《PLC控制线路运行与维护》制作任务报告书
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电气工程系
项目1 五相步进电机的运行与维护指导教师：
任务下达时间：任务完成时间：
一、小组人员
二、工作计划表
三、实施过程描述
1．I／O分配表
2．I／O接线图3．梯形图
摘要 本论文主要阐述了五相十拍步进电动机控制领域中的应用，其中可编程控制器是工业自动化设备的主导产品，具有控制功能强，可靠性高，适用于不同控制要求的各种控制对象等优点，其工作原理，设计和使用方法为电气和机电类专业必修课程的学习内容。 本设计涉及的内容有：步进电动机的硬件驱动过程、五相十拍步进电动机的PLC软件实现等。通过对硬件软件的结合，从而实现电动机的正反转控制。PLC是现代工业自动控制的一种通用计算机,但其工作方式与微机控制系统不同，与继电接触器控制系统也有本质的不同。PLC应用系统设计包括硬件设计和软件设计两个方面。 关键词：步进电动机;PLC软件设计;PLC硬件设计 目录 1 绪论 (2) 1.1可编程控制器 (2) 1.1.1 PLC的工作原理 (2) 1.1.2可编程序控制器的组成 (2) 1.1.3可编程序控制器的特点 (3) 1.1.4可编程控制器的应用 (4) 1.2步进电动机 (5) 1.2.1 步进电机概述 (5) 1.2.2步进电动机的特点 (5) 1.2.3 步进电动机的基本原理及步距角的计算 (5) 1.2.4 步进电动机的动态指标及术语 (6) 2 软件设计 (7) 2.1西门子S7-200介绍 (7) 2.1.1 CPU22X型的选择 (8) 2.1.2 S7-200元件的介绍 (8) 2.2五相十拍步进电动机的PLC设计过程 (10) 2.2.1 五相十拍步进电动机的控制要求 (10) 2.2.2 PLC外部接线图 (11) 2.2.3 I/O地址分配表 (11) 2.2.4 程序设计 (12) 3 硬件设计 (15) 3.1环形分配器 (17) 3.2功率放大器 (18) 结束语 (19) 参考文献 (19)
步进电机主要是依相数来做分类，而其中又以二相、五相步进电机为目前市场上所广泛采用。二相步进电机每转最细可分割为400等分，五相则可分割为1000等分，所以表现出来的特性以五相步进电机较佳、加减速时间较短、动态惯性较低。 二相/五相步进电机差异比较8个主极；4相(2相)4极线圈10个主极；5相2极线圈分解能1.8°/0.9°（200、400分割/圈）0.72°/0.36°（500、1000分割/圈）较二相步进电机高出2.5倍分解能。振动性100-200PPS之间为低速共振领域，振动较大无显著共振点低振动速度—转矩特性于速度上不及五相步进电机高速度、高转矩步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为 3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72
°、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGERLAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为 1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。
机电传动与控制综合课程设计设计说明书设计题目: 五相十拍（2/3）步进电机 控制程序设计 院系名称：机电工程学院专业班级：机制F09 学生姓名：学号： 20094805 指导教师：王宗才 2012年12 月05 日
内容摘要 本文主要是介绍采用可编程控制器(PLC) 对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方法进行分析。其中步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，是一种控制精度极高的电机,常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。可编程控制器是工业自动化设备的主导产品，具有控制功能强，可靠性高，适用于不同控制要求的各种控制对象等优点。 本文详细的介绍了用PLC控制步进电机系统的原理，及硬件和软件设计方法。其内容主要包括I/O地址分配、PIC外部接线图、控制流程图、主电路图、梯形图、元件清单以及语句表。本文设计过程中使用了十六位移位寄存器，大大简化了程序的设计，使程序更间凑，方便了设计。在实际应用中表明此设计是合理有效的。 关键词: PLC;梯形图；元件清单；五相十拍步进电机
目录 第1章引言 (1) 第2章系统总体方案设计 (2) 2.1 程序设计的基本思路 (2) 2.2 五相步进电动机的控制要求 (2) 2.3 方案原理分析 (2) 第3章 PLC控制系统设计 (4) 3.1 设计流程分析 (4) 3.1.1 控制流程图 (4) 3.1.2电机工作过程图 (5) 3.2 I/O地址分配表 (5) 3.3 PLC外部接线图 (6) 3.4 主电路 (7) 3.5 元件清单 (8) 3.6 程序设计 (8) 3.6.1 步进控制设计 (8) 3.6.2 梯形图设计 (10) 3.7 调试说明 (11) 第4章设计总结 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 附录 (15) 附录一程序梯形图 (15) 附录二程序语句表 (20) 1
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化设备中。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。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(即步进角)。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。 不同类型的步进电机有着不同的特点和功能，下面维科特主要和大家讲解混合式步进电机和反应式步进电机的区别。 混合式步进电机是综合了永磁式和反应式的优点而设计的步进电机。它又分为两相、三相和五相，两相步进角一般为1.8度，三相步进角一般为 1.2度，而五相步进角一般为0.72度。 混合式步进电机的转子本身具有磁性，因此在同样的定子电流下产生的转矩要大于反应式步进电机，且其步距角通常也较小，因此，经济型数控机床一般需用混合式步进电机驱动。但混合转子的结构较复杂、转子惯量大，其快速性要低于反应式步进电机。 混合式步进电机特性： 1、输出转矩大，高转速。
2、电机发热小，噪音低，效率高。 3、高速停止平稳快速，无零速振荡运行平稳，振动噪声小。 4、响应速度快，适合频繁启停的场合。 反应式步进电机，是一种传统的步进电机，由磁性转子铁芯通过与由定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动。 应用领域： 反应式步进电机主要应用于计算机外部设备、摄影系统、光电组合装置、阀门控制、核反应堆、银行终端、数控机床、自动绕线机、电子钟表及医疗设备等领域中。 混合式步进电机和反应式步进电机的区别 1、在结构和材料上不同，混合式电机内部具有永久磁性材料，故混合式电机有自阻(即在电机未加电的情况下有一定的自锁力)，而反应式电机没有自阻。 2、在运行性能上有差别，混合式电机运行时相对较平稳，输出力矩相对较大，运行声音小。
1、概念 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。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，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量，从而达到准确定位的目的；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。 【开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统 举例：打开灯的开关——按下开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮起已对按开关的这个活动没有影响；投篮——篮球出手后就无法再继续对其控制，无论球进与否，球出手的一瞬间控制活动即结束。 闭环控制系统：可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统 举例：调节水龙头——首先在头脑中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的用手进行调节形成一个反馈闭环控制；骑自行车——同理，不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制。 开环闭环的区别：1、有无反馈；2、是否对当前控制起作用。开环控制一般是在瞬间就完成的控制活动，闭环控制一定会持续一定的时间，可以借此判断， 投篮第一次投篮投近了第二次投的时候用力一些，这也是一种反馈但不会对第一次产生影响了，所以是开环控制】 步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。 【所谓时序，就是内存的时钟周期数值，脉冲信号经过上升再下降，到下一次上升之前叫做一个时钟周期，随着内存频率提升，这个周期会变短。例如CL9的意思就是CL这个操作的时间是9个时钟周期。 时序电路，是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路（输出到输入）或器件组合而成的电路，与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。 如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、存储器等电路都是时序电路的典型器件，时序逻辑电路的状态是由存储电路来记忆和表示的。虽然组合逻辑电路能够很好地处理像加、减等这样的操作，但是要单独使用组合逻辑电路，使操作按照一定的顺序执行，需要串联起许多组合逻辑电路，而要通过硬件实现这种电路代价是很大的，并且灵活性也很差。为了实现一种有效而且灵活的操作序列，我们需要构造一种能够存储各种操作之间的信息的电路，我们称这种电路为时序电路。】 【步进电机、直流电机和无刷直流电机的主要区别在于他们的驱动方式。步进电机是以步阶方式分段移动，直流电机和无刷直流电机通常采用连续移动的控制方式。步进电机采用直接控制方式，它的主要命令和控制变量都是步阶位置。直流电机则是以电机电压为控制变量，以位置或速度为命令变量。
XXXXX学院 课程设计说明书 设计题目:五相单双十拍步进电动机控制程序的设计与调试 学生姓名： XXXXX 学号： XXXXX 专业班级： XXXXX 指导教师： XXXXX 2012年12 月13 日
内容摘要 步进电机是一种控制精度极高的电机, 在工业上有着广泛的应用。步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，参数设计置灵活等优点。矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。本文主要是介绍采用可编程控制器(PLC) 对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方法进行分析。本文详细的介绍了用PLC控制步进电机系统的原理，及硬件和软件设计方法。其内容主要包括I/O地址分配、PIC外部接线图、控制流程图、梯形图以及语句表。本文设计过程中使用了移位指令，大大简化了程序的设计，使程序更间凑，方便了设计。在实际应用中表明此设计是合理有效的。 关键词: PLC；梯形图；五相十拍步进电机
目录 第1章引言 (1) 1.1 五相步进电动机的控制要求 (1) 1.2 程序设计的基本思路 (1) 第2章 PLC控制系统硬件设计 (3) 2.1 PLC类型选择 (3) 2.2 I/O点的分配与编号 (3) 2.3 PLC外部接线图 (4) 第3章 PLC控制系统软件设计 (5) 3.1 绘制控制流程图 (5) 3.2 梯形图程序设计 (6) 3.2.1 步进控制设计 (6) 3.2.2梯形图 (8) 3.3程序指令表 (13) 3.4程序调试 (16) 结论 (21) 设计总结 (22) 谢辞 (23) 参考文献 (24)
铁道大学四方学院 集中实践报告书 课题名称 五相十拍步进电动机控制 姓 名 *** 学 号 2012**** 系 部 电气工程系 专业班级 方**** 指导教师 ** 2014 年 12 月 31 日 ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 2012级 PLC 课程设计
目录 第1章设计目的 (1) 第2章设计要求 (1) 2.1 任务描述 (1) 2.2 控制要求 (2) 第3章PLC选型、I/O分配表和接线图 (2) 3.1 PLC选型 (2) 3.2 I/O分配表 (2) 3.3 I/O接线图 (3) 第4章程序设计 (3) 4.1 梯形图设计 (3) 4.2 指令语句表 (8) 第5章设计总结 (13) 参考文献 (14)
第1章 设计目的 本课程设计主要用于步进电动机的控制，矩角特性是步进电动机运行时一个很重要的参数。矩角特性好，步进电动机的启动转矩就越大，运行不易失步。通过增加步进电动机的拍数来改善矩角特性。 第2章 设计要求 2.1 任务描述 五相步进电动机有五个绕组：A 、B 、C 、D 、E 正转顺序：ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 反转顺序：ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 图2-1-1 步进电动机五相十拍正 图2-1-2 步进电动机五相十拍反转 图2-1 控制步进电动机五相十拍的时序图
2.2 控制要求 用五个开关控制其工作： 1号开关控制其运行（启/停）。 2号按钮控制其低速运行（转过一个步距角需0.5S）。 3号按钮控制其中速运行（转过一个步距角需0.1S）。 4号按钮控制其高速运行（转过一个步距角需0.03S）。 5号开关控制其转向（ON为正转，OFF为反转） 第3章PLC选型、I/O分配表接线图3.1 PLC选型 三菱公司近年来推出的FX系列PLC有FX 0、FX 2 、FX 0S 、FX 0N 、FX 2C 、FX 1S 、FX 1N 、FX 2N 、 FX 2NC 等系列型号。FX系列PLC的特点有先进美观的外部结构，提供多种系列机型供 用户选用，灵活多变的系统配置。三菱公司近年来推出的FX系列PLC有FX 0N 、FX 0S 、 FX 2N 等系列型号。 FX 2N 是三菱公司推出的高性能小型可编程控制器,FX系列PLC中应用最广泛的产 品,该系列PLC是1991年推出,因其具有较高的性能价格比,受到广大用户的青睐.FX 2N 系列PLC是采用整体式和模块式相结合的叠装式结构.它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相同。它们的相互连接不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。其体积小，很适于在机电一体化产品中使用。 3.2 I/O分配表 输入 X1 启/停开关 X2 0.5s低速运行按钮X3 0.1s中速运行按钮X4 0.03s高速运行按钮X5 控制转向开关输出 Y0 A绕组Y1 B绕组Y2 C绕组Y3 D绕组Y4 E绕组
一．方案设计 本设计采用电压为DC12V的四相八拍步进电机35BYJ46型电机，用ULN2803作为步进电动机驱动电路主芯片，以8255A作为8088并行输出接口，8088对步进电机的控制信号则通过8255A送到ULN2803. 关于转向与转速，通过查表的方式实现，以逐次递增方向查表，依次输出表中数据，则步进电机正转；以逐次递减方向查表，则步进电机反转，即通过一个表实现步进电机的正转与反转。转速则通过调用延时子程序，当调用延时较长的子程序时，则步进电机转速慢，当调用延时较短的子程序时，步进电机转速加快。 二、硬件系统的基本原理 在工业控制系统里步进电动机是主要的控制元件之一。步进电机具有快速启动停止，精确定位和能够使用数字信号进行控制，能够实现脉冲-角度转换的特点，因此得到广泛的应用。在使用步进电机的控制系统里，脉冲分配器产生周期的控制脉冲序列，步进电机驱动器每接收一个脉冲就控制步进电机沿给定方向步进一步。 实验使用型号为35BYJ46的四相步进电机，采用四相八拍控制方式工作。步进电机的转角和转动方向取决于各相中通电脉冲的个数和顺序。8088控制机控制步进电机的电路见图1-1。计算机将表1－1所示的各种通电方式转换成相应的状态控制字，通过计算机将各种状态字依次送到接口电路，并根据速度的要求作相应的延时处理。由接口电路输出所需的控制脉冲通过驱动电路路使步进电机按要求动作。驱动电路使用ULN2803A达林顿晶体管，反相驱动，驱动电流可以达到500mA。驱动电路的作用是对控制脉冲进行放大，产生步进电机工作所需要的激励电流。
图1-1 步进电机控制实验原理图 35BYJ46型步进电机使用DC12V 电压，采用四相八拍控制相序。励磁线圈和励磁顺序如图1-2，控制相序如表1-1。表中的PB10～PB13对应并行接口8055的B 口0～3位。如果使用8255B 口的其它位则相应的状态字也要改变。 表1-1 步进电机四相八拍相序表 步 序 相 序 通电相 对应PB 口的输出值 （状态字） PB13 PB12 PB11 PB10 1 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 1 1 AB 03H 3 0 0 1 0 B 02H 4 0 1 1 0 BC 06H 5 0 1 0 0 C 04H 6 1 1 0 0 CD 0CH 7 1 0 0 0 D 08H 8 1 0 1 DA 09H 1 2 3 4 5 6 7 8 5 + + + + + + + + 4 - - - 3 - - - 5 （黑） 4 （黄） 3 （棕） 2 （蓝） 1 （红） +12V A ’ B ’ C ’ D ’ A B C D PB0 PB1 PB2 PB3 8255 驱动单元 步进电动机
随着现代科学技术的发展，信息产业的发达，电子产品的更新换代日渐频繁，市场上步进电机的种类层出不穷。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。目前，市场上比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机(VR)、永磁式步进电动机(PM)、混合式步进电动机(HB)和单相式步进电动机等。 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相、三相和五相:两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度，步进电机随着相数(通电绕组数)的增加，步进角减小，精度提高，这种步进电机的应用最为广泛。 步电机系统解决方案
混合式步进电机工作原理： 混合式步进电机与磁阻式步进电机一样，混合式电机也由定子和 转子两部分组成。常见的定子有8个极或4个极，极面上均布一定数量的小齿，极上线圈能以两个方向通电，形成A相和A相，B相和B 相。它的转子也由圆周上均布一定数量小齿的两块齿片等组成。这两块齿片相互错开半个齿距。两块齿片中间夹有一只轴向充磁的环形永久磁钢。很明显，同一段转子片上的所有齿都具有相同极性，而两块不同段的转子片的极性相反。 混合式电机产生的转矩比磁阻式电机大;加上混合式电机的步距角常做得较小，因此，在工作空间受到限制而需要小步距角和大转矩的应用中，常常可选用混合式步进电机。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。我们的主要产品有信浓 (SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、 步电机系统解决方案
实验六五相步进电动机控制的模拟 在五相步进电机的模拟控制实验区完成本实验。 一、实验目的 了解并掌握移位指令在控制中的应用及其编程方法。 二、控制要求 要求对五相步进电动机五个绕组依次自动实现如下方式的循环通电控制： 第一步：A～B～C～D～E 第二步：A～AB～BC～CD～DE～EA 第三步：AB～ABC～BC～BCD～CD～CDE～DE～DEA 第四步：EA～ABC～BCD～CDE～DEA 三、五相步进电动机的模拟控制的实验面板图： 上图中，下框中的A、B、C、D、E分别接主机的输出点Y1、Y2、Y3、Y4、Y5；SD接主 机的输入点X0。上框中发光二极管的点亮与熄灭用以模拟步进电机五个绕组的导电状态。四、编制梯形图并写出程序，实验梯形图参考图6 实验参考程序 步序指令器件号说明步序指令器件号说明 0 LD X000 输入 3 K20 1 ANI M0 4 LD T0 2 OUT T0 延时2秒 5 OUT M0 步序指令器件号说明步序指令器件号说明 6 LD X000 34 OR M106 7 OUT T2 延时3秒35 OR M107 8 K30 36 OR M111 9 ANI T2 37 OR M112 10 OUT M10 38 OR M113 11 LD M10 39 OR M204 12 OR M2 40 OR M205 13 OUT M100 41 OR M206 14 LD M115 42 OR M209
15 OUT M200 43 OUT Y001 A相电机运转 16 LD M209 44 LD M102 17 OUT T1 延时2秒45 OR M107 18 K20 46 OR M108 19 ANI T1 47 OR M112 20 OUT M2 48 OR M113 21 LD M0 移位输入49 OR M114 22 FNC 35 左移位50 OR M115 23 M100 数据输入51 OR M206 24 M101 移位52 OR M207 25 K15 移位段数：15 53 OUT Y002 B相电机运转 26 K1 1位移位54 LD M103 27 LD M0 移位输入55 OR M108 28 FNC 35 左移位56 OR M109 29 M200 数据输入57 OR M113 30 M201 移位58 OR M114 31 K9 移位段数：9 59 OR M115 32 K1 1位移位60 OR M201 33 LD M101 61 OR M202 步序指令器件号说明步序指令器件号说明 62 OR M206 76 OR M209 63 OR M207 77 OUT Y004 D相电机运转 64 OR M208 78 LD M05 65 OUT Y003 C相电机运转79 OR M110 66 LD M104 80 OR M111 67 OR M109 81 OR M202 68 OR M110 82 OR M203 69 OR M115 83 OR M204 70 OR M201 84 OR M205 71 OR M202 85 OR M208 72 OR M203 86 OR M209 73 OR M204 87 OUT Y005 E相电机运转 74 OR M207 88 END 程序结束 75 OR M208 五、练习题： 1、试编制三相步进电机单三拍反转的PLC控制程序。 2、试编制三相步进电机三相六拍正转的PLC控制程序。 3、试编制三相步进电机双三相正转的PLC控制程序。 4、试编制五相十拍运行方式的PLC控制程序。
四相步进电机原理图 本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。 1. 步进电机的工作原理 该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。 图1 四相步进电机步进示意图 开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相 绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。 当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：
a. 单四拍 b. 双四 拍 c八拍 图2.步进电机工作时序波形图 2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理 步进电机驱动器系统电路原理如图3： 图3 步进电机驱动器系统电路原理图 AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。图中L1为步进电机的一相绕组。AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。
2009 届毕业设计（论文）开题报告 二级学院：延陵学院班级：09电Y1 学生：尚严鑫学号：09120920 指导教师：张建生职称：教授 课题名称 课题类型 □毕业设计□毕业论文 起止时间 开题报告 （毕业设计：含课题来源及现状、设计要求、工作内容、设计方案、技术路线、预期目标、时间安排及参考文献等。字数为3000以上。） （毕业论文：含课题来源、研究价值，国内外研究现状，研究内容，研究方法，研究思路，论文提纲，预期目标，时间安排及参考文献等。字数为3000以上。） 一．课题来源及研究价值 步进电动机是将电脉冲信号转化为机械角位移或线位移的控制电机，它可以看作是一个比较特殊的运行方式的同步电机。步进电机是由专门的电源提供脉冲信号。当每输入一个电脉冲信号时，步进电机就会往前移动一小步，移动的角度大小叫做步距角，因此这种不同于普通的匀速旋转的电机被称为步进电动机。步进电动机是受走脉冲信号控制的，直线位移量、角位移量和电脉冲数的关系成正比例，所以电动机的线速度、转速也与脉冲频率构成正比关系。利用改变脉冲频率的高与低，可以在很大范围内调节电动机的转速，从而实现电机的快速启动、制动和反转控制。步进电机的优点是在不失步的情况下工作，步距误差不会积累。从而完全适用数字控制的开环系统中，并使整个系统运行可靠。是工业生产中性能优良的数字执行元件。随着单片机应用技术、电力电子技术和自动控制技术在工业生产中的普及和深入，步进电机的的需求量愈来愈大。根据调查显示，全球步进电机的年产量在以13%以上的速度增加。同时国内对步进电机的要求也与日增加。对步进电机的研究，提高步进电机的系统性能，可以改善劳动条件、节约能源、提高产品质量和经济效益。基于微型单片机的控制系统则通过软件控制步进电机，能够更好地发挥步进电机的潜力。因此，用微型单片机控制步进电机已经成为一种必然的趋势，也符合数字化的时代发展需要。 步进电机作为数字式执行元件，具有成本低廉、容易控制、定位方便和步距误差不会长期累积等优点，被广泛应用在数控装置、绘图机、机械手、印刷和包装设备等工业、军事和医疗自动化领域中。在多种步进电机中，混合式步进电机集反应式和永磁式步进电机的优点于一身，应用更加普遍。但是步进电机在应用当中仍然存在一些制约性的因素，步进电机及其系
二相与五相步进电机的差异 概述：步进电机主要是依相数来做分类，而其中又以二相、五相步进电机为目前市场上所广泛采用。二相步进电机每转最细可分割为400等分，五相则可分割为1000等分，所以表现出来的特性以五相步进电机较佳、加减速时间较短、动态惯性较低。 二相/五相步进电机差异比较：打鱼机 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。 三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM 或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 四、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力
石家庄铁道大学四方学院 集中实践报告书 课题名称 五相十拍步进电动机控制 姓 名 *** 学 号 2012**** 系 部 电气工程系 专业班级 方**** 指导教师 李** 2014 年 12 月 31 日 ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※※※ ※ ※ 2012级 PLC 课程设计
目录 第1章设计目的 (1) 第2章设计要求 (1) 2.1任务描述 (1) 2.2 控制要求 (2) 第3章PLC选型、I/O分配表和接线图 (2) 3.1PLC选型 (2) 3.2I/O分配表 (2) 3.3I/O接线图 (3) 第4章程序设计 (3) 4.1梯形图设计 (3) 4.2指令语句表 (8) 第5章设计总结 (13) 参考文献 (14)
第1章 设计目的 本课程设计主要用于步进电动机的控制，矩角特性是步进电动机运行时一个很重要的参数。矩角特性好，步进电动机的启动转矩就越大，运行不易失步。通过增加步进电动机的拍数来改善矩角特性。 第2章 设计要求 2.1 任务描述 五相步进电动机有五个绕组：A 、B 、C 、D 、E 正转顺序：ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 反转顺序：ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 图2-1-1 步进电动机五相十拍正 图2-1-2 步进电动机五相十拍反转 图2-1 控制步进电动机五相十拍的时序图
2.2控制要求 用五个开关控制其工作： 1号开关控制其运行（启/停）。 2号按钮控制其低速运行（转过一个步距角需0.5S）。 3号按钮控制其中速运行（转过一个步距角需0.1S）。 4号按钮控制其高速运行（转过一个步距角需0.03S）。 5号开关控制其转向（ON为正转，OFF为反转） 第3章PLC选型、I/O分配表接线图 3.1PLC选型 三菱公司近年来推出的FX系列PLC有FX0、FX2、FX0S、FX0N、FX2C、FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC等系列型号。FX系列PLC的特点有先进美观的外部结构，提供多种系列机型供用户选用，灵活多变的系统配置。三菱公司近年来推出的FX系列PLC 有FX0N、FX0S、FX2N等系列型号。 FX2N是三菱公司推出的高性能小型可编程控制器,FX系列PLC中应用最广泛的产品,该系列PLC是1991年推出,因其具有较高的性能价格比,受到广大用户的青睐.FX2N系列PLC是采用整体式和模块式相结合的叠装式结构.它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相同。它们的相互连接不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。其体积小，很适于在机电一体化产品中使用。 3.2I/O分配表 输入 X1 启/停开关 X2 0.5s低速运行按钮X3 0.1s中速运行按钮X4 0.03s高速运行按钮X5 控制转向开关输出 Y0 A绕组Y1 B绕组Y2 C绕组Y3 D绕组Y4 E绕组
目录 摘要 (2) 第一章引言 (3) 第二章系统总体方案设计 (4) 2.1程序设计的基本思路 (4) 2.2五相步进电动机的控制要求 (4) 2.3方案原理分析 (4) 2.3.1 功能要求 (4) 2.3.2 性能要求 (5) 第三章控制系统设计 (6) 3．1输入输出编址 (6) 3.2选择类型 (6) 3.3 外部接线图 (7) 3.4 控制流程 (7) 3.5 梯形图程序设计 (8) 3.5.1 步进控制设计 (9) 3.5.2 梯形图设计 (11) 3.6 语句表 (17) 3.7主电路图 (18) 3.8电机正反转控制图 (18) 3.9元件清单 (19) 3.10元件布置图 (19) 总结 (20) 参考文献 (20)
摘要 步进电机是一种控制精度极高的电机, 在工业上有着广泛的应用。步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。基于控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，参数设计置灵活等优点。矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。本文主要是介绍采用可编程控制器() 对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方法进行分析。本文详细的介绍了用控制步进电机系统的原理，及硬件和软件设计方法。其内容主要包括地址分配、外部接线图、控制流程图、主电路图、梯形图、元件清单以及语句表。本文设计过程中使用了十六位移位寄存器，大大简化了程序的设计，使程序更间凑，方便了设计。在实际应用中表明此设计是合理有效的。 关键词: ；梯形图；元件清单；五相十拍步进电机
步进电机的种类和特点 步进电机在构造上有三种主要类型：反应式(Variable Reluctance，VR)、永磁式(Permanent Magnet,PM)和混合式(Hybrid Stepping,HS)。 * 反应式 定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。 * 永磁式 永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大(一般为7.5°或15°)。 * 混合式 混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。 按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍 (0.007°/微步)。由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变 精度和效果。 雷赛步进电机系列 雷赛两相、三相混合式步进电机，采用优质冷轧钢片和耐高温永磁体制造，产品规格涵盖35-130范围。具有温升低、可靠性高的特点，由于其具有良好的内部阻尼特性，因而运行平稳，无明显震荡区。可满足不同行业、不同环境下的使用需求。 雷赛采用专利技术研发的三相步进电机驱动系统，更好地解决了传统步进电机低速爬行、有共振区、噪音大、高速扭矩小、起动频率低和驱动器可靠性差等缺点，具有交流伺服电机的某些运行特性，其运行效果可与进口产品相媲美。 两相步进电机命名规则 <> 上例表示机座号为57mm,两相混合式,步距角为1.8度,扭矩0.9Nm，设计序号01，单边出轴的电机。 三相步进电机命名规则 <> 上例表示机座号为57mm,三相混合式,步距角为1.8度,扭矩0.9Nm，设计序号01，单边出轴的电机。
步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，被广泛应用在各种自动化控制系统中。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。 二相电机成本低，但在低速时的震动较大，高速时的力矩下降快。五相电机则振动较小，高速性能好，比二相电机的速度高30~50%，可在部分场合取代伺服电机。 随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。步进电机主要是按照相数来做分类，而其中又以二相、五相步进电机为目前市场上所广泛采用。二相步进电机每转最细可分割为400等分，五相则可分割为1000等分，所以表现出来的特性以五相步进电机较佳、加减速时间较短、动态惯性较低。 下面维科特就给大家介绍分辨二相和五相步进电机的方法： 1、振动性：
二相步进电机：100-200pps之间为低速共振领域，振动较大，无显著共振点。 五相步进电机：低振动，速度—转矩特性，高速度、高转矩。 2、电机构造： 二相步进电机：8个主极?4相(二相)4极线圈。 五相步进电机：10个主极?5相二极线圈。 3、分解能： 二相步进电机：1.8°/0.9°(200、400分割/圈)。 五相步进电机：0.72°/0.36°(500、1000分割/圈)，较二相步进电机高出2.5倍。 控制精度不同：两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产
第十三章步进电动机传动控制系统 13.1、通过分析步进电动机的工作原理和通电方式，可得出哪几点结论？ 答：步进电动机的位移量与输入脉冲数严格成正比，这就不会引起误差的积累，其转速与脉冲频率和步矩角有关。控制输入脉冲数量、频率及电动机各组的接通次序，可以得到各种需要的运行特征。 13.2、步进电动机的运行特性与输入脉冲频率有什么关系？ 答：当脉冲信号频率很低时，控制脉冲以矩形波输入，电流比较接近于理想的矩形波。如果脉冲信号频率增高，由于电动机绕组中的电感有阻止电流变化的作用，因此电流波形发生畸变。如果脉冲频率很高，则电流还来不及上升到稳定值就开始下降，于是，电流的幅值降低，因而产生的转矩减小，致使带负载的能力下降。故频率过高会使步进电动机启动不了或运行时失步而停下。因此，对脉冲信号频率是有限制的。 13.3、列出三相六拍环形分配器的反向环形分配表。 13.4、试修改环形分配器子程序，以实现步进电动机的反向运转。 答：反转子程序如下： HXFB：LD A，B CP A，03H JR Z，DYY INC A JR ROUT DYY: LD A，00H ROUT: LD L，A LD L，00H ADD HL，K LD A，(HL) OUT (PIODRA)，A RET 13.5、步进电动机对驱动电路有何要求？常用驱动电路有什么类型？各有什么特点？ 答：步进电动机的驱动电路实际上是一种脉冲放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。 由于功率放大输出直接驱动电动机绕组，因此，功率放大电路的性能对步进电动机的运行性能有很大的影响。因此，对驱动电路要求的核心问题是如何提高步进电动机的快速性和平稳性。 常用的驱动电路类型有：1、单电压限流型驱动电路。电阻R上有功率消耗。为了提高快速性，需要加大R的阻值，随着阻值的加大，电源的电压也势必提高，功率消耗也
目录 引言 (1) 第1章绪论 (2) 1.1步进电机的概述 (2) 1.1.1 步进电机的特点 (2) 1.1.2步进电机的工作原理简述 (2) 1.2四相八拍步进电机 (2) 1.2.1 四相步进电机工作原理 (2) 1.2.2 八拍得工作方式 (4) 1.3单片机概述 (4) 1.3.1 单片机原理简述 (4) 1.3.2 8031单片机 (5) 1.4总体方案设计 (5) 1.4.1 系统的组成 (5) 1.4.2 系统的工作原理 (6) 第2章系统软件设计 (7) 2.1显示子程序的设计 (7) 2.2键盘子程序的设计 (8) 2.3正反转程序流程图 (11) 2.3.1 正反转程序流程图 (11) 2.3.2 转速快慢程序流程图 (14) 2.4定时中断流程图 (17) 2.5语音报警系统 (19) 2.6主程序设计 (20) 参考文献 (23) 致谢 (24)
引言 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。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。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。在本设计方案中采用单片机内部的定时器改变脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。 关键词：步进电机，单片机，调速系统