三相六拍步进电机控制系统设计汇编

电气工程学院课程设计说明书设计题目：系别：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC课程设计基层教学单位：电气工程及自动化系指导教师：说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科摘要PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

本设计是用PLC做三相六拍步进电机的控制核心，用按钮开关来实现对步进电机正、反转运行控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。

其次可以通过对按钮的控制来实现对高、低速度的切换控制。

关键词：PLC控制三相六拍正反转运行高低速运行目录封皮 (1)任务书 (2)摘要 (3)目录 (4)第一章三相六拍步进电机的PLC控制及要求 (5)1.1步进电机的工作原理 (5)1.2三相六拍步进电机控制要求 (5)1.3 步进电机的驱动 (6)第二章参数选择 (7)2.1 三相六拍步进电机的参数选择 (7)2.2 PLC的选择 (7)2.3 功率放大电路参数选择 (7)第三章整体设计 (7)3.1 PLC的I/O端口分配表 (7)3.2 硬件接线图 (8)3.3 程序流程图 (8)3.4 状态转移图 (9)3.5 步进梯形图 (10)3.6 时序图 (12)总结 (13)参考文献 (14)评审意见表 (15)第一章三相六拍步进电机的PLC控制及要求1．1步进电机的工作原理电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60º。

各磁极上套有线圈，连成A、B、C三相绕组。

转子上均布40个小齿。

所以每个齿的齿距为θE=360º/40=9º，而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。

摘要目前世界上发达国家生产和使用地数量日益增多, 它作为工业控制器广泛地应用于冶金生产、汽车制造、石油化工、轻工食品、能源、交通等几乎所有工业领城.其控制方法也从简单地单机开关量控制向过程控制、数字控制和多机网络控制方向发展.传统电器控制, 使用最多地电器是继电器, 而且继电器控制采用固定接线, 很难适应产品机型地更新换代.生产线承担地加工对象改变后, 加工控制程序随之改变要求.对于大型自动化生产线地控制系统使用地继电器数很多, 这些有触点地电器工作频率较低, 在频繁动作地情况下, 寿命较短, 容易造成系统故障, 使生产运行地可靠性、稳定性降低.使用比可编程控制器实现三相六拍步进电机驭动, 可使步进电机动作地抗干扰能力强、可靠性高, 同时, 由于实现了模块化结构, 使系统构成十分灵活, 而且编程语言简单易学, 便于掌握.可以进行在线修改,柔性好, 体积小, 维修方便.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地控制元件.目前,比较典型地控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机.但采用单片机控制, 不仅要设计复杂地控制程序和I /O 接口电路, 实现比较麻烦,而且对工业现场地恶劣环境适应性差, 可靠性不高.基于PLC 控制地步进电机具有设计简单, 实现方便, 定位精度高, 参数设置灵活等优点, 在工业过程控制中使用, 可靠性高, 监控方便.下面介绍一种基于PLC 地步进电动机PTO 控制地方法.目录摘要1第一章步进电动机31.1 步进电机基础31.1.0 步进电机地主要特性31.1.1 三相六拍步进电机4第二章三相六拍步进电动机控制程序地设计62.1 程序设计地基本思路62.1．1 三相六拍步进电机地控制要求62.1.2 控制程序框图及软件模块62.2 梯形图程序设计72.2．1 输入惭出编址72.2．2 状态真值表72．3 梯形图程序82.4 三相六拍步进电机控制语句表122.5 步进电机地I／O分配13第三章143.1 程序地分析与比较143．1.0 简捷性143．2 柔性化143．2．1 步进速度地变化143．2．2 从三相六拍到五相十拍15第四章总结16参考文献16第一章步进电动机1.1 步进电机基础步进电动机主要用于开环控制系统,也可用于闭环控制系统.步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应地角位移或直线位移地机电执行元件.1.1.0步进电机地主要特性(1)步距角和静态步距误差:步进电机地步距角 是决定开环伺服系统脉冲当量地重要参数, 数控机床中常见地反应式步进电机地步距角一般为0.5°～0.3°一般情况下, 步距角越小, 加工精度越高, 静态步距误差指理论地步距角和实际地步距角之差, 以分表示, 一般在10’以内.步距误差主要由步进电机齿距角制造误差、定子和转子间气隙不均匀、各相电磁转矩不均匀等因素造成地, 步距误差直接影响工作地加工精度以及步进电机地动态特性.（2）动频率fd：空载时, 步进电机由静止突然启动, 并进人不丢步地正常运行所允许地最高频率, 称为启动频率或突跳频率用fd表示, 若启动频率大于突跳频率, 步进电机就不能正常启动, fd与负载惯量有关, 一般说来随着负载惯量地增长而下降.空载启动时, 步进电机定子绕组通电状态变化地频率不能高于突跳频率.（3）连续运行地最高工作频率fmax,步进电机连续运行时, 它所能接受地, 即保证不丢步运行地极限频率fmax称为最高工作频率.它是决定定子绕组通电状态最高变化频率地参数, 它决定了步进电机地最高转速.其值大于fq, 并且随着负载地性质和大小而异.（4）加减速特性：步进电机地加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止地加减速过程中, 定子绕组通电状态地变化频率与时间地关系.当要求步进电机启动到大于突跳频率地工作频而停止时,变化速度必须逐渐下降.逐渐上升和逐渐下降地加速时间、减速不能过小, 否则会出现失步或超步.我们用加速时间常数来描述步进电机地升速和降速特性见图1.(5)矩频特性与动态转矩,矩频特性M=F(f), 图1.2是描述转矩一频率关系地曲线, 该特性曲线上每一个频率对应地转矩称为动态转矩.可见, 动态转矩随连续频率地上升或下降.上述步进电机地主要特性除第一项外, 其余均与电源有很大关系.驱动电源性能好, 步进电机地特性可能得到明显改善.图1.2 转矩一顺率特性曲线1.1.1三相六拍步进电机三相六拍步进电机是一典型单定子、径向分相、反应式伺服电机.其结构原理图如图3所示.它与普通电机一样, 分为定子和转子两部分, 其中定子又分为定子铁芯和定子绕组.定子铁芯由电工钢片叠压而成.定子绕组绕制在定子铁芯上, 六个均匀分布齿上地线圈, 在直径方向上相对地两个齿上地线圈串联在一起, 构成一相控制绕组.三相步进电机可构成三相控制绕组, 若任一相绕组通电, 便形成一组定子磁极, 其方向即图1.3中所示地N3极.在定子地每个磁极上, 即定子铁芯上地每个齿上开了五个小齿, 齿槽等宽, 齿间夹角为9°, 转子上没有绕组, 只有均匀分布地个40小齿, 齿槽也是等宽地, 齿间夹角也是, 与磁极上地小齿一致.此外, 三相定子磁极上地小齿在空间位置上依次错开1／3齿距, 如图1.4所示.当A相磁极上地小齿与转子上地小齿对齐时, B相磁极上地齿刚好超前或滞后转子齿轮1／3齿距角, C相磁极齿超前或滞后转子齿2／3齿距角.图1.3 单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理圈图1.4 步进电机齿矩三相六拍步进电机地工作原理激磁式如图1.3,当A相绕组通电时, 转子地齿与定子AA上地齿对齐.若A相断电, B相通电, 由于磁力地作用, 转子地齿与定子BB上地齿对齐, 转子沿顺时针方向转过3°, 如果控制线路不停地按A A→地循环顺序控制步进电机绕→CB→组地通电、断电, 步进电机地转子便不停地顺时针转动, 这是三相三拍.而当AB同时通电时, 由于两个滋力地作用, 定子绕组地通电状态每改变一次, 转子转过1.5°,原理与三相三拍相同,从而形成三相六拍, 其通电顺序为：第二章三相六拍步进电动机控制程序地设计2.1 程序设计地基本思路在进行程序设计时,首先应明确对象地具体控制要求.由于CPU对程序地串行扫描工作方式,会造成输人偷出地滞后,而由扫描方式引起地滞后时间,最长可达两个多扫描周期_1 J,程序越长,这种滞后越明显,则控制精度就越低.因此,在实现控制要求地基础上,应使程序尽量简捷、紧凑.另一方面,同一个控制对象,根据生产地工艺流程地不同,控制要求或控制时序会发生变化,此时,要求程序修改方便、简单,即要求程序有较好地柔性.以SIMATIC移位指令为步进控制地主体进行程序设计,可较好地满足上述设计要求.2.1．1 三相六拍步进电机地控制要求对三相六拍步进电机地控制,主要为两个方面：三相绕组地接通与断开顺序控制以及步进速度地控制.即：正转顺序：A—AB—B—BC—C—CA—A；反转顺序：A—AC— C— CB—B—BA—A 以及每个步距角(每个箭头)地行进速度.围绕这两个主要方面,可提出具体地控制要求如下：(1)可正转起动或反转起动；(2)运行过程中,正反转可随时不停机切换；(3)步进两种速度可分为高速(0．05 S)、低速(0．5 s)两档,并可随时手控变速；(4)停止时,应对移位寄存器清零,使每次起动均从A相开始.2.1.2控制程序框图及软件模块由上述具体控制要求,可作出步进电机在起动运行时地程序框图,如图1所示.以工作框图为基本依据,结合考虑控制地具体要求,首先可将梯形图程序分成4个模块进行编程,即模块1：步进速度选择；模块2：起动、停止和清零；模块3：移位步进控制功能模块；模块4：A、B、C三相绕组对象控制.然后,将各模块进行连接,最后经过调试、完善、实现控制要求.图2.1 步进电机控制程序流程图2.2梯形图程序设计2.2．1 输入惭出编址控制步进电机地各输入开关及控制A、B、C三相绕组工作地输出端在PLC 中地I／O编址如表2.1所示.表2.1 输入与输出编址2.2．2 状态真值表采用移位指令进行步进控制.首先指定移位寄存器MB0,按照三相六拍地步进顺序,移位寄存器地初值见表2.2.表2.2移位寄存器初值1每右移1位,电机前进一个步距角(一拍),完成六拍后重新赋初值.其中MO．6和MO．7始终为“0”.据此,可作出移位寄存器输出状态及步进电机正反转绕组地状态真值表,如表2.3所示.从而得出三相绕组地控制逻辑关系式：正转时A相 QO．0= MO．5+MO．4+MO．0B相 QO．1= MO．4+MO．3+MO．2C相 QO．2= MO．2+MO．1+MO．0反转时A相 QO．0= MO．5+MO．4+MO．0B相 QO．1= MO．2+MO．1+MO．0C相 QO．2= MO．4+MO．3+MO．2表2.3 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表2．3 梯形图程序根据程序模块及三相绕组地控制逻辑关系,即可编写出梯形图控制程序,如图2所示.其中Networkl～3对应模块1；Network4~6对应模块2；Network7 12对应模块3；Networkl3～16对应模块4.必须注意,在进行各模块地连接时,应充分考虑各模块功能之间地联锁关系、CPU串行扫描地工作方式对各指令执行结果地影响以及可随时进行正反转切换和步进变速地要求.经过调试、运行,该程序完全满足控制要求.图2 .1 步进电机梯形图控制程序2.4 三相六拍步进电机控制语句表2.5步进电机地I／O分配图2.2 硬件连接线路图图2.3 三相电动机控制电路第三章3.1程序地分析与比较3．1.0简捷性如前所述,步进电机地控制程序设计,可有多种方法,比如,用SIMATIC顺控指令(SCRSCRT、SCRE)编程,程序没有复杂地逻辑关系,设计比较方便,但由于每一次步进切换都须经过对状态地开始、转换和结束处理,会令程序地网络数大大增加；或可用许多地定时器实现各步距角地时间控制,以及变速时间间隔地设置等,则程序冗长、松散；也可以用定时器结合比较指令控制各步进时段,但会使各网络变得复杂,彼此之间地逻辑关系不甚清晰,程序也会比较长.比如,仅作两档转速控制,程序便需约20个网络,若再以加法、减法指令配合对两档转速进行调速,则程序还要增加3～4个网络；有地程序甚至可达约30个网络,而以移位指令作为步进控制地主体编程,获得地程序简捷、清晰,仅需15个网络即可实现,且程序模块间地逻辑关系十分明确.3．2 柔性化3．2．1 步进速度地变化以移位指令作为步进控制主体编程地另一长处,就是程序地柔性好,非常容易修改.在1．1中提孙：对步进电机地控制主要是两个方面,三相绕组接通、断开地顺序控制和步进速度地控制.前者一般不变,而后者却可多变.比如,本文例子中,如果要求电机在运行过程中步进速度可任意加、减,而不是仅有三档速度,此时任何变速实际上只是改变移位指令地执行速度,即改变移位脉冲地发生周期(VWl00),其他所有网络均可不变.所以,只需将程序模块1“步进速度选择(Network1～3)”作如下修改便可实现,如图3所示.图3.1程序模块1地修改其中,原低速开关I1．0变为步进基速赋值开关(Network1)；原中速开关I1．1变为减速开关,每次I1．1从“0”一“1”,步进速度减慢0．01s,即以加法指令实现转过每步距角所需时间增加 0．01s(Network2)；原高速开关I1．2变为加速开关,每次I1．2从“0”一“1”,经减法指令使转过每步距角所需时间减少0．01s(Network3),每次加速或减速地幅度可按需要任意修改设定.而如果用其他方法编程,比如以定时器、比较指令等编程,则每变化一次速度,所有地定时器和比时段都须作出相应地调整,为程序修改带来不便.3．2．2 从三相六拍到五相十拍如果控制对象为五相十拍地步进电动机,则依据三相六拍地编程思路,只需在模块3中,将8位(字节)移位寄存器改为16位(字)移位寄存器.比如：取寄存器MW3=MB3+MB4,其初值见表3.1.表3.1移位寄存器初值移位指令相应由“SHR—B”修改为“SHR—w”,然后根据五相十拍步进电动机地工作顺序：正转ABC— BC— BCD— CD— CDE—DE— DEA — EA — EAB— AB— ABC反转ABC— BA— BAE— AE— AED—ED 一Ⅱ )C— DC— D(1B— CB — CBA作出移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表,得出五相绕组控制逻辑关系式,最后,在模块4(对象控制)中增加控制对象D、E和修改控制逻辑关系,便可非常方便地完成五相十拍地梯形图控制程序.另外,需注意,在修改程序时,图2中Net—work6和Network7地传送指令亦应相应地改为字传送指令“MOV—w(Mw3)”以及Networkl2计数器指令地“PT”相应改为10.第四章总结（1）本设计地控制系统是通过PLC地高速脉冲输出指令PLS和实时地高速计数器中断实现对步进机地正反转地起、停及复位控制.（2）利用PLC可方便地实现电机地速度和位置进行控制,可靠地实现各种步进电机地操作,完成各种复杂地工作.PLC控制方法改变控制参数相当方便,只需改变PLC程序中相应部分即可,对任何相数地步进机都可以使用,在设计方法上简单易行,提高了控制系统地柔性和可靠性.（3）利用本设计所介绍地三相六拍步进电机梯形图控制程序地设计方法,可以方便地得出五相十拍步进电机地控制程序,亦可将“程序模块化”地设计思路应用于其他地控制程序设计中.（4）通过本次实验,让我巩固了以前学习地PLC课程,也通过实验地课题设计把理论和实际完美地结合在一起,不但使我学到了更多新地知识,也提高了自己独立思考和动手地能力.参考文献[1]、常斗南,李全利 ,张学武编著. 可编程序控制器原理、应用、实验[M] 北京：机械工业出版社1998年7月[2]、李乃夫编著 . 可编程序控制器原理、应用、实验[M] 北京：中国轻工业出版社1998年1月[3]、何衍庆,戴自祥,俞金寿编著 . 可编程序控制器原理及应用技巧[M] 北京：化学工业出版社 1998年8月[4]、俞雷声,方宗达编著 .电气控制与PLC应用[M] 北京：机械工业出版社 1998年10月[5]、易传禄,韩希光编著.可编程序控制器应用指南[M] 上海：上海科学普及出版社1993年6月[6]、黄大雷,吴庚申编著. 可编程序控制器及其应用[M]人民交通出版社 1993年1月[7]、马洪飞,陈宏钧 ,刘汉奎编著.电气自动化英语[M]哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社1999年7月[8] 王宗培, 孔昌平, 李楚武编著. 步进电动机及其控制系统[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社[9] 刘宝廷, 程树康编著. 步进电动机及其驱动控制系统[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 1997.[10] 陈隆昌,阎治安,刘新正编著.控制电机[M].西安：西安电子科技大学出版社2000年5月版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. 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目录任务与分析 01 步进电机工作原理 (1)2 总体设计方案 (2)2.1 步进电机驱动方案的比较 (2)2.2.1单电压限流型驱动电路 (2)2.2.2高低压切换型驱动电路 (3)2.2.3斩波恒流驱动电路 (3)2.2.4调频调压驱动电路 (4)2.2.5细分驱动方式 (5)3 步进电机驱动器电路原理图 (6)3.1环形分配器的电路原理图 (6)3.1.1环形分配器的设计 (7)3.2斩波恒流驱动电路原理图 (8)3.2.1IGBT及其驱动电路 (8)3.2.2信号反馈电路 (9)4 功率器件的选择与计算 (10)4.1 功率半导体的选择 (10)4.2 相关元件的选择 (10)4.2 相关电阻值的计算 (10)5 系统调试 (12)5.1 仿真结果 (12)总结 (14)参考文献 (15)摘要本文设计一种步进电动机斩波恒流驱动器。

该电路采用硬件环形分配器产生电脉冲，以IGBT作为驱动器的核心控制器件。

其特点是控制性能良好，有效提高步进电机的运行矩频特性、启动矩频特性和惯性特性等。

斩波恒驱动电路采用IGBT为开关管。

这是一种新型的全控型电压驱动式功率半导体器件。

它集众多优点与一身，高耐压、大电流、高速、开关频率高、低饱和压降、高可靠性。

非常适合用来设计步进电动机的驱动器。

步进电机驱动器按照其驱动方式可以分为如下几种：恒压驱动、高低压驱动、变频变压驱动以及斩波恒流驱动等。

对于不同的驱动方式，电机的起动特性和运行特性是不同的。

几种驱动方式相比，斩波恒流驱动具有高频响应性能好，输出转矩均匀，无共振现象等优点，从而成为当今步进电机驱动的主要方式。

步进电机的使用性能与它的驱动器有着密切的关系，步进电机的恒流斩波驱动技术从一定程度上解决了步进电机运行中的一些问题，如电源效率低、电流波形差等。

关键词：步进电机驱动器IGBT任务与分析本组课程设计题目为3A/80V三相六拍步进电机驱动设计。

要求采用集成触发环形分配器实现三相六拍的脉冲分配，功率驱动器则采用斩波恒流驱动电路。

目录第一章分析题目要求 (2)1.1 课题内容 (2)1.2 课题要求 (2)1.3 分析工艺流程 (2)第二章控制系统的I/O及地址分配 (4)第三章电气控制系统原理图 (5)3.1主电路图 (5)3.2 控制电路图 (5)3.3 外端子接线图 (5)第四章系统程序 (6)第五章有关步进电机的使用 (11)第六章总结 (14)6.1总结 (14)6.2参考文献 (15)第一章分析题目要求1.1 课题内容用PLC控制三相六拍步进电机，其控制要求如下：1．三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2．要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。

3．具有两种转速：1号开关合上，则转过一个步距角需0.5秒。

2号开关合上，则转过一个步距角需0.05秒。

1.2 课题要求1．按题意要求，画出PLC端子接线图、控制梯形图。

2．完成PLC端子接线工作，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。

3. 完成课程设计说明书。

1.3 分析工艺流程本课题要求步进电机是三相六拍运行三相六拍正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA三相六拍反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB所以我们可以根据通电的顺序，给相应的相序分配相应的地址，按照控制的要求我们就可以给出相应的控制程序。

该控制系统的控制原理图如下1-1：图1-1 系统控制原理图所以由以上控制系统的要求可以给出控制系统的程序流程图1-2:图1-2 程序控制流程图第二章控制系统的I/O及地址分配本控制系统的输入/输出信号的名称，代码及地址编号如表2-1第三章电气控制系统原理图3.1主电路图参照《电器与PLC控制技术试验指导书》实验16 三相步进电机的模拟控制，可以知道，我们可以用PLC直接去控制电机。

所以主电路是非常简单的，这里不再画出。

3.2 控制电路图控制电路由于用到的输入都是直接接在PLC上的，其控制过程相对比较简单。

摘要三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。

它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁芯和定子绕组。

定子铁芯由电工钢片叠压而成。

定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串连在一起，构成一相控制绕组。

三相步进电机可构成三相控制绕组，若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极。

在定子的每个磁极上，即定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，与磁极上的小齿一致。

此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。

当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮1/3齿距角，C相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮2/3齿距角。

步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。

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。

三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多情况下，三相步进电机采用三相六拍运行方式。

图1.1单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理图摘要：三相六拍电机正、反转控制目录一、本论文的目的及工作内容二、现行研究存在的问题及解决办法三、方案原理分析1、功能要求2、性能要求3、可行性研究四、控制系统设计1、详述控制系统的实现方法2、梯形图程序设计五、心得体会一、本论文的目的及工作内容用PLC控制三相六拍步进电机实现如下操作，其控制要求如下：1．三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2．要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。

课韪一基于PLC的三相六拍步进电动机控制程序设计一、课题内容：用PLC控制三相六拍步进电机，其控制要求如下：1．三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2．要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。

二、课题要求：1．按题意要求，对PLC进行选型，画出PLC端子接线图。

2．完成梯形图控制程序设计，完成调试。

3. 完成课程设计书。

课韪二艺术彩灯造型的PLC控制某艺术彩灯造型演示板如图所示，图中A、B、C、D、E、F、G、H为八只彩灯，呈环形分布，控制要求如下（灯的点亮顺序）将启动开关S1合上，八只彩灯同时亮1s，即ABCDEFFH同时亮1s，接着八只彩灯按逆时针方向轮流各亮1s，即A亮1s→B亮1s→C亮1s→D亮1s→E亮1s→F亮1s→G亮1s →H亮1s;接下来八只彩灯又同时亮1s,即ABCDEFFH同时亮1s，然后八只彩灯按顺时针方向轮流各亮1s，即H亮1s→G亮1s→F亮1s→E亮1s→D亮1s→C亮1s→B亮1s→A亮1s。

然后按此顺序重复执行，按下停止开关S2，所有灯灭。

课题三全自动洗衣机PLC控制一、课题内容：全自动洗衣机运行框图及梯形图控制程序的编制，并画出硬件接线图。

二、控制要求：（1）按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位，关水（2）2秒后开始洗涤（3）洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒（4）如此循环5次，总共320秒后开始排水，排空后脱水30秒（5）开始清洗，重复（1）～（4），清洗两遍（6）清洗完成，报警3秒并自动停机（7）若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）课题四病床呼叫器的PLC控制一、任务描述某住院病房有14个房间，每个房间有4张床，病床编号由房间号和床号组成，分别为011、012、013、014、021、022、 (141)142、143、144。

学号20142164４4《电气控制与可编程控制技术》课程设计(2０１4级本科)题目：三相六拍步进电机PＬC控制系统的设计系（部）院：物理与机电工学院专业: 能源与动力工程作者姓名: 周正峰指导教师: 单乐职称:助教完成日期: 2 0 1 7 年７月１３日目录目录ﻩ错误!未定义书签。

摘要ﻩ错误!未定义书签。

第一章可编程程序控制器（PLＣ)ﻩ错误!未定义书签。

1.1 PLC的定义ﻩ错误!未定义书签。

1.２ＰLＣ的特点ﻩ错误!未定义书签。

1．3步进电机的特点………………………………………………………………………………………５第二章系统总体方案设计................................................... 错误!未定义书签。

2.1三相六拍步进电机的控制要求 ........................................ 错误!未定义书签。

2.2方案原理分析ﻩ错误!未定义书签。

第三章PLC控制系统设计.................................................... 错误!未定义书签。

3．1输入输出编址ﻩ错误!未定义书签。

3.2选择PLC的类型 .................................................... 错误!未定义书签。

3.3 PＬＣ外部接线图................................................... 错误!未定义书签。

３.4控制流程图: ...................................................... 错误!未定义书签。

３．5梯形图程序设计 .................................................. 错误!未定义书签。

3.６语句表ﻩ错误!未定义书签。

现代控制技术及PLC控制课程设计姓名学号班级机电专业机械电子工程院别机械工程学院指导教师2013年7月5日内容摘要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。

目前,比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。

但采用单片机控制, 不仅要设计复杂的控制程序和I /O 接口电路, 实现比较麻烦, 而且对工业现场的恶劣环境适应性差, 可靠性不高。

使用PLC可编程控制器实现三相六拍步进电动机驱动，可使步进电动机东芝的抗干扰能力强，可靠性高，同时，由于实现了模块化结构，是系统结构十分灵活，而且编程语言简短易学，便于掌握，可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。

本设计是利用PLC做三相六拍步进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现对步进电机正,反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。

其次可以通过对按钮的控制来实现对高，低速度的控制。

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计最重要的一条原则。

本设计更加便于实现对步进电机的制动化控制。

目录1引言 (1)2系统总体方案设计 (2)2.1系统硬件配置及组成原理 (2)2.2 方案原理分析 (3)2.3 可行性研究 (3)2.4 设计思想 (3)3 控制系统设计 (4)3.1 控制程序图及软件模块 (4)3.2 梯形图程序设计与梯形图 (5)3.3 三相六拍步进电机控制语句表 (9)3.4 PLC接线图与主电路图 (10)4 心得体会 (11)5 参考文献 (12)引言课题内容用PLC控制三相六拍电动机，控制要求如下：1.三相步进电动机有三个绕组：A,B,C,正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2.要求能实现正，反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。

3．就有两种转速：1号开关合上，则转过一个步距角需0.5秒。

电气工程学院课程设计说明书设计题目：三相六拍步进电机PLC控制系统设计系别：电气工程学院年级专业：应用电子学号：学生姓名：指导教师：电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC课程设计基层教学单位：电气工程及自动化系指导教师：学号学生姓名专业班级设计题目三相六拍步进电机PLC控制系统设计设计技术参数采用PLC构成三相六拍步进电机的电气控制系统。

控制要求查阅相关文献。

设计要求1) 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。

2) 根据控制要求，编制PLC控制程序3) 按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。

参考资料1、《PLC电气控制技术》漆汉宏主编机械工业出版社20082、图书馆各类期刊文献相关数据库3、相关电气设计手册周次第一周第二周应完成内容完成全部方案设计：周一、二：查、阅相关参考资料周二至周五：方案设计周六、日：设计方案完善周一、二：完成设计说明书周三、四：绘制A1设计图纸周五：答辩考核指导教师签字基层教学单位主任签字说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科摘要步进电机广泛应用于数控机床，加工中心等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，在国民经济各个领域都有应用。

PLC(可编程序控制器）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一门新兴技术，是实现工业生产、科学研究以及其他各个领域自动化的重要手段之一，应用十分广泛，是现代工业控制的三大支柱之一。

本设计是用PLC实现三相六拍步进电机驱动过程控制，使步进电机动作的抗干扰能力强、可靠性高，而且系统构成十分灵活，便于在线修改。

关键词：步进电机PLC 三相六拍目录第一章课题任务分析 (4)1.1 三相六拍步进电机概况 (4)1.2 三相六拍步进电机的选择 (5)1.3 用PLC控制三相六拍步进电机的设计要求 (6)第二章三相六拍步进电机的驱动控制 (7)2.1 驱动电源的组成 (7)2.2 驱动电源各部分简介 (7)第三章硬件设计 (9)3.1确定I/O点数及PLC机的选择 (9)3.2 控制系统的I/O口及地址分配 (9)3.3 I/O端子接线图 (10)第四章软件设计 (11)4.1.1转速的控制 (11)4.1.2正反转控制 (11)4.1.3 状态转移图 (12)4.1.4 步进梯形图 (13)4.1.5 指令表 (19)第五章心得体会 (21)参考文献 (22)第一章课题任务分析1.1 三相六拍步进电机概况一般电机都是连续旋转，而步进电机却是一步一步转动的，故叫步进电机。

一3 相6 拍步进电动机控制程序的设计
对于3相6拍步进电动机的控制程序，可以采用以下的设计方法：
1. 确定步进电动机的相序和步进角度，以便控制程序可以正确地驱动电机。

2. 编写一个驱动程序，将相应的脉冲信号发送给步进电动机，以驱动它进行旋转运动。

3. 可以根据需要添加一些状态指示功能，如转速、位置信息等，以便更好地控制和监测步进电动机的运动情况。

4. 在程序设计过程中，需要考虑到实际的使用情况和需要控制的精度，以确保程序的运行效果和可靠性。

5. 最后，需要对程序进行测试和调试，以确保控制程序可以正确地驱动步进电动机进行运动。

1 引言1.1课程设计任务和要求课程设计任务:设计一个三相步进电机控制系统，设计一个计算机步进电机程序控制系统，可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。

通过设计，掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤，进一步提高综合运用知识的能力。

要求完成的主要任务:（1）设计接口电路和驱动电路，对步进电机进行控制。

（2）选择控制算法，编写控制程序，实现三相步进电机在六拍工作方式下先正转90度，然后再反转60度，要求其速度可调，转向可控。

（3）写出设计说明书。

课程任务要求:（1）查阅资料，确定设计方案（2）选择器件，设计硬件电路，并画出原理图和PCB图（3）画出流程图，编写控制程序（4）撰写课程设计说明书2 步进电机的概述2.1 步进电机的特点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温度高。

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不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。

在它的作用下，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（电机转速从低速升到高速）。

2.2 步进电机的工作原理步进电机是一种用电脉冲进行控制 ,将电脉冲信号转换成相位移的电机,其机械位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比,每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度.脉冲的数量决定了旋转的总角度 ,脉冲的频率决定了电机运转的速度.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。

目录任务与分析.............................................................. - 1 -1 步进电机工作原理...................................................... -2 -2 总体设计方案.......................................................... -3 -2.1 步进电机驱动方案的比较.............................................. - 3 -2.2.1单电压限流型驱动电路............................................... - 3 -2.2.2高低压切换型驱动电路............................................... -4 -2.2.3斩波恒流驱动电路................................................... - 4 -2.2.4调频调压驱动电路................................................... -5 -2.2.5细分驱动方式....................................................... - 6 -3 步进电机驱动器电路原理图.............................................. - 7 -3.1环形分配器的电路原理图............................................... - 7 -3.1.1环形分配器的设计................................................... - 7 -3.2斩波恒流驱动电路原理图............................................... - 8 -3.2.1IGBT及其驱动电路................................................... - 9 -3.2.2信号反馈电路...................................................... - 10 -4 功率器件的选择与计算................................................. - 11 -4.1 功率半导体的选择................................................... - 11 -4.2 相关元件的选择..................................................... - 11 -4.2 相关电阻值的计算................................................... - 11 -5 系统调试............................................................. - 13 -5.1 仿真结果........................................................... - 13 -总结................................................................. - 15 -参考文献............................................................... - 16 -摘要本文设计一种步进电动机斩波恒流驱动器。

三相六拍步进电机PLC控制设计和调试《机电⼀体化系统设计》课程设计三相六拍步进电机PLC控制设计和调试的设计⽬录第⼀章绪论 (4)1.1研究的现状 (4)1.2PLC控制步进电机发展的趋势 (5)1.3本设计的⽬的、意义 (5)1.4⼩结 (5)第⼆章三相六拍步进电机的PLC控制和要求 (6)2.1可编程控制器的⼯作原理 (6)2．2步进电机的⼯作原理及其控制要求 (9)2.2.1⼯作原理 (9)2.2.2控制要求 (11)2.2.3步距⾓的细分 (12)2．3PLC控制系统所需I/O点数的确定和存储器容量的估算 (13)2．4PLC控制系统所需机型的选择 (14)2．5PLC控制系统的设计思想 (15)第三章实验调试和结果分析 (15)3.1PLC控制系统中I/O端⼦接线图及I/O地址分配表 (15)3.1.1 步进电机I/O分配表 (15)3.1.2 I/O端⼦接线图 (16)3.1.3 步进电机控制流程图 (18)3.2梯形图 (19)3.3指令语句表 (22)3.4实验的时序图 (25)3.5实验调试中遇到的问题及解决⽅案 (27)3.6⼩结 (27)第四章．论⽂总结及展望 (29)4.1论⽂总结 (29)4.2⼯作展望 (30)致谢 (31)参考⽂献 (32)摘要充分发挥PLC的功能，最⼤限度地满⾜被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的⾸要前提，这也是设计中最重要的⼀条原则。

本设计是⽤PLC做三相六拍步进电机的控制核⼼，⽤按钮开关的通断来实现对步进电机正、反转控制，⽽且正、反转切换⽆须经过停车步骤。

其次可以通过对按钮的控制来实现对⾼、中、低速度的控制。

关键词：PLC控制三相六拍步进电机电机正反转第⼀章绪论1.1研究的现状⽬前对于对步进电机的控制存在精度和价格⽅⾯的⽭盾。

因为⾼精度的实时演算需要较⾼性能的DSP芯⽚，成本较⾼。

因此现在的控制⽅法是采⽤⼤量的硬件电路。

这种控制⽅法的精度不但较低，且成本较⾼。

江汉大学物理与信息工程学院数电课程设计报告课题名称：三相六拍步进电机控制设计指导老师：***专业：电子信息工程专业学号：XXXXXXXx姓名：XX目录一、设计要求二、设计方案三、设计原理A、步进电机B、环形分配器C、步进电机驱动电路四、总电路图五、设计总结一、设计要求1、设计三相六拍环形分配器，使电机能正转、反转和保持；2、设计时钟电路（可使用手动），使时钟频率f=1—50连续可调；3、设计电机驱动电路，使电机在时钟脉冲和控制信号的控制下正常运转。

二、设计方案如上图所示整个电路分为三大模块：时钟电路、环形分配器、步进电机驱动电路。

通过EN、DR 信号来控制电机正转、反转、停转。

三、设计原理1、步进电机a、步进电机（三相六拍）结构及工作原理上图为（三相六拍）步进电机的结构图。

步进电机控制主要有三个重要参数即转速、转过的角度和转向。

由于步进电机的转动是由输入脉冲信号控制，所以转速是由输入脉冲信号的频率决定，而转过的角度由输入脉冲信号的脉冲个数决定。

转向由环形分配器的输出通过步进电机A、B、C相绕组来控制，环形分配器通过控制各相绕组通电的相序来控制步电机转向，步进电机的特点是来一个电脉冲，转一个步距角，控制脉冲频率可以控制电机转速，改变脉冲顺序来改变方向。

b、步进电机的工作方式步进电机A、B、C相绕组的通电顺序：正转（即RD为高电平）A→AB→B→BC→C→CA→AA、B、C绕组电平变化顺序：100→110→010→011→001→101→100反转（即RD为低电平）A→AC→C→CB→B→BA→AA、B、C绕组电平变化顺序：100→101→001→011→010→110→100每来一个cp脉冲，转子转过30度（360/12），改变三相线圈的通电顺序即可改变电机转动方向。

2、环形控制器根据三相六拍步进电机工作原理可以得到下图：令，可得到环形分配器的状态方程和驱动方程，其卡诺图如下所示：选用D触发器根据上图有：其逻辑图为：其仿真电路为：3、步进电机驱动电路如下图所示是步进电动机一相的驱动电路，L是电动机绕组，晶体管VT可以认为是一个无触点开关，它的理想工作状态应使电流流过绕组L的波形尽可能接近矩形波。

机电工程学院课程设计说明书设计题目: 三相六拍步进电动机控制程序的设计与调试学生姓名： XXXXX专业班级： XXXXX学号：XXXXX指导教师： XXXXX2012年12 月08 日内容摘要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。

目前,比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。

但采用单片机控制, 不仅要设计复杂的控制程序和I /O 接口电路, 实现比较麻烦, 而且对工业现场的恶劣环境适应性差, 可靠性不高。

使用PLC可编程控制器实现三相六拍步进电动机驱动，可使步进电动机东芝的抗干扰能力强，可靠性高，同时，由于实现了模块化结构，是系统结构十分灵活，而且编程语言简短易学，便于掌握，可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。

本设计是利用PLC做三相六拍步进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现对步进电机正,反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。

其次可以通过对按钮的控制来实现对高，低速度的控制。

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计最重要的一条原则。

本设计更加便于实现对步进电机的制动化控制。

关键词：PLC控制;三相六拍;步进电动机;电机正反转目录引言 (1)第1章步进电动机和PLC简介 (2)1.1步进电动机 (2)1.1.1三相六拍步进电动机 (2)1.2PLC简介 (3)1.2.1可编程控器概述 (3)1.2.2 可编程控制器的定义 (3)1.2.3 PLC的特点 (3)第2章三相六拍步进电动机控制程序的设计 (5)2.1控制程序流程图及软件模块 (5)2.2梯形图程序设计 (7)2.2.1 CPU的选择 (7)2.2.2输入输出编址 (7)2.2.3状态真值表 (7)2.3梯形图程序 (8)2.4三相六拍步进电机控制语句表 (12)2.5程序的运行及调试 (14)2.6I/O接线图 (16)结论 (17)设计总结 (18)谢辞 (19)参考文献................................................ 错误!未定义书签。

摘要目前世界上发达国家生产和使用地数量日益增多, 它作为工业控制器广泛地应用于冶金生产、汽车制造、石油化工、轻工食品、能源、交通等几乎所有工业领城.其控制方法也从简单地单机开关量控制向过程控制、数字控制和多机网络控制方向发展.传统电器控制, 使用最多地电器是继电器, 而且继电器控制采用固定接线, 很难适应产品机型地更新换代.生产线承担地加工对象改变后, 加工控制程序随之改变要求.对于大型自动化生产线地控制系统使用地继电器数很多, 这些有触点地电器工作频率较低, 在频繁动作地情况下, 寿命较短, 容易造成系统故障, 使生产运行地可靠性、稳定性降低.使用比可编程控制器实现三相六拍步进电机驭动, 可使步进电机动作地抗干扰能力强、可靠性高, 同时, 由于实现了模块化结构, 使系统构成十分灵活, 而且编程语言简单易学, 便于掌握.可以进行在线修改,柔性好, 体积小, 维修方便.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地控制元件.目前,比较典型地控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机.但采用单片机控制, 不仅要设计复杂地控制程序和I /O 接口电路, 实现比较麻烦,而且对工业现场地恶劣环境适应性差, 可靠性不高.基于PLC 控制地步进电机具有设计简单, 实现方便, 定位精度高, 参数设置灵活等优点, 在工业过程控制中使用, 可靠性高, 监控方便.下面介绍一种基于PLC 地步进电动机PTO 控制地方法.目录摘要1第一章步进电动机31.1 步进电机基础31.1.0 步进电机地主要特性31.1.1 三相六拍步进电机4第二章三相六拍步进电动机控制程序地设计62.1 程序设计地基本思路62.1．1 三相六拍步进电机地控制要求62.1.2 控制程序框图及软件模块62.2 梯形图程序设计72.2．1 输入惭出编址72.2．2 状态真值表72．3 梯形图程序82.4 三相六拍步进电机控制语句表122.5 步进电机地I／O分配13第三章143.1 程序地分析与比较143．1.0 简捷性143．2 柔性化143．2．1 步进速度地变化143．2．2 从三相六拍到五相十拍15第四章总结16参考文献16第一章步进电动机1.1 步进电机基础步进电动机主要用于开环控制系统,也可用于闭环控制系统.步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应地角位移或直线位移地机电执行元件.1.1.0步进电机地主要特性(1)步距角和静态步距误差:步进电机地步距角 是决定开环伺服系统脉冲当量地重要参数, 数控机床中常见地反应式步进电机地步距角一般为0.5°～0.3°一般情况下, 步距角越小, 加工精度越高, 静态步距误差指理论地步距角和实际地步距角之差, 以分表示, 一般在10’以内.步距误差主要由步进电机齿距角制造误差、定子和转子间气隙不均匀、各相电磁转矩不均匀等因素造成地, 步距误差直接影响工作地加工精度以及步进电机地动态特性.（2）动频率fd：空载时, 步进电机由静止突然启动, 并进人不丢步地正常运行所允许地最高频率, 称为启动频率或突跳频率用fd表示, 若启动频率大于突跳频率, 步进电机就不能正常启动, fd与负载惯量有关, 一般说来随着负载惯量地增长而下降.空载启动时, 步进电机定子绕组通电状态变化地频率不能高于突跳频率.（3）连续运行地最高工作频率fmax,步进电机连续运行时, 它所能接受地, 即保证不丢步运行地极限频率fmax称为最高工作频率.它是决定定子绕组通电状态最高变化频率地参数, 它决定了步进电机地最高转速.其值大于fq, 并且随着负载地性质和大小而异.（4）加减速特性：步进电机地加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止地加减速过程中, 定子绕组通电状态地变化频率与时间地关系.当要求步进电机启动到大于突跳频率地工作频而停止时,变化速度必须逐渐下降.逐渐上升和逐渐下降地加速时间、减速不能过小, 否则会出现失步或超步.我们用加速时间常数来描述步进电机地升速和降速特性见图1.(5)矩频特性与动态转矩,矩频特性M=F(f), 图1.2是描述转矩一频率关系地曲线, 该特性曲线上每一个频率对应地转矩称为动态转矩.可见, 动态转矩随连续频率地上升或下降.上述步进电机地主要特性除第一项外, 其余均与电源有很大关系.驱动电源性能好, 步进电机地特性可能得到明显改善.图1.2 转矩一顺率特性曲线1.1.1三相六拍步进电机三相六拍步进电机是一典型单定子、径向分相、反应式伺服电机.其结构原理图如图3所示.它与普通电机一样, 分为定子和转子两部分, 其中定子又分为定子铁芯和定子绕组.定子铁芯由电工钢片叠压而成.定子绕组绕制在定子铁芯上, 六个均匀分布齿上地线圈, 在直径方向上相对地两个齿上地线圈串联在一起, 构成一相控制绕组.三相步进电机可构成三相控制绕组, 若任一相绕组通电, 便形成一组定子磁极, 其方向即图1.3中所示地N3极.在定子地每个磁极上, 即定子铁芯上地每个齿上开了五个小齿, 齿槽等宽, 齿间夹角为9°, 转子上没有绕组, 只有均匀分布地个40小齿, 齿槽也是等宽地, 齿间夹角也是, 与磁极上地小齿一致.此外, 三相定子磁极上地小齿在空间位置上依次错开1／3齿距, 如图1.4所示.当A相磁极上地小齿与转子上地小齿对齐时, B相磁极上地齿刚好超前或滞后转子齿轮1／3齿距角, C相磁极齿超前或滞后转子齿2／3齿距角.图1.3 单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理圈图1.4 步进电机齿矩三相六拍步进电机地工作原理激磁式如图1.3,当A相绕组通电时, 转子地齿与定子AA上地齿对齐.若A相断电, B相通电, 由于磁力地作用, 转子地齿与定子BB上地齿对齐, 转子沿顺时针方向转过3°, 如果控制线路不停地按A A→地循环顺序控制步进电机绕→CB→组地通电、断电, 步进电机地转子便不停地顺时针转动, 这是三相三拍.而当AB同时通电时, 由于两个滋力地作用, 定子绕组地通电状态每改变一次, 转子转过1.5°,原理与三相三拍相同,从而形成三相六拍, 其通电顺序为：第二章三相六拍步进电动机控制程序地设计2.1 程序设计地基本思路在进行程序设计时,首先应明确对象地具体控制要求.由于CPU对程序地串行扫描工作方式,会造成输人偷出地滞后,而由扫描方式引起地滞后时间,最长可达两个多扫描周期_1 J,程序越长,这种滞后越明显,则控制精度就越低.因此,在实现控制要求地基础上,应使程序尽量简捷、紧凑.另一方面,同一个控制对象,根据生产地工艺流程地不同,控制要求或控制时序会发生变化,此时,要求程序修改方便、简单,即要求程序有较好地柔性.以SIMATIC移位指令为步进控制地主体进行程序设计,可较好地满足上述设计要求.2.1．1 三相六拍步进电机地控制要求对三相六拍步进电机地控制,主要为两个方面：三相绕组地接通与断开顺序控制以及步进速度地控制.即：正转顺序：A—AB—B—BC—C—CA—A；反转顺序：A—AC— C— CB—B—BA—A 以及每个步距角(每个箭头)地行进速度.围绕这两个主要方面,可提出具体地控制要求如下：(1)可正转起动或反转起动；(2)运行过程中,正反转可随时不停机切换；(3)步进两种速度可分为高速(0．05 S)、低速(0．5 s)两档,并可随时手控变速；(4)停止时,应对移位寄存器清零,使每次起动均从A相开始.2.1.2控制程序框图及软件模块由上述具体控制要求,可作出步进电机在起动运行时地程序框图,如图1所示.以工作框图为基本依据,结合考虑控制地具体要求,首先可将梯形图程序分成4个模块进行编程,即模块1：步进速度选择；模块2：起动、停止和清零；模块3：移位步进控制功能模块；模块4：A、B、C三相绕组对象控制.然后,将各模块进行连接,最后经过调试、完善、实现控制要求.图2.1 步进电机控制程序流程图2.2梯形图程序设计2.2．1 输入惭出编址控制步进电机地各输入开关及控制A、B、C三相绕组工作地输出端在PLC 中地I／O编址如表2.1所示.表2.1 输入与输出编址2.2．2 状态真值表采用移位指令进行步进控制.首先指定移位寄存器MB0,按照三相六拍地步进顺序,移位寄存器地初值见表2.2.表2.2移位寄存器初值1每右移1位,电机前进一个步距角(一拍),完成六拍后重新赋初值.其中MO．6和MO．7始终为“0”.据此,可作出移位寄存器输出状态及步进电机正反转绕组地状态真值表,如表2.3所示.从而得出三相绕组地控制逻辑关系式：正转时A相 QO．0= MO．5+MO．4+MO．0B相 QO．1= MO．4+MO．3+MO．2C相 QO．2= MO．2+MO．1+MO．0反转时A相 QO．0= MO．5+MO．4+MO．0B相 QO．1= MO．2+MO．1+MO．0C相 QO．2= MO．4+MO．3+MO．2表2.3 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表2．3 梯形图程序根据程序模块及三相绕组地控制逻辑关系,即可编写出梯形图控制程序,如图2所示.其中Networkl～3对应模块1；Network4~6对应模块2；Network7 12对应模块3；Networkl3～16对应模块4.必须注意,在进行各模块地连接时,应充分考虑各模块功能之间地联锁关系、CPU串行扫描地工作方式对各指令执行结果地影响以及可随时进行正反转切换和步进变速地要求.经过调试、运行,该程序完全满足控制要求.图2 .1 步进电机梯形图控制程序2.4 三相六拍步进电机控制语句表2.5步进电机地I／O分配图2.2 硬件连接线路图图2.3 三相电动机控制电路第三章3.1程序地分析与比较3．1.0简捷性如前所述,步进电机地控制程序设计,可有多种方法,比如,用SIMATIC顺控指令(SCRSCRT、SCRE)编程,程序没有复杂地逻辑关系,设计比较方便,但由于每一次步进切换都须经过对状态地开始、转换和结束处理,会令程序地网络数大大增加；或可用许多地定时器实现各步距角地时间控制,以及变速时间间隔地设置等,则程序冗长、松散；也可以用定时器结合比较指令控制各步进时段,但会使各网络变得复杂,彼此之间地逻辑关系不甚清晰,程序也会比较长.比如,仅作两档转速控制,程序便需约20个网络,若再以加法、减法指令配合对两档转速进行调速,则程序还要增加3～4个网络；有地程序甚至可达约30个网络,而以移位指令作为步进控制地主体编程,获得地程序简捷、清晰,仅需15个网络即可实现,且程序模块间地逻辑关系十分明确.3．2 柔性化3．2．1 步进速度地变化以移位指令作为步进控制主体编程地另一长处,就是程序地柔性好,非常容易修改.在1．1中提孙：对步进电机地控制主要是两个方面,三相绕组接通、断开地顺序控制和步进速度地控制.前者一般不变,而后者却可多变.比如,本文例子中,如果要求电机在运行过程中步进速度可任意加、减,而不是仅有三档速度,此时任何变速实际上只是改变移位指令地执行速度,即改变移位脉冲地发生周期(VWl00),其他所有网络均可不变.所以,只需将程序模块1“步进速度选择(Network1～3)”作如下修改便可实现,如图3所示.图3.1程序模块1地修改其中,原低速开关I1．0变为步进基速赋值开关(Network1)；原中速开关I1．1变为减速开关,每次I1．1从“0”一“1”,步进速度减慢0．01s,即以加法指令实现转过每步距角所需时间增加 0．01s(Network2)；原高速开关I1．2变为加速开关,每次I1．2从“0”一“1”,经减法指令使转过每步距角所需时间减少0．01s(Network3),每次加速或减速地幅度可按需要任意修改设定.而如果用其他方法编程,比如以定时器、比较指令等编程,则每变化一次速度,所有地定时器和比时段都须作出相应地调整,为程序修改带来不便.3．2．2 从三相六拍到五相十拍如果控制对象为五相十拍地步进电动机,则依据三相六拍地编程思路,只需在模块3中,将8位(字节)移位寄存器改为16位(字)移位寄存器.比如：取寄存器MW3=MB3+MB4,其初值见表3.1.表3.1移位寄存器初值移位指令相应由“SHR—B”修改为“SHR—w”,然后根据五相十拍步进电动机地工作顺序：正转ABC— BC— BCD— CD— CDE—DE— DEA — EA — EAB— AB— ABC反转ABC— BA— BAE— AE— AED—ED 一Ⅱ )C— DC— D(1B— CB — CBA作出移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表,得出五相绕组控制逻辑关系式,最后,在模块4(对象控制)中增加控制对象D、E和修改控制逻辑关系,便可非常方便地完成五相十拍地梯形图控制程序.另外,需注意,在修改程序时,图2中Net—work6和Network7地传送指令亦应相应地改为字传送指令“MOV—w(Mw3)”以及Networkl2计数器指令地“PT”相应改为10.第四章总结（1）本设计地控制系统是通过PLC地高速脉冲输出指令PLS和实时地高速计数器中断实现对步进机地正反转地起、停及复位控制.（2）利用PLC可方便地实现电机地速度和位置进行控制,可靠地实现各种步进电机地操作,完成各种复杂地工作.PLC控制方法改变控制参数相当方便,只需改变PLC程序中相应部分即可,对任何相数地步进机都可以使用,在设计方法上简单易行,提高了控制系统地柔性和可靠性.（3）利用本设计所介绍地三相六拍步进电机梯形图控制程序地设计方法,可以方便地得出五相十拍步进电机地控制程序,亦可将“程序模块化”地设计思路应用于其他地控制程序设计中.（4）通过本次实验,让我巩固了以前学习地PLC课程,也通过实验地课题设计把理论和实际完美地结合在一起,不但使我学到了更多新地知识,也提高了自己独立思考和动手地能力.参考文献[1]、常斗南,李全利 ,张学武编著. 可编程序控制器原理、应用、实验[M] 北京：机械工业出版社1998年7月[2]、李乃夫编著 . 可编程序控制器原理、应用、实验[M] 北京：中国轻工业出版社1998年1月[3]、何衍庆,戴自祥,俞金寿编著 . 可编程序控制器原理及应用技巧[M] 北京：化学工业出版社 1998年8月[4]、俞雷声,方宗达编著 .电气控制与PLC应用[M] 北京：机械工业出版社 1998年10月[5]、易传禄,韩希光编著.可编程序控制器应用指南[M] 上海：上海科学普及出版社1993年6月[6]、黄大雷,吴庚申编著. 可编程序控制器及其应用[M]人民交通出版社 1993年1月[7]、马洪飞,陈宏钧 ,刘汉奎编著.电气自动化英语[M]哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社1999年7月[8] 王宗培, 孔昌平, 李楚武编著. 步进电动机及其控制系统[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社[9] 刘宝廷, 程树康编著. 步进电动机及其驱动控制系统[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 1997.[10] 陈隆昌,阎治安,刘新正编著.控制电机[M].西安：西安电子科技大学出版社2000年5月版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. 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第一章课程设计介绍1.1 课程设计课题三相六拍步进电动机控制器1.2 课程设计目标数字电子技术是一门实践性很强的课程，它包括课题选择、设计任务分析、方案选择与论证、电子电路设计与仿真、实际电路板搭建、测试和编写总结报告等实践内容，加强工程训练，特别是技能的培养，对于工程人员素质和能力的培养具有十分重要的作用。

通过本次课程设计，要实现以下目标：1）初步掌握电子线路的分析、设计、测试等方法。

学生应根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集和分析类似电路的性能，并通过设计、测试等实践环节，是电路达到性能指标。

2）利用已有EDA工具，完成系统电路设计和功能仿真。

学生在实际电路设计中，应学会数字电子系统设计的和基本方法，包括：方案的选择、单元电路的设计、元器件的选择、电路图的绘制等，另外，学生还要学会使用电路仿真分析软件Multisim(或其他EDA工具软件)在计算机上进行电路分析与设计的方法。

1.3 课程设计要求步进电动机在自动控制的服务系统中有着广泛的应用，本课题是设计一个三相六拍步进电动机控制器。

本课题设计要求如下：1）设计要实现的功能是步进电动机的正传和反转。

正传：A→AB→B→BC→C→CA→A……反转：三相定子和转子剖视图如图1.1所示：2）振荡器频率：2——200HZ连续可调。

3）步进电动机3项绕组可以用3个发光二级管指示，驱动器可用非门实现。

图3-35 74LS161的外引线图图3-36 74LS161的逻辑符号74HC138:74LS138为3 线－8 线译码器，共有54/74S138和54/74LS138 两种线路结构型式，其74LS138工作原理如下：当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。

74LS138的作用:利用G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32 线译码器。