可编程控制器PLC五相步进电动机控制的模拟

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1、FX2N-48MR PLC一台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。

因为中间连接的电磁铁的两根线不是直接连接的，是采用在转轴的位置用一根滑动的接触片。

这样如果电磁铁转过了头，原先连接电磁铁的两根线刚好就相反了，所以电磁铁的N极S极就和以前相反了。

但是电机上下的磁铁是不变的，所以又可以继续吸引中间的电磁铁。

毕业设计（论文）学院专业姓名XX大学毕业设计（论文）任务书前言随着现代工业自动化的日益发展，电动机作为重要的电器元件，被广泛的应用在各种自动化控制系统中。

步进电动机由于其具有易于电脑操作、步数误差小、精度高、使用系统时间长和成本低等优点，被广泛应用于工业控制中。

其中五相混合式步进电机总体性能优于其它种类的步进电动机，是工业上应用最为广泛的步进电动机品种，被广泛的应用在各个领域中。

所以对五相步进电动机实现自动化是工业自动化的必然趋势。

打印机作为计算机的输出设备之一，运用步进电动机作为打印机的字车动力源和走纸机构，通过牵引机构将步进电动机的转动转变为走纸移动，可以实现打印纸的纵向移动，因其要求精度比较高，所以，打印机的走纸结构能够使用五相步进电动机来控制。

对五相步进电动机的使用，工业中应用比较广泛，但大都应用于高精度的机床控制系统中，整个系统比较庞大，所以，本文以步进电动机在的打印机中的精密控制为背景介绍使用PLC控制五相步进电动机按照给定频率自动运行和自由调速的模拟控制方法。

摘要主要阐述了以五相步进电动机在针式打印机走纸结构中的应用为背景，介绍了一种用三菱FX-2N系列PLC实现对规格型号90BYG550A-0301的五相步进电动机控制的方法，利用PLC产生脉冲信号对五相步进电动机进行模拟控制，实现对五相步进电动机五个绕组的通电状态，达到五相步进电动机按照固定速度的循环自动运行的目的，并实现步进电动机正反转和调速控制。

用PLC控制五相步进电动机驱动针式打印机的走纸结构控制纸张的进退，实现打印机的打印工作。

基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，定位精度搞，参数设置灵活等有点，在工业过程控制中使用可靠性高，监控方便。

本设计还包括步进电动机的工作原理和特点，PLC的主要功能和应用，各硬件软件元件的介绍选择以及控制程序的编程方法。

关键字：五相步进电动机，PLC控制目录一、设计课题分析................................................................................................... - 1 -1.1 设计课题要求.............................................................................................................. - 1 -1.2 设计课题的目的和应用.............................................................................................. - 1 -1.3 设计课题背景和工作环境.......................................................................................... - 2 -二、流程图和工作过程........................................................................................... - 3 -2.1 五相步进电动机运行流程图...................................................................................... - 3 -2.2 工作过程...................................................................................................................... - 3 -三、方案选择........................................................................................................... - 5 -3.1 控制方案...................................................................................................................... - 5 -3.2 选择方案...................................................................................................................... - 5 -四、硬件选择........................................................................................................... - 7 -4.1 步进电动机介绍.......................................................................................................... - 7 -4.2 五相步进电动机的选择............................................................................................ - 13 -4.3 PLC的选择 ................................................................................................................ - 16 -4.4 变频器的选择............................................................................................................ - 22 -4.5 其它硬件设备的选择................................................................................................ - 26 -五、软件选择......................................................................................................... - 27 -5.1 外部接线图................................................................................................................ - 27 -5.2 I/O分配表................................................................................................................. - 27 -5.3 程序梯形图................................................................................................................ - 28 -六、系统调试......................................................................................................... - 29 -6.1 调试步骤.................................................................................................................... - 29 -6.2 调试过程的故障诊断................................................................................................ - 29 - 总结................................................................................................................. - 31 -致谢................................................................................................................. - 32 -参考文献................................................................................................................. - 33 -附录................................................................................................................. - 34 -一、设计课题分析1.1 设计课题要求1、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五相步进电动机的模拟控制的实验面板图：图所示五相步进电动机的模拟控制面板上图中，下框中的A、B、C、D、E分别接主机的输出点；SD接主机的输入点。

PLC综述可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,是一种以微处理器为基础、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术的新一代工业控制装置。

它能够存储和执行指令，进行位置控制、逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是电子技术、计算机技术与继电器逻辑自动控制系统相结合的产物。

它不仅充分发挥了计算机的优点，以满足各种工业生产过程自动控制的需要，同时又照顾一般电气操作人员的技术水平和习惯，采用梯形图或状态流程图等编辑方式，使PLC的使用始终保持大众化的特点。

PLC可以用于单台机电设备的控制，也可以用于生产流水线的控制。

使用者可根据生产过程和工艺要求编制控制程序。

程序运行后，PLC就根据现场输入信号（按钮、行程开关、接近开关或其他传感信号）按照预先编入的程序对执行机构（如电磁阀、电动机等）的动作进行控制。

一、PLC简介及其特点：1、PLC简介:可编程控制器（Programmable Logic Controller ，简称PLC，下同）是电气自动控制的新技术，目前公开发行适用于技校的教材较少，给广大师生的学习带来诸多不便。

本文介绍PLC的编程设计方案，使电气工程技术人员特别是初学者对PLC技术加深了解和认识；同时帮助学生更好地解决学习PLC技术中最难掌握的编程难题，达到能够牢固掌握、熟练运用、提高应用设计能力和加快推广应用的目的。

程序设计是整个系统设计的关键环节，在PLC程序设计中，可采用梯形图、指令表、SFC（程序流程图）进行编程。

2、可编程控制器的主要功能这是PLC的基本功能，也是最广泛的应用，如机车的电气控制、包装机械的控制、电梯的控制等（1）用于模拟量的控制：PLC通过模拟量I/O模块，实现模数转换，并对模拟量进行控制。

如闭环系统的过程控制、位置控制和速度控制（2）用于工业机器人的控制：PLC作为一种工业控制器，适用于工业机器人。

四节传送带的模拟控制要求有一个用四条皮带运输机的传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求如下：启动时先起动最末一条皮带机，经过5秒延时，再依次起动其它皮带机。

停止时应先停止最前一条皮带机，待料运送完毕后再依次停止其它皮带机。

当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。

例如M2故障，M1、M2立即停，经过5秒延时后，M3停，再过5秒，M4停。

当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面的皮带机停止，该皮带机运行5秒后停，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才停止。

例如，M3上有重物，M1、M2立即停，过5秒，M3停，再过5秒，M4停。

四节传送带的模拟实验面板图：上图中的A、B、C、D表示负载或故障设定；M1、M2、M3、M4表示传送带的运动。

启动、停止用动合按钮来实现，负载或故障设置用钮子开关来模拟，电机的停转或运行用发光二极管来模拟。

天塔之光合上启动按钮后，按以下规律显示：L1→L1、L2→L1、L3→L1、L4→L1、L5→L1、L2、L4、→L1、L3、L5→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7→L1、L6→L1、L7→L1→L1、L2、L3、L4、L5→L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7→L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7→L1……如此循环，周而复始。

天塔之光的实验面板图：液体混合装置控制的模拟控制要求本装置为两种液体混合模拟装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅匀电机，控制要求如下：初始状态:装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭。

启动操作:按下启动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：液体A阀门打开，液体A流入容器。

当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。

液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅匀电机开始搅匀。

PLC的硬件结构：
主要由控制组件和输入/输出（I/O）接口电路及编程器三部分组成。

硬件结构主要包括：CPU、RAM、ROM和I/O接口电路等，内部采用总线结构进行数据和指令的传输。

PLC硬件结构的三大部分
）控制组件：
CPU：中央处理器，控制指挥中心，完成取进输入信号、对指令进行编译、完成
（a）（b）
三、FX2系列PLC的内部寄存器
FX2系列为例，介绍小型PLC的硬件配置和指令系统。

FX2系列列PLC内部寄存器的配置
见表。

寄存器名称符号编号点数注释
000~177
．电路控制过程分析
接触器KM1、KM3通电→电动机定子绕组为星形联结起动，
二者比较，主电路是一样的，只是控制电路部分不同。

该电路需要连接到点：两个控制按钮和三个交流接触器。

因此可选用型号为有输入、输出端口各8点，其地址分别X000 ~ X007，
所连接主令电路输出点地址
停止按钮SB1 Y000
启动按钮SB2 Y001
Y002
（1）如表所示，表中左边为程序的梯形图，右边为助记符。

电气自动化技术专业主干课程介绍本专业教学体系分四部分：职业素质课、职业基础课、职业岗位课和职业拓展课.1。

职业素质课(1) 中国特色社会主义理论本课程着重讲授中国共产党把马克思主义基本原理与中国实际相结合的历程，充分反映马克思主义中国化的理论成果，帮助学生系统地掌握毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系的基本原理和主要内容,坚定在中国共产党的领导下走中国特色社会主义道路的理想信念.（2)心理健康教育心理健康课程的目标是通过对学生学校适应、自我意识、学习、人际交往、生涯规划的辅导，增进学生心理健康、提高生涯规划能力。

(3）思想道德修养与法律基础思想道德修养与法律基础是“思想政治理论课"的必修课程,该课程主要运用马克思主义的基本立场、观点和方法，以正确的人才观、价值观、道德观和法制观为基本内容，在理论联系实际的基础上，对当代大学生所面临和关心的实际问题予以科学的、有说服力的回答,以帮助大学生牢固树立“八荣八耻”为主要内容的社会主义荣辱观,培养良好的思想道德素质和法律素质，解决大学生在成长成才过程中遇到的实际问题，使他们逐渐成长为全面发展的社会主义事业的合格建设者和可靠接班人.(4) 体育与健康学习主要以身体素质课和体育锻炼标准测试为主。

掌握科学锻炼和娱乐休闲的基本方法，养成自觉锻炼的习惯。

培养自主锻炼、自我保健、自我评价和自我调控的意识，全面提高学生身心素质和社会适应能力，为终身锻炼，继续学习与创业立业奠定基础.(5) 大学英语在高中英语基础上，巩固、扩展学生的基础词汇和基础语法；培养学生听、说、读、写的基本技能和运用英语进行交际的能力；使学生能听懂简单对话和短文，能围绕日常话题进行初步交际，能读懂简单应用文,能模拟套写语篇及简单应用文；提高学生自主学习和继续学习的能力，并为学习专业英语打下基础。

(6) 高等数学在高中数学基础上,进一步学习数学的基础知识.必学与限定选学内容:极限与连续(包括集合和函数)、导数与微分；中值定理与导数的应用;不定积分；定积分；定积分的应用；线性代数、概率统计等。

可编程序控制器实验指导书测控技术与仪器系孙明革吴猛刘麒2010年12月目录实验一基本指令的编程练习 ...................... 错误!未定义书签。

实验二定时器/计数器功能实验.................... 错误!未定义书签。

实验三水塔水位控制 ............................ 错误!未定义书签。

实验四液体混合装置控制的模拟................... 错误!未定义书签。

实验五五相步进电动机控制的模拟................. 错误!未定义书签。

实验六天塔之光控制的模拟 ...................... 错误!未定义书签。

实验七装配流水线控制的模拟..................... 错误!未定义书签。

实验八 LED数码显示控制 ......................... 错误!未定义书签。

实验九十字路口交通灯控制的模拟................. 错误!未定义书签。

实验十机械手动作的模拟 ........................ 错误!未定义书签。

实验十一四节传送带控制的模拟................... 错误!未定义书签。

实验十二 PLC综合设计实验 ....................... 错误!未定义书签。

实验一基本指令的编程练习1.实验目的1、熟悉PLC实验装置。

2、练习手持编程器的使用。

3、熟悉系统操作。

4、掌握与、或、非逻辑功能的编程方法。

2.实验内容(1）用短线将基本指令练习区按钮接入PLC的,，，通道，在PLC的输出通道，，，中接入基本指令练习区的LED指示灯；（2）练习西门子200编程软件 STEP 7 MicroWIN)；●双击 STEP 7 MicroWIN软件，打开菜单“文件”－“新建”出现下，如图1-1：图1-1●在梯形图窗口中编写下面程序（如图1-2）：图1-2●按菜单“查看”－“梯形图”，翻译成梯形图指令形式；●按菜单“文件”－“保存”，保存程序到文件夹，准备下载；●按菜单“PLC”－“编译”，确定无误后开始下载程序；●按菜单“文件”－“下载”，将程序下载到PLC中；●按菜单“PLC”－“RUN”，运行程序；●按菜单“调试”－－“开始程序状态监控”，开始在线监控PLC运行状态。

《PLC编程及应用》课程实验指导书唐山学院信息工程系PLC实验室2008年9月实验一基本指令的编程练习（一）与或非功能的实验在基本指令的编程练习实验区完成本实验一、实验目的1、熟悉PLC实验装置及实验箱，S7-200系列编程控制器的外部接线方法2、了解编程软件STEP7的编程环境，软件的使用方法。

3、掌握与、或、非逻辑功能的编程方法。

二、实验说明首先应根据参考程序，判断Q0.0、Q0.1、Q0.2的输出状态，再拨动开关I0.1、I0.2、I0.3，观察输出指示灯Q0.1、Q0.2、Q0.3是否符合与、或、非逻辑的正确结果。

在本装置中输入公共端要求接主机模块电源的“L+”，此时输入端是低电平有效；输出公共端要求接主机模块电源的“M”，此时输出端输出的是低电平。

基本指令编程练习的实验面板图6-1-1图6-1-1 基本指令编程练习的控制面板上图中下面三排接线孔通过防转座插锁紧线与PLC主机的相应输入输出插孔相接。

Ix为输入点，Qx为输出点。

上图中中间两排I0.0～I1.5为模拟开关量的输入按键。

第一排Q0.0～Q1.1是LED指示灯，接PLC主机输出端，用以模拟输出负载的通与断。

编制梯形图并写出程序通过程序判断Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4的输出状态，然后输入程序并运行，加以验证。

三、实验步骤梯形图中的I0.1、I0.3分别对应控制实验单元输入开关I0.1、I0.3。

通过专用PC/PPI电缆连接计算机与PLC主机。

打开编程软件STEP7，逐条输入程序，检查无误后，将所编程序下载到主机内,并将可编程控制器主机上的STOP/RUN开关拨到RUN位置，运行指示灯点亮，表明程序开始运行，有关的指示灯将显示运行结果。

拨动输入开关I0.1、I0.3，观察输出指示灯Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4是否符合与、或、非逻辑的正确结果。

四、预习要求阅读实验指导书，复习教材中相关的内容。

（二）定时器、计数器功能实验一、实验目的掌握定时器、计数器的正确编程方法，并学会定时器和计数器扩展方法，用编程软件对可编程控制器的运行进行监控。

可编程控制器实验指导书华东交通大学二零零五年九月前言可编程序控制器（PLC）已经广泛应用于工业生产过程的自动控制领域，使得工业自动化程度和生产效率得到极大的提高。

作为一门实验性很强应用技术课程，PLC的实验教学环节至关重要。

为了加深对PLC的基本原理和使用方法的理解和运用，熟悉可编程序控制器的使用和操作方法，加强梯形图、指令表、步进顺控等编程语言的学习和应用能力，培养动手能力，掌握PLC控制系统的设计方法，只能通过做实验进行实际操作，才能学通学透可编程序控制技术。

本实验指导书是针对《可编程序控制器实验大纲》制定。

实验二至实验五为设计性实验，实验一和实验六为演示性实验。

其中实验六作为选择性实验可以根据需要选做。

实验一，编程器的操作使用一，实验目的通过实验了解和熟悉FX2N-48MR型PLC的外部结构和外部接线方法。

了解和熟悉FX2-20P简易编程器及其FXGP-WIN-C编程软件的使用方法。

通过一些简单程序的写入和模拟运行，了解写入和编辑程序的方法，以及对PLC进行监控的方法。

二，实验装置1.FX-48MR型PLC 1台2.FX-20P简易编程器 1 台3.FXGP-WIN-C编程软件1套4.THPLC-C可编程序控制器教学实验设备1台三，实验内容本实验可以结合以下基本逻辑指令实验一起操作。

1、验证课本上图3-9程序，将程序输入PLC，验证输出结果；2、编程实现下述要求，并调试通过。

a. 走廊灯两地控制实验：不同地方的两个开关可以独立控制同一盏灯。

b. 走廊灯三地控制实验：不同地方的三个开关都可以独立控制同一盏灯。

四，实验步骤1. FX-20P简易编程器的操作使用1）程序的写入、检查和修改：将编程器用电缆接到PC上，接通PC电源，PC的运行开关拨到STOP位置，首先清除用户程序存储器的内容，方法：逐条指令的清除：INS－DEL－GO指定范围的清除：RD－WR－STEP－指令序号－SP－STEP－指令序号－GO全部范围清除：RD－WR－NOP－A－GO－GO写入程序方法：RD－WR－LD－X－0－GO（例）RD－WR－OUT－T－0－SP－K－1－0－GO（例）2）指令的删除、插入和修改删除（光标所对应的指令）：INS－DEL－GO插入（光标所在指令之前）：INS－指令－GO修改（光标所对应的指令）：RD－WR－指令－GO3）程序的模拟运行写完程序后，将PC的运行开关拨到RUN位置上，若PC上的PROG－E灯没有闪烁，则说明写入的程序没有错，用户程序开始运行，观看并记录实验现象（此时已经接好对应实验的I/O外部接线）。

西门子综合培训plc综合实验练习实验一数码显示的模拟控制一、实验目的用PLC构成数码显示控制系统二、实验内容1．控制要求A→B→C→D→E→F→G→H→ABCDEF→BC→ABDEG→ABCDG→BCFG→ACDFG→ACDEFG→ABC →ABCDEFG→ABCDFG→A→B→C ……循环下去2．I/O分配输入输出起动按钮SB1：I0.0 A：Q0.0 E：Q0.4停止按钮SB2：I0.1 B：Q0.1 F：Q0.5C：Q0.2 G：Q0.6D：Q0.3 H：Q0.73．按图所示的梯形图输入程序。

图2-1 数码显示控制示意图实验二天塔之光的模拟控制一、实验目的用PLC构成天塔之光控制系统二、实验内容1控制要求L12→L11→L10→L8→L1→L1、L2、L9→L1、L5、L8→L1、L4、L7→L1、L3、L6→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L1、L2、L6→L1、L3、L7→L1、L4、L8→L1、L5、L9→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L12→L11→L10 ……循环下去2I/O分配输入输出起动按钮SB1：I0.0 L1：Q0.0 L7：Q0.6停止按钮SB2：I0.1 L2：Q0.1 L8：Q0.7L3：Q0.2 L9：Q1.0L4：Q0.3 L10：Q1.1L5：Q0.4 L11：Q1.2L6：Q0.5 L12：Q1.3 3．按图所示的梯形图输入程序。

图2-1 天塔之光控制示意图实验三交通灯的模拟控制一、实验目的用PLC构成交通灯控制系统二、实验内容1．控制要求起动后，南北红灯亮并维持25s。

在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，1s后，东西车灯即甲亮。

到20s时，东西绿灯闪亮，3s后熄灭，在东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，同时甲灭。

黄灯亮2s后灭东西红灯亮。

与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。

1s后，南北车灯即乙亮。

南北绿灯亮了25s后闪亮，3s后熄灭，同时乙灭，黄灯亮2s后熄灭，南北红灯亮，东西绿灯亮，循环。