进电机的各种功能则使用了一般的设计方式来实现。二者完成完全相同的功能。 关键词：PLC 步进电机 PTO高速脉冲 目录 1 实验内容 (1) 1.1实验任务 (1) 1.2实验要求 (1) 2 实验设备 (2) 2.1步进电机简介 (2) 2.2 PLC简介 (2) 3 设计过程 (3) 3.1设计思想 (3) 3.2程序设计 (4) 4 对比实验 (12) 4.1对比程序思想 (12) 4.2对比程序 (14) 谢辞 (15) 参考文献 (16)
1实验内容 1.1实验任务 本次实验要求改变PLC脉冲输出信号的频率，实现步进电机的速度控制。同时按下K1、K2、K3按钮，步进电机进行整步运行。按下慢/快按钮，电机慢/快速运行。用PLC 输出脉冲的个数，实现步进电机的精确定位。在整步运行状态下，设脉冲数为一固定值，并用计数器进行计数，实现电机的精确定位控制。按下停止按钮，系统停止工作。 1.2实验要求 本设计要求使用步进电机。选用的步进电机为二项混合式，供电电压24VDC，功率30W，电流1.7A，转矩0.35NM，步矩角1.8o/0.9o,并配有细分驱动器，实现细分运行，减少震荡。 本设计要求选用PLC设计出输出频率可变的控制程序，实现对步进电机的速度、方向、定位、细分等控制功能。 本设计旨在培养综合设计能力、创新能力、分析问题与解决问题的能力。掌握PLC 控制的步进电机控制系统的构成及设计方法；掌握PLC控制程序设计、调试的方法。
中文资料 浅析步进电机的PLC控制技术与发展趋势 1、概述： 随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有一了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有一效结合，可进行模拟最控制，具有一远程通信功能等。有-人将其称为现代丁业控制的三大支柱(即PLC，机器人，CAD/CAM)之一,目前可编程控制器广泛应用于冶金、矿业、机械、轻丁等领域，为工业自动化提供了有一力的工具。PLC控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统,使该单元的控制系统成本降低。 2、步进电机的基本特点: （1）、一般步进电机的精度为步进角的3-5%且不累积。 （2）、步进电机外表允许的最高温度步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于小同电机磁性材料的退磁点;一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有一的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常 （3）、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高，反向电动势越大在它的作用大，电机随频率(或速度)的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 （4）、步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有一啸叫声步进电机有一个技术参数:空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值.，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有一负载的情况下，启动频率应更低如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有一加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频.步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途伴随着小同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。 3、步进电机控制系统的组成： 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移最，从而达到确定位的目的;同时,可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的步进电机.可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有累积误差精度为百分百的特点，泛应用于各种开环控制。 4、步进电机的PLC制技术:
毕业设计（论文）报告 题目:PLC控制步进电机 系别. 专业. 班级. 姓名 . 学号 . 指导教师 . 201X年 X 月
目录 摘要....................................................... 错误!未定义书签。第一章绪论................................................. 错误!未定义书签。 引言.................................................... 错误!未定义书签。第二章方案论证比较设计..................................... 错误!未定义书签。 PLC技术发发展的概述.................................... 错误!未定义书签。 PLC技术发发展在步进电机控制中的发展状况................ 错误!未定义书签。 步进电机的发展状况..................................... 错误!未定义书签。 步进电机的工作原理...................................... 错误!未定义书签。 步进电机的控制和驱动方法简介............................ 错误!未定义书签。第三章步进电机工作方式的选择............................... 错误!未定义书签。 常见步进电机的工作方式.................................. 错误!未定义书签。 控制步进电机的换向顺序.............................. 错误!未定义书签。 控制步进电机的转向................................... 错误!未定义书签。 控制步进电机的速度.................................. 错误!未定义书签。 控制步进电机的设计思路.............................. 错误!未定义书签。 步进电机的控制方式.................................. 错误!未定义书签。 西门子PLC控制步进电机............................... 错误!未定义书签。 毕业设计任务......................................... 错误!未定义书签。第四章S7-300直接控制步进电机硬件设计....................... 错误!未定义书签。 的介绍.............................................. 错误!未定义书签。 性能................................................. 错误!未定义书签。 西门子PLC应用中要注意的问题......................... 错误!未定义书签。 主要抗干扰措施...................................... 错误!未定义书签。 I/O端的接线........................................ 错误!未定义书签。 正确选择地点以完善接地措施........................... 错误!未定义书签。
步进电机控制论文步进电机控制论文 基于PLC驱动控制步进电机的设计与实现 摘要:在PLC步进电机控制中,输入到其线圈组中的脉冲数或脉冲艫德士煽刂撇浇缁慕俏灰坪退俣取R匀獾腇X2系列为例,讨论了步进电机的PLC控制系统设计与实现。 关键词:PLC驱动控制步进电机 步进电机是将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,其速度与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)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的相序,便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。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的改变都可在少数脉冲内完成,且可获得较高的控制精度,因而得到了广泛的应用。 可编程序控制器(Programmable Logic Controller,通常简称作PC或PLC,以下简称为PLC)是适应工业环境、简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。它以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术,使用面向过程、面向用户的简单编程语言。
1 步进电机的工作原理 步进电机位移控制系统以三菱FX2n为主控单元,以步进电机驱 动器为驱动单元,以三相步进电机为执行单元。通过PLC控制脉冲的发生个数,从而控制步进电机的运转角度,实现对位移的精确控制,如图1所示。 图1是三相反应式步进电动机的结构简图,当定子上绕组通电时,可产生激励磁场,并与转子形成回路。如果转子和定子之间的齿没有对齐,则由于磁力线力图走磁阻最小的线路,从而带动转子旋转。 2 PLC控制步进电机系统设计 对于PLC的输入输出指令的控制由PLC的人机交互界面来实现,人机交互界面可以是常规按钮、监视用仪表或指示灯等,也可以应用触摸屏来实现人机交互。 2.1 硬件选型原则 步进电机:步进电机有步距角、静力矩、电流三大要素组成。根据负载的控制精度要求选择步距角大小,根据负载的大小确定静力矩,静力矩一经确定,根据电机矩频特性曲线来判断电机的电流。一旦三大要素确定,步进电机的型号便确定下来了。
基于PLC的机械手控制设计随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。一四轴联动简易机械手的结构及动作过程机械手结构如下图1所示，有气控机械手（1）、XY轴丝杠组（2）、转盘机构（3）、旋转基座（4）等组成。图1 机械手结构图其运动控制方式为：（1）由伺服电机驱动可旋转角度为360的气控机械手（有光电传感器确定起始0点）；（2）由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、 Y轴移动（有x、y轴限位开关）；（3）可回旋360的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转（其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成）；（4）旋转基座主要支撑以上3部分；（5）气控机械手的张合由气压控制（充气时机械手抓紧，放气时机械手松开）。其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。二控制器件选型为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下： 1. 步进电机及其驱动器机械手纵轴（Y 轴）和横轴（X轴）选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9/1.8，电流 1.5A。M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，最大3A的8种输出电流可选，最大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC之间选择。一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器最大输出电流值为 3A/相（峰值），通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从 0.9A到3A以配合不同的电机使用。本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。 2. 伺服电机及其驱动器机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量MSMA5AZA1G，其额定输出50W、100/200V共用，旋转编码器规格为增量式（脉冲数 2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线）；有油封，无制动器，轴采用键槽连接。该电机采用松下公司独特算法，使速度频率响应提高2倍，达到500Hz ；定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可弥补机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接高精度的光栅尺，构成全闭环控制，进一步提高系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式，还配有RS-485、 RS-232C 通信口，使上位控制器可同时控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A，适用于小惯量电动机。 3. 直流电机可回旋360的转盘机构有直流无刷电机带动，系统选用的是北京和时利公司生产
摘要: 设计一种基于PLC的步进电机控制系统, 通过微型变速箱将步进电机角位移转化为直线位移, 进而带动直线 伸缩机构运行。该系统结构简单、性能稳定、经济价值和使用效果突出, 能够满足毫米级精确位移的使用需求。 关键词: PLC; 步进电机; 驱动器; 脉冲；方向。 目录 第1章绪论 (1) 1.1 设计背景 (1) 1.2 系统设计的任务 (3) 1.3 本章小结 (3) 第2章步进电机及PLC简介 (4) 2.1 步进电机简介 (4) 2.2 PLC的发展概述 (8) 2.3 PLC技术在步进电机控制中的应用 (8) 2.4 本章小结 (10) 第3章PLC控制步进电机工作方式的选择 (11) 3.1 常见的步进电机的工作方式 (11) 3.2 步进电机控制原理 (12) 3.3 PLC控制步进电机的方法 (12) 3.4 PLC控制步进电机的设计思路 (13)
3.5 本章小结 (15) 第4章FX2N控制步进电机硬件设计 (16) 4.1 三菱FX2nPLC的介绍 (16) 4.2 步进电机的选择 (18) 4.3 步进电机驱动电路设计 (20) 4.4 PLC驱动步进电机 (21) 4.5步进电机驱动器的使用说明 (22) 4.6 I/O接线图 (24) 4.7 本章小结 (25) 第5章控制系统的程序设计 (26) 5.0 本设计相关指令介绍 (26) 结论 (31) 参考文献 (32) 致谢 (33) 附录 (34)
第1章绪论 1.1 设计背景 步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机，传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入自动化时代的今天，传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。 步进电动机的发展与计算机工业密切相关。自从步进电动机在计算机外围设备中取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快地促进了步进电动机的发展。另一方面，微型计算机和数字控制技术的发展，又将作为数控系统执行部件的步进电动机推广应用到其他领域，如电加工机床、小功率机械加工机床、测量仪器、光学和医疗仪器以及包装机械等。任何一种产品成熟的过程，基本上都是规格品种逐步统一和简化的过程。现在，步进电动机的发展已归结为单段式结构的磁阻式、混合式和爪极结构的永磁式三类。爪极电机价格便宜，性能指标不高，混合式和磁阻式主要作为高分辨率电动机，由于混合式步进电动机具有控制功率小，运行平稳性较好而逐步处于主导地位。最典型的产品是二相8极50齿的电动机，步距角1.8°／0.9°（全步／半步）；还有五相10极50齿和一些转子100齿的二相和五相步进电动机，五相电动机主要用于运行性能较高的场合。到目前，工业发达国家的磁阻式步进电动机已极少见[1]。 步进电动机最大的生产国是日本，如日本伺服公司、东方公司、SANYO DENKI 和MINEBEA及NPM公司等，特别是日本东方公司，无论是电动机性能和外观质量，还是生产手段，都堪称是世界上最好的。现在日本步进电动机年产量（含国外独资公司）近2亿台，德国也是世界上步进电动机生产大国。德国B.L.公司1994年五相混合式步进电动机专利期满后，推出了新的三相混合式步进电动机系列，为定子6极转子50齿结构，配套电流型驱动器，每转步数为200、400、1000、2000、4000、10000和20000，它具有通常的二相和五相步进电动机的分辨率，还可以在此基础上再10细分，分辨率提高10倍，这是一种很好的方案，充分运用了电流型驱动技术的功能，让三相电动机同时具有二相和五相电动机的性能。与此同时，日本伺服公司也推出了他们的三相混合式步进电动机。该公司阪正文博士研制了三种不同的永磁式三相步进电动机，即HB型（混合式）、RM性（定子和混合式
论文 PLC在步进电机控制中的应用 作者任志兵
摘要 在本篇论文中，主要讲述工厂中常用的步进电机用PLC进行控制的方法和应用。 传统的步进电机控制部分一般采用数字集成电路系列中的基本门电路和触发电路组成，随着大规模集成电路的发展，一些厂家开发出专用的集成化电路芯片，由于程序编写的多样性，和软件为厂家加密，不易拷贝和更改，硬件对于环境和温度的要求很高，不利于在条件恶劣的工作环境下运行。 随着PLC的发展，它是集微机技术、自动化技术、通讯技术于一体的通用工业控制装置，它可靠性强、性能价格比高、使用方便，已在工业控制的各个领域里得到了极为广泛的应用，成为工业自动化的一种强有力的工具。 采用PLC通过驱动器来控制步进电机运转是一种理想的技术方案，控制面板采用工业通用的触摸屏，在触摸屏上设定移动的速度、距离、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。 关键词：
Abstract In the tractate , It tell of the PLC control step electric motor ways and application, Traditionally step electric motor to adopt a basic door within numerical integrated circuit series electric circuit generally into the electrical engineering control part with trigger electric circuit to constitute, along with the development of the large scale integration, some factories develop an appropriative integration to turn the electric circuit chip, because the procedure write of diverse sex, encrypt for the factory house and software, copy and change not easily, the hardware's request toward the environment and the temperature is very high, disadvantage in in the condition the bad work environment descend movement. Along with the PLC development, it is the in general use industrial control that gathers a tiny machine technique,the automation technique,the communication technique in the integral whole to equip, its credibility is strong,the function price ratio is high,the usage convenience, have already got an extremely extensive application in each realm of the industrial control, become a kind of powerful tool of the industrial automation. Adopt the PLC passes an actuator to control to tread is a kind of ideal technique project into the electrical engineering operation, the control panel adoption the industrial in general use touch hold, in touching to hold the enactment move of speed,distance,with direction etc. parameter.The PLC passes the operation creation pulse,the direction signal after read into these initial values, controling to tread into the actuator of the electrical engineering, attain to be apart from,speed,direction control of purpose. Keywords：
PLC对步进电机的直接控制 摘要 在现实生活中步进电机已被广泛地应用于生产，生活中。 本课题的核心处理器是三菱FX2N系列的PLC。其中的PLC的程序主要包括：主程序，手动调速，自动和手动四大块。手动调速部分，自动部分和手动部分都可以通过主程序相互连接在一起。手动调速部分中可实现加减速，正反转功能。手动部分中分成三个小状态：快进、工进和快退，通过按钮进入这些状态。自动部分则是通过一个按钮把手动部分的三个状态实现。 关键词：三菱PLC；步进电机控制；步进电机的驱动电路 1引言 步进电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。 可编程序控制器是适应工业环境、简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。它以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术，使用面向过程、面向用户的简单编程语言。 1.2步进电机控制的基本控制 从结构上看，步进电机分为三相、四相、五相等类型，本论文则以五相为主。五相步进电机的工作方式有五相五拍和五相十拍2种，下面具体加以阐述： 1.2.1换相顺序控制 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如，五相步进电机在五拍的工作方式下，其各相通电顺序为A→B→C→D→E→A，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、C、D、E相的通断，五相十拍的通电顺序为A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA。 1.2.2步进电机转向控制 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转。若步进电机的励磁方式为五相十拍，即A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA。如果按反序通电换相，即A →AE→E→ED→D→DC→C→CB→B→BA→A，则电机就反转。其他方式情况类似。 1.2.3步进电机的速度控制 如果给步进电机发一个脉冲，步进电机就转一步，再发一个脉冲，再转一步。2个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。 1.2.4步进电机启停控制