2014 ~ 2015 学年第 1 学期
《电气控制及PLC 》课程设计报告
题目：步进电机的PLC控制设计
专业：自动化
班级： 11自动化(1)班
姓名：李勇李亚李新明荆欢
贾伟黄龙飞皇甫趁心
指导教师：江春红
电气工程学院
2014年10月31日
1、任务书
课题名称步进电机的PLC控制设计
指导教师（职称）江春红
执行时间2014~ 2015 学年第1 学期第9 周学生姓名学号承担任务
李勇1109111021 负责软件系统的设计
李亚1109111020 负责步进电机运行的控制原理设计
李新明1109111019 负责硬件系统的设计
荆欢1109111018 负责系统调试
贾伟1109111017 文档的排版和整理
黄龙飞1109111016 搜集整理资料
黄甫趁心1109111015 负责各成员之间交流沟通
设计目的
学会运用所学的理论知识，进行步进电机运行的控制原
理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理
论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题
的能力。
设计要求
步进电机为二相混合式，供电电压24VDC，功率30 W，电流1.7A（或1.2A），转矩0.35NM,步矩角1.8°/0.9°，并配有细分驱动器，实现细分运行，减少振荡。
摘要
步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为制执行元件，是电气自动化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。例如，在仪器仪表，机床设备以及计算机的外围设备中（如打印机和绘图仪等），凡需要对转角进行精确控制的情况下，使用步进电机最为理想。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。软件PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信、PID调节等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/O系统的及网络的开放式结构。用PLC控制步进电机的定位、转向、调速、细分有很大的优势与前景。此次设计是利用PLC 的控制方法，上位机的监控功能，在试验室进行模拟实现的。试验结果达到了预期的功能。
关键词：软PLC；步进电机；上位机；定位；转向；调速；细分
目录
1引言 (1)
2.方案论证与对比 (1)
2.1 方案一 (1)
2.2 方案二 (1)
2.3 方案对比与选择 (2)
3、系统设计 (2)
3.1 PLC内部原理 (2)
3.2 二相混合式步进电机工作原理 (4)
3.3 驱动器原理 (5)
3.4硬件与软件设计 (5)
4、组态的设计 (7)
4.1 I/O 口的定义 (7)
4.2 构造数据库 (7)
4.3 建立动画连接 (8)
5、系统功能调试与性能分析 (8)
5.1系统调试中的问题及解决方案 (8)
5.1.1软件调试 (8)
5.1.2、正反转未响应 (9)
5.1.3、定位的误差 (9)
5.1.4、组态设计中的问题 (9)
5.1.5、其它 (9)
6、详细仪器清单 (9)
7、总结与致谢 (9)
参考文献 (11)
附录一梯形图 (12)
附录二源程序 (14)
1引言
步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制,并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的执行机构。由于受脉冲的控制,其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比,通过控制脉冲数量来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;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;通过改变通电顺序,从而达到改变电机旋转方向的目的。步进电机是机电一体化的关键产品，广泛应用于各种自动化控制系统和机电一体化设备中。随着微电子技术和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各行各业都得到了广泛的应用。
可编程逻辑控制器Programmable logic Controller（通常称为PLC）是一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能，能充分适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高，是目前广泛应用的控制装置之一，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。利用PLC控制步进电机，其脉冲分配可以有软件实现，也可由硬件组成。
软件PLC（SoftPLC，也称为软逻辑SoftLogic）是一种基于基于PC机开发结构的控制系统，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。软件PLC提供了与硬PLC同样的功能，同时又提供了PC环境的各种优点。
本文中，我们将对软PLC 进行综述，对采用PLC来进行步进电机的设计研究进行介绍。并以三菱的FN2系列的PLC为例，讨论步进电机的PLC控制系统的硬件和软件设计方法，以及利用组态设计，通过上位机进行监控与PLC进行通信，从而实现对系统的控制。
2.方案论证与对比
2.1 方案一
步进电机的控制方式采用开环控制方式，即步进电机驱动系统的输入脉冲不依赖与转子的位置,而是事先按一定规律给定的。负载位置对控制电路没有反馈,因此步进电机必须正确的响应每次励磁变化。
PLC步进电机驱动器步进电机
图2.1 步进电机开环控制框图
2.2 方案二
闭环控制是不断直接或间接地检测转子的位置和速度,然后通过反馈和适当的处理,自动给出脉冲链,使步进电机每一步都响应控制信号的命令,从而只要控制策略正确电机
不可能轻易失步。
步进电机驱动器步进电机PLC
转换器
自整角机
图2.2 步进电机闭环控制框图
2.3 方案对比与选择
通过对比，步进电机的最显著的优势是不需要位置反馈信号就能够进行精确的位置控制。这种开环控制形式省去了昂贵的位置传感器件，只需对输入指令脉冲信号计数，就能知道电机的位置。在开环控制系统中，电机响应走步指令后的实际运行情况，控制系统是无法预测和监视的。在一些运行速度范围宽、负载大小变化频繁的场合，步进电机容易失步，而使整个系统趋于失控。这时候，可以对步进电机进行位置闭环控制。控制系统对电动机转子位置进行检测，并将信号反馈至控制单元，使得系统对步进电机发出的走步命令，只有得到相应实际位置响应后，方告完成。因此，闭环控制的最基本任务是防止步进电机失步。
闭环控制的励磁延时设置随负载而变化，它能产生接近最佳的速度曲线和快速的负载定位。并且一般采用直接监视负载位置的方法，因此发生失步的可能性大大减小。但在本实验中因为要求不是很高，所以只要采取最简单的开环控制系统，用来实现步进电动机的正转、反转、加速、减速、定位。
3、系统设计
3.1 PLC内部原理
可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。
可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。
PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一至。如图
3.1a PLC 硬件的基本结构图所示：
图3.1 PLC 硬件的基本结构图
根据设计要求系统的I/O 分配表如下：
表 1 I/O 分配表
输入端
输出端
输入设备 输入端子 输出设备 输出端子
启动停止按钮SB1 X000 电机A 相线圈 Y0 正反选择按钮SB2 X001 电机B 相线圈 Y1 慢速选择开关SA1 X002 方向选择 Y2 慢速选择开关SA2 X003 按钮K1驱动线圈 Y3 定位按钮SB3 X004 按钮K2驱动线圈 Y4 运行按钮SB4 X005 按钮K3驱动线圈
Y5 细分按钮K1 X006 细分按钮K2 X007 细分按钮K2
X010
编程器
中
央
处
理
单
元
（CPU ）
输入电路
输出电路
系统程序存储区
用户程序存储区
电源
3.2 二相混合式步进电机工作原理
二相步进电机有2个绕组，当一个绕组通电后，其定子磁极产生磁场，将转子吸合到
→B→A A→B B四个状态此磁极处。若绕组在控制脉冲的作用下，通电方向按照A A B
→B时，电机就周而复始进行变化，电机科顺时针转动；通电顺序为A A→B B→A A B
逆时针转动。步进电机是一种将电子数字脉冲信号转变为机械运动的电磁增量运动器件。典型的电机绕组固定在定子上，而转子则由硬磁或软磁材料组成。当控制系统将一个电脉冲信号经功率装置加到定子绕组中，电机便会沿一定的方向旋转一步。脉冲的频率决定电机的转速。电机转动的角度与所输入的电脉冲个数成正比；因此，只要简单地改变输入脉冲的数目，就能控制步进电机的转子运行角度，从而达到位置控制的目的。
步进电机有以下特点：
（1）运行角度正比于输入脉冲，便于开环运行，花费少；
（2）具有锁定转矩；
（3）定位精度高，并且没有累积误差；
（4）具有优良的起动、停止、反转响应；
（5）无电刷和可靠性高；
（6）可低速运行，直接驱动负载；
（7）不适宜的控制会引起振动；
（8）不宜运行于高速状态。
图3.2二相图步进电机内部原理图
3.3 驱动器原理
步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电，控制电机转动。
PLC 控制电路脉冲
信号
分配
电路
功率
细分
驱动
电路
步进
电机
I1.0
I1.1 I1.5
Q0.0
Q0.1
图3.3a 开环步进电动机控制系统框图
驱动电路由脉冲信号分配和功率细分驱动电路组成。根据控制器输入的脉冲和方向信号，为步进电机各绕组提供正确的通电顺序，以及电机需要的高电压、大电流；同时提供各种保护措施，如过流、过热等保护。功率驱动器将控制脉冲按照设定的模式转换成步进电机线圈的电流，产生旋转磁场，使得转子只能按固定的步数来改变它的位置。连续的脉冲序列产生与其对应同频率的步序列。
控制信号三菱PLC
步进电机功率放
大
电流检测
比较器
比较器I1.1
I1.5
I1.0A/D转换
器
图3.3b步进电机驱动控制电路硬件连接框图
图中I1.0、I1.1和I1.5为输入控制信号端;Q0.0和Q0.1为两路高速脉冲，分别负责驱动电机开启定位和停止控制。
3.4硬件与软件设计
步进电机电机的PLC控制系统是要求用由PLC控制器、二相混合式步进电机、细分驱动器等器件组成，此外应设计要求要利用上位机进行监控，所以要用到上位机。根据设计要求该系统要实现对步进电机的速度、方向、定位、细分等控制功能，要设计相应的程序才能使之实现，而快速与慢速、以及定位功能的实现都是靠PLC发出的高速脉冲来控制的，改变脉冲的宽度即频率来实现快慢，产生脉冲个数的多少来实现准确的定位，所以控制的关键是控制产生的脉冲。
硬件连接与程序流程图分别如下图3.4a，图3.4b所示：
图3.4a PLC硬件连接图
图3.4b 系统流程图
4、组态的设计
在本系统设计中采用灯的点亮来模拟电机的运行状态，监控软件采用了北京亚控公司的Kingv iew6.5组态王软件。
4.1 I/O 口的定义
首先双击工程浏览器左侧大纲项“设备\COM1”，弹出串口设置对话框，如图6所示。
图 4.1a 串口设置对话框
要用组态软件进行实时监控首先要完成通讯连接，组态王通讯参数应与PLC 的通讯参数设置保持一致。由于本系统是PLC 与组态王间进行通讯，因此将PLC的生产厂家、设备名称、通讯方式等填入相应的对话框即可。然后选择工程浏览器左侧大纲项“设备\COM1”在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”，选择PLC三菱FX2系列产品中“编程口”
4.2 构造数据库
数据库是“组态王”软件的核心部分，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。根据梯行图程序中的I/O 配置列表，定义各变量如下表2所示。
表2 I/O 配置列表
变量名描述变量
类型连接
设备
寄存器数据
类型
读写
属性
初始值
X0 控制起/停I/O离散FX 1N X0 bit 读写关
X1 正反转I/O离散FX 1N X1 bit 读写关
X2 慢速按钮I/O离散FX 1N X2 bit 读写关
X3 快速按钮I/O离散FX 1N X3 bit 读写关
X4 定位I/O离散FX 1N X4 bit 读写关
X5 运行I/O离散FX 1N X5 bit 读写关
Y0 A相I/O离散FX 1N Y0 bit 只读关
Y1 B相I/O离散FX 1N Y1 bit 只读关
4.3 建立动画连接
图4.3动画连接图
根据以上画面中的开关可以来控制PLC设备上的开关按钮，可以监视控制PLC上设备的运行，根据不同情况来调节系统的启停，快速慢速等功能。
5、系统功能调试与性能分析
5.1系统调试中的问题及解决方案
5.1.1软件调试
系统开始运行但没有响应，经试验分析是输入频率过高，所以应输入适当的脉冲频率，
脉冲低电平的持续时间不应少于300ns。过高的输入频率将可能得不到正确响应。
5.1.2、正反转未响应
有时在电机运行时按正反转方向键不能正确的响应，理论上信号的改变将使电机运行的方向发生变化，这可能是方向信号未领先脉冲信号输入至少10μs，造成驱动器对脉冲的错误响应，从而不能改变方向。
5.1.3、定位的误差
本系统的定位功能只能在一定范围内实现，不能实现精确的定位，在定位的过程中可以停止但不能回到初始位置，功能有待完善。
5.1.4、组态设计中的问题
在设计实现上位机控制设计组态时注意I/O 配置必需设置好，要与PLC上的设备配套起来，另外就是设置串口实现上位机与PLC的通信，只有设置好了才能进行正常的通信，实现监控。
5.1.5、其它
系统启动时初始设定是正转，必需选择一个慢速或高速才能运行，由于试验器材不够，没有细分驱动器，不能实现细分功能。
6、详细仪器清单
表 3 仪器清单
仪器名称数量
三菱FX-2N PLC 1台
PLC模拟测试台1台
模拟面板1块
各类导线若干
上位机1台
7、总结与致谢
这次课程设计我们做的是软PLC控制步进电机控制系统的设计，要做好该设计，必须
对整个系统有一个全面的了解，因此我最开始是弄清楚各部分的工作原理和特性。
这次设计不仅增强了我的专业方面的能力，在与小组成员的合作中，我们也学会了沟通和合作，学会共同解决问题，互帮互助。对于各自的个题也有更深的理解。也锻炼了我们在问题和困难面前的耐心与毅力，不轻易放弃，一遍不行就试第二遍，相信自己最终都能解决。使我们能更好的完成课程设计。
实践是检验真理的唯一标准。通过本次设计，使我们对平时所学的各科理论知识有了更深更全面的理解，同时也提高了动手能力，最后要感谢本组的所有成员的共同努力。
参考文献
[1]孙平,邢军. PLC控制步进电机驱动系统. 河南师范大学学报(自然科学版), 2001,(04) .
[2]陶涛,赵国豪, 乔渠. 步进电机精确控制问题探讨. 科技信息, 2010, (01) :16-17
[3]范永胜,王岷编. 电气控制与PLC运用（第二版）.北京：中国电力出版社,2007年2月．
[4]高邓波. 电路分析的程序设计. 中国科技信息, 2010, (03) :119-120
[5]王功利, 蒋建华, 田玉莲, 韩勇. 具有步进电机控制和定标器功能的PC机接口板. 第8届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（二）, 1996
[6]王雯. 利用PLC提升平网印花控制单元可靠性. 中国纺织报, 2010, (2010-02-03)
[7]范贵慈. 利用PLC实现步进电机驱动的闭环控制. 包装与食品机械, 2002,(05)
[8]张晓东. PLC对步进电机的控制. 山西机械, 2003, (03)
[9]宣财鑫. PLC脉冲控制步进电机技术[J]机车车辆工艺, 2002,(01)
[10]孙建仁. 步进电机的PLC控制系统设计. 机械研究与应用, 2001,(04)
[11]孙平,邢军. PLC控制步进电机驱动系统. 河南师范大学学报(自然科学版), 2001, (04)
[12]骆彬,刘震霆. 利用PLC实现对步进电机的控制. 军民两用技术与产品, 2007, (06)
附录一梯形图
附录二源程序
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。
用PLC控制步进电机的相关指令 下面介绍的指令只适用于FX1S、FX1N系列的晶体管输出PLC，如高训的FX1N-60MT。这些指令主要是针对用PLC直接联动伺服放大器，目的是可以不借助其他扩展设备（例如1GM模块）来进行简单的点位控制，使用这些指令时最好配合三菱的伺服放大器（如MR-J2）。 然而，我们也可以用这些指令来控制步进电机的运行，如高训810室的实验台架。下面我们来了解相关指令的用法： 1、脉冲输出指令PLSY（FNC57） PLSY指令用于产生指定数量的脉冲。助记法为HZ、数目Y出来。指令执行如下： 2、带加减速的脉冲输出指令PLSR（FNC59） 3、回原点ZRN（FNC156）--------重点撑握 ZRN指令用于校准机械原点。助记法为高速、减速至原点。指令执行如下：
4、增量驱动DRVI（FNC158）--------重点撑握 DRVI为单速增量驱动方式脉冲输出指令。这个指令与脉冲输出指令类似但又有区别， 只是根据数据脉冲的正负多了个转向输出。本指令执行如下： 5、绝对位置驱动指令DRVA（FNC159） 本指令与DRVI增量驱动形式与数值上基本一样，唯一不同之处在于[S1.]： 在增量驱动中，[S1.]指定的是距离，也就是想要发送的脉冲数；而在绝对位置驱动指令中， [S1.]定义的是目标位置与原点间的距离，即目标的绝对位置。
下面以高训810室的设备为例，说明步进电机的驱动方法： 在用步进电机之前，请学员考虑一下几个相关的问题： 1、何谓步进电机的步距角？何为整步、半步？何谓步进电机的细分数？ 2、用步进电机拖动丝杆移动一定的距离，其脉冲数是如何估算的？ 3、在步进顺控中运用点位指令应注意什么？（切断电源的先后问题！） 步进电机测试程序与接线如下： 1、按下启动按钮，丝杆回原点，5秒钟后向中间移动，2秒后回到原点。
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。
2014 ~ 2015 学年第 1 学期 《电气控制及PLC 》课程设计报告 题目：步进电机的PLC控制设计 专业：自动化 班级： 11自动化(1)班 姓名：李勇李亚李新明荆欢 贾伟黄龙飞皇甫趁心 指导教师：江春红 电气工程学院 2014年10月31日
1、任务书
摘要 步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为制执行元件，是电气自动化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。例如，在仪器仪表，机床设备以及计算机的外围设备中（如打印机和绘图仪等），凡需要对转角进行精确控制的情况下，使用步进电机最为理想。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。软件PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信、PID调节等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/O系统的及网络的开放式结构。用PLC控制步进电机的定位、转向、调速、细分有很大的优势与前景。此次设计是利用PLC 的控制方法，上位机的监控功能，在试验室进行模拟实现的。试验结果达到了预期的功能。 关键词：软PLC；步进电机；上位机；定位；转向；调速；细分
目录 1引言 0 2.方案论证与对比 0 2.1 方案一 0 2.2 方案二 0 2.3 方案对比与选择 (1) 3、系统设计 (1) 3.1 PLC内部原理 (1) 3.2 二相混合式步进电机工作原理 (3) 3.3 驱动器原理 (4) 3.4硬件与软件设计 (4) 4、组态的设计 (6) 4.1 I/O 口的定义 (6) 4.2 构造数据库 (6) 4.3 建立动画连接 (7) 5、系统功能调试与性能分析 (7) 5.1系统调试中的问题及解决方案 (7) 5.1.1软件调试 (7) 5.1.2、正反转未响应 (8) 5.1.3、定位的误差 (8) 5.1.4、组态设计中的问题 (8) 5.1.5、其它 (8) 6、详细仪器清单 (8) 7、总结与致谢 (8) 参考文献 (10) 附录一梯形图 (11) 附录二源程序 (13)
P L C控制步进电机的实例(图与程序)
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。
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
PLC 控制步进电机的接法与实例程序 ·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。D 8140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。
PLC如何控制步进电机 用三菱PLC的FX1S-14MT以切纸机为例，大致阐述一下PLC控制步进电机的方法。 *PL+，PL-：步进驱动器的脉冲信号端子， *DR+，DR-：步进驱动器的方向信号端子。 为了简单明了地讲明PLC控制步进电机的方法，所以本例一切从简，只画了PLC的脉冲输出端Y0，方向控制端Y2与步进电机驱动器的脉冲信号端子，方向信号端子的接线方式。 PLC输出端的内部结构如上图，其为NPN输出方式。所以其负载（驱动器的光电三极管）应该接在输出三极管的集电极。 驱动器信号端子的内部结构图如上，其供电电压应该是5V，根据其电流参数计算，24V 供电应该串联了一个2K左右的电阻。 *个人认为24V串联电阻供电方式比5V供电抗干扰性要好，所以宁愿麻烦多串两个电阻。 电气接线为：X0接启动按钮，X1接停止按钮。X2接切刀位置开关（切刀在下方切纸结束时接通）.Y4控制切刀电磁阀。 机械结构大致为：步进电机经过同步带带动压轮（周长40mm),也就是说步进电机转动一圈送纸40mm。切刀由电磁阀带动(实际应用切刀也用步进电机驱动更理想). 根据机械结构与精度要求(误差小于0.1mm)，本例将驱动器的设为4细分，也就是驱动器接收到800个脉冲步进电机转一圈，PLC输出一雎龀逅椭?.05mm. 程序如下： 本程序只为说明控制方法，没有认真考虑工作过程要求，程序严密性定然不够，不具备设计参考价值！
第0步：设定基底速度120转/分(一转800个脉冲，1600HZ就是每秒2转),加速时间100ms，最高速度600转/分(一转800个脉冲，8000HZ就是每秒10转)。HZ(赫兹)是频率单位，每秒PLC输出的脉冲个数。 第20步，22步：启动，停止操作。T0的延时有防干扰作用，停止按钮(X1)闭合时间不到100毫秒无效。20步的启动按钮应该再串联一个触点，防止再运行过程中按启动按钮，M0置位。(懒得改程序了)
Plc200控制电机 这是网上擂台的题目：一台电动机要求在按下起动按钮后，电动机运行10秒，停5秒，重复3次后，电动机自动停止。同时设置有手动停机按钮和过载保护。编写梯形图控制程序。PLC可以随便选用，要有相关说明。注意：要有PLC控 制电路和I/O分配表。 1、硬件选择：一台PLC(S7-200)、一个交流接触器Z0（控制电机运行）、2个 按钮开关(SB1、SB2)及1个过流继电器(FR)，电路图如下：（不包括粉色虚线 框部分） 2、编程：用不同思路，可编出几种不同的控制方案，都可实现该项目要求。（1）、最简单的编程方案，就是选用5个通电延时定时器：其3个定时10秒，用于电机启动运行，另2个定时5秒，使电机停。具体编程也有二种方式，见下图：
上图中的方案一与方案二，同用5个定时器，完成同样的功能。 方案一是这样编程：按下启动按钮（I0.0），使断开。在此过程中，M0.0、MO. 2、M0.4都是10秒的导通时间，用它们去控制Q0.7，其彼此间隔时间为5秒（即M0.1、M0.3的通导时间）。?8?1延时?8?1M0.0=1，T101得电开始延时， 延时10秒，T101吸合使M0.1=1、M0.0=0，使T101断电，而T102得电开始延时，5秒后T102得电吸合，使M0.2=1，M0.1=0。。。直到T105得电 方案二是这样编程：按下启动按钮（I0.0），使 M0.0=1，T101得电开始延时，延时10秒，T101吸合，使T102得电开始延时，延时5秒，T102吸合，使T10 3得电开始延时。。。直至T105得电延时，延时10秒后动作，使M0.0=0，M0. 0=0使T101—T105皆断开，程序结束。用M0.0的常开触点与T101的常闭触点 串联，用T102的常开触点与T103的常闭触点串联，用T104的常开触点与T10 5的常闭触点串联，三者再并联后去驱动Q0.7，可达到同样的控制作用， 由上图可见，由于编程方法不同，其方案二用的指令比方案一少，显然：方案 二优于方案一。 （2）、用二个定时器(T101、T102)和一个字节存储器(MB1)编程也可实现同样 功能： 按下启动按钮，使MB1=0、M0.0=1，M0.0=1使T101得电开始延时，10秒T101 吸合使T102得电吸和，延时5秒，T102吸合，其常闭点断开，使T101、T102 失电断开，T101又得电延时。。。形成振荡器，T102每吸合一次，使MB1加1，
一、引言 随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。有人将其称为现代工业控制的三大支柱<即PLC，机器人，CAD/CAM）之一。目前可编程序控制器 FP1内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，最高计数频率为10kHz，计数范围-8388608～+8388607。 (3> 输入延时滤波 FP1的输入端采用输入延时滤波，可防止因开关机械抖动带来的不可靠性，其延时时间可根据需要进行调节，调节范围为 1ms～128ms。 (4> 中断功能 FP1的中断有两种类型，一种是外部硬中断，一种是内部定时中断。 2、步进电机的速度控制 FP1有一条SPD0指令，该指令配合HSC和Y7的脉冲输出功能可实现速度及位置控制。速度控制梯形图见图1，控制方式参数见图2，脉冲输出频率设定曲线见图3。 图1 速度控制梯形图 P L C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。 实训课题三 PLC实现步进电机正反转和调速控制 一、实验目的 1、掌握步进电机的工作原理 2、掌握带驱动电源的步进电机的控制方法 3、掌握DECO指令实现步进电机正反转和调速控制的程序 二、实训仪器和设备 -48MR PLC一台 1、FX 2N 2、两相四拍带驱动电源的步进电机一套 3、正反切换开关、起停开关、增减速开关各一个 三、步进电机工作原理 步进电机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转换成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，图3-1是一个三相反应式步进电机结图。从图中可以看出，它分成转子和定子两部分。定子是由硅钢片叠成，定子上有六个磁极（大极），每两个相对的磁极（N、S极）组成一对。共有3对。每对磁极都绕有同一绕组，也即形成1相，这样三对磁极有3个绕组，形成三相。可以得出，三相步进电机有3对磁极、3相绕组；四相步进电机有4对磁极、四相绕组，依此类推。 反应式步进电动机的动力来自于电磁力。在电磁力的作用下，转子被强行推动到最大磁导率（或者最小磁阻）的位置，如图3-1（a）所示，定子小齿与转子小齿对齐的位置，并处于平衡状态。对三相异步电动机来说，当某一相的磁极处于最大导磁位置时，另外两相相必处于非最大导磁位置，如图3-1（b）所示，即定子小齿与转子小齿不对齐的位置。 把定子小齿与转子小齿对齐的状态称为对齿，把定子小齿与转子小齿不对齐的状态称为错齿。错齿的存在是步进电机能够旋转的前提条件，所以，在步进电机的结构中必须保证有错齿的存在，也就是说，当某一相处于对齿状态时，其它绕组必须处于错齿状态。 本实验的电机采用两相混合式步进电机，其内部上下是两个磁铁，中间是线圈，通了直流电以后，就成了电磁铁，被上下的磁铁吸引后就产生了偏转。因为 PLC控制步进电机应用实例 基于PLC的步进电机运动控制 一、步进电机工作原理 1. 步进电机简介 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；也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。 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单 2. 步进电机的运转原理及结构 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A…与齿5相对齐，（A…就是A，齿5就是齿1） 3. 旋转 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力，以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时， 齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A 对齐，转子又向右移过1/3て 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 步进电机的静态指标术语 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。 4. 步进电动机的特征 1) 运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机 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1.8 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 PLSY K1200D1Y0 [S1.] [S2.][D.]X10 Y0 脉冲输出指令PLSY 用来产生指令数量的脉冲。[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 S0 S20 S21 S22 S23 M8002 X26 启动 （M0）正转 M8029 （T0 K50）停5秒 T0 （M1） （Y3）反转 M8029 （T1 K20）停2秒 T1 7、梯形图程序（参考） 实验名称：步进电机正反转的PLC控制 一、实验目的 了解步进电机运转的基本原理和步进电机控制系统的基本组成，熟练运用梯形图语言进行编程，掌握用PLC控制系统控制步进电机正反转的方法。 二、实验要求 1)通过查找相关资料和教师讲解了解步进电机运转的基本原理和步进电机 控制系统的基本组成； 2)以实验室西门子SIMATIC S7-200为硬件设备，认识掌握用PLC控制系统 控制步进电机正反转的方法； 3)学习STEP7-Micro/WIN4.0软件，运用梯形图语言进行编程。 三、实验设备 1)西门子SIMATIC S7-200 PLC硬件系统 2)西门子SIMATIC S7-200 PLC编程软件STEP7-Micro/WIN4.0 3)SH全系列步进电机驱动器SH-3F075 四、实验原理 1、PLC控制系统I/O分配表 2、PLC电气接线图 24 伏 电 源 步 进 电 机 步 进 电 机 驱 动 器 7-200 图1 PLC电气接线图 3、程序代码（梯形图） 图2 电机停止梯形图 (1)按下停止键，I0.0接通，脉冲输出功能关闭，电机停止。 图3 电机正转梯形图 (2)按下正转键，I0.1接通，方向电平复位，脉冲输出功能PWM输出脉冲周 期为2000um，脉宽为1000um的脉冲，电机正转。 注：寄存器说明 SM77.0 PWM update cycle time value 0 = no update; 1 = update cycle time SM77.1 PWM update pulse width time value 0 = no update; 1=update pulse width SM77.3 PWM time base select 0 = 1 us/tick; 1 = 1ms/tick SM77.4 PWM update method: 0 = asynchronous update, 1 = synchronous update SM77.6 PWM mode select 0 = selects PTO; 1 = selects PWM SM77.7 PWM enable 0 = disables PWM; 1 = enables PWM SMW78 ：PWM cycle time value (range: 2 to 65535) SMW80 ：PWM pulse width value (range: 0 to 65535) FX1S控制步进电机的实例(图与程序) 此主题相关图片如下，点击图片看大图： ·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。) 以下内容为需要回复才能浏览 ·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。 此主题相关图片如下，点击图片看大图： PLC技术网(htt)-可编程控制器技术门户 此主题相关图片如下，点击图片看大图： PLC技术网(htt)-可编程控制器技术门户 原作者要求注明出处，我加了，但不是广告，帮主注意了： 来自：https://www.doczj.com/doc/8c1238692.html,/ [此 直流步进电机plc控制方法 系统功能概述： 本系统采用PLC通过步进电机驱动模块控制步进电机运动。当按下归零按键时，电机1和电机2回到零点（零点由传感器指示）。当按下第一个电机运行按键时，第一个电机开始运行，直到运行完固定步数或到遇到零点停止。当按下第二个电机运行按键时，第二个电机开始运行，运行完固定步数或遇到零点停止。两电机均设置为按一次按键后方向反向。电机运行时有升降速过程。 PLC输入点I0.0为归零按键，I0.1为第一个电机运行按键，I0.2为第二个电机运行按键，I0.3为第一个电机传感器信号反馈按键，I0.4为第二个电机传感器信号反馈按键。 PLC输出点Q0.0为第一个电机脉冲输出点，Q0.1为第二个电机脉冲输出点，Q0.2为第一个电机方向控制点，Q0.3为第二个电机方向控制点，Q0.4为电机使能控制点。 所用器材： PLC：西门子S7-224xpcn及USB下载电缆。编程及仿真用软件为V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3。 直流步进电机2个，微步电机驱动模块2个。按键3个。24V开关电源一个。导线若干。 各模块连接方法： PLC与步进电机驱动模块的连接 驱动模块中EN+、DIR+、CP+口均先接3k电阻，然后接24V电源。 第一个驱动模块CP-接PLC的Q0.0，DIR-接PLC的Q0.2，EN-接PLC的Q0.4 第二个驱动模块CP-接PLC的Q0.1，DIR-接PLC的Q0.3，EN-接PLC的Q0.4 注意 1、PLC输出时电压为24V，故和驱动器模块连接时，接了3k电阻限流。 2、由于PLC处于PTO模式下只有在输出电流大于140mA时，才能正确的输出脉冲，故在输出端和地间接了200欧/2w 下拉电阻，来产生此电流。（实验室用的电阻功率不足，用200欧电阻时功率至少在24*24/200=2.88w，即用3w的电阻） 3、PLC与驱动模块连接时，当PLC输出低电平时不能将驱动模块电平拉低，故在EN-和DIR-上接了200欧/2W下拉电阻 驱动模块与电机接法： 驱动模块的输出端分别与电机4根线连接 电机传感器与PLC连接： 传感器电源接24v，信号线经过240欧电阻（试验中两个470电阻并联得到）与24v电源上拉后，信号线接到PLC的I0.3和I0.4 将各模块电源、地线接好。PLC中输入输出各路M对应点均接地，L+对应点均要接24V电源。注意PLC右下角24V DC OUTPUT 不要接。 PLC程序介绍： PLC程序中主要使用向导生成的电机控制函数来控制电机运动。此向导使用方法如下 P L C控制步进电机的应 用案例 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN# 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，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， 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。 摘要 对可编程序控制器的步进电机控制系统进行设计,阐明了可编程序控制器及步进电机的结构和工作原理，同时给出了可编程序控制器控制步进电机电气控制系统的硬件组成和软件设计，包括可编程序控制器输入输出接线图、梯形图、程序设计和步进电机的驱动电路。提出基于PLC的四相八拍步进电机控制的方案,介绍了控制系统的设计方案及其软硬件的实现方法，实现对四相步进电机的启动,停止控制、正反转控制。方法简单易行,编程容易,可靠性高。 关键字：步进电动机 PLC 梯形图驱动电路 目录 1 引言 (4) 2课题分析 (4) 2.1 任务分析 (4) 2.2 方案设计 (4) 3 反应式步进电机 (6) 3.1 步进电机的结构 (6) 3.2 步进电机的工作原理 (7) 4 可编程器件FX2N-32MR (8) 4.1 FX2N-32MR的结构 (8) 4.2 FX2N-32MR的工作原理 (8) 5 硬件设计 (8) 5.1 I/O端口 (8) 5.2 I/O端子连接线 (9) 5.3 驱动电路 (10) 6 软件设计 (11) 6.1 PLC控制步进电机控制方法 (11) 6.2 梯形图 (12) 7 调试 (14) 7.1 硬件调试 (14) 7.2 软件调试 (15) 7.3 运行调试 (15) 8 结论 (15) 9 心得体会 (15) 参考文献 (16) 1．引言 随着微处理器、计算机和数字通信技术的发展，计算机控制已经广泛地应用在所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场做出迅速的反应，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有较高的可靠性和灵活性，可编程器件正是顺应这个要求，PLC已广泛应用各种机械设备和生产过程的自动化控制系统中。步进电机是一种控制精度极高的电机。在PLC步进电动机的控制系统中，输入到步进电动机绕组中的脉冲数或频率可以控制步进电动机的角位移和转速，在给步进电动机的各绕组输入脉冲时需要应用脉冲分配器分配脉冲。 2．课题分析 2.1 任务分析 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。 2.2 方案设计 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PLC控制步进电机的实例图与程序
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