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基于plc的步进电机控制课程设计

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课程设计任务书摘要步进电机是一种控制精度极高的电机，一种基于脉冲控制的电气元件在工业上有着广泛的应用。

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。

论文在简要介绍步进电机的工作原理和控制原则之后,对采用可编程控制器（PLC）对步进电机进行控制的设计方法进行了介绍。

实际应用表明了设计的有效性。

本次课程设计根据传统步进电机控制中的不足和缺点,将PLC直接控制技术运用于步进电机的控制。

该系统解决了传统控制技术中的各部分硬件的设计、选型、接口匹配往往要花费设计者一很大的精力和劳动,接口信号的匹配以及各器件的质量等对整个系统的可靠性影响很大等缺点。

根据PLC控制步进电机的控制特点及其原理,把软件控制和硬件电路互相结合起来,形成整体的控制,有效的克服了它们的缺点而发挥了它们的优势。

本文详细阐述了该系统中PLC(西门子)直接控制步进电机的实现方法、系统的各部件的组成、各部件的连接情况。

本文主要介绍了西门子S7-200在步进电机控制方面的应用。

关键词：步进电机；可编程逻辑控制器（PLC）；西门子S7-200目录1 概述 (1)2 可编程逻辑控制器 (2)2.1 PLC的定义 (2)2.2 PLC的功能 (2)2.3 PLC的特点 (3)2.4 PLC的基本组成 (3)2.5 PLC的工作原理 (4)2.6 S7-200PLC系统的基本组成 (5)3 硬件设计 (7)3.1 控制要求 (7)3.2 可编程序控制器的控制系统设计 (7)3.2.1 PLC控制系统的设计原则 (7)3.2.2 PLC控制系统的设计内容及步骤 (7)3.2.3 接通延时定时器（TON） (8)3.3 选择PLC型号 (9)3.3.1 I/O点数的估计 (9)3.3.2 用户存储器容量的估算 (10)3.3.3 CPU功能与结构的选择 (10)3.3.4 机型选择 (10)3.4 系统设计流程示意图 (11)3.5 I/O分配表 (12)3.6 I/O接线 (12)4 软件设计 (13)4.1 程序设计的主要内容 (13)4.2 程序设计的步骤 (13)4.3 设计梯形图 (14)4.3.1 梯形图编程语言概述 (14)4.3.2 梯形图指令程序 (15)4.4 设计语句表 (16)5 调试 (18)6 结束语 (19)参考文献 (20)1 概述可编程逻辑控制器（PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

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逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、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。

此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。

可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段后，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。

可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

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，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，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，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。

2 可编程逻辑控制器2.1 PLC的定义在二十世纪七十年代PLC 问世后，由美国电气制造商协会对PLC下过如下的定义:PLC是一种数字式的电子装置。

它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。

1982年，国际电工委员会(International Electrical Committee-IEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版对PLC作了如下的定义:PLC是一种数字运算操作的电子系统，专门为在工业环境下应用而设计的。

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。

PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

2.2 PLC的功能（1）开关量逻辑控制（2）模拟量控制（3）闭环过程控制（4）定时控制（5）计数控制（6）顺序（步进）控制（7）数据处理（8）通信和联网2.3 PLC 的特点（1）可靠性高、抗干扰能力强 （2）通用性强、灵活性好、功能齐全 （3）编程简单、使用方便 （4）模块化结构 （5）安装简单、调试方便 （6）网络通信（7）体积小、能耗低、便于机电一体化2.4 PLC 的基本组成从广义上说，PLC 也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的使用与控制要求的编程语言。

所以PLC 与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器（CPU ）、存储器、输入/输出（I/O ）接口、电源等,如图2.1所示：SB KM YVSQ YV HLSA HL图2.1可编程逻辑控制器的基本组成输输入出单单元存储器电源编程微处理器2.5 PLC的工作原理（一）建立I/O映像区在PLC存储器内开辟了I/O映像区。

PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在相应的位上；将运算的结果存放到输出映像区对应的位上。

PLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继电器”的数据取用于I/O映像区，而不直接与外部设备发生关系。

I/O映像区的建立，使PLC工作失职和内存有关的得知单元内所存信息状态发生关系，而系统输出也只是给内存某一地址单元设定一个状态。

这样不仅加快程序执行速度，而且还是控制系统与外界隔离，提高了系统的抗干扰能力。

同时控制系统远离实际对象，为硬件标准化生产创造了条件。

（二）循环扫描的工作方式PLC上电后，在系统程序的监控下，周而复始的按一定的顺序对系统内部的各种人物进行查询、判断和执行，这个过程实质上是按顺序循环扫描的过程。

执行一个循环扫描过程所需的时间称为扫描周期，其典型值是1-100MS。

图2.2 PLC的工作过程PLC的工作过程，与CPU的操作方式有关。

CPU有两个操作方式：STOP方式和RUN方式。

在扫描周期内，STOP方式和RUN方式的主要差别在于：RUN方式下执行用户程序，而在STOP方式下不执行用户程序。

PLC对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。

（三）输入、输出延迟响应由于PLC采用循环扫描的工作方式，即对信息采用串行处理方式，必定导致输入、输出延迟响应。

当PLC的输入端有一个输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这段时间就称为响应时间或滞后时间。

这种现象称为输入、输出延迟响应或滞后现象。

2.6 S7-200PLC系统的基本组成S7-200PLC有基本单元（S7-200CPU模块）、个人计算机（PC）或编程器、STEP7-Micro/WIN32编程软件以及通信电缆组成。

基本单元也成为主机，由中央处理单元（CPU）、电源以及数字量输入输出单元组成。

这些单元被紧凑的安装在一个独立的装置中。

基本单元可以构成一个独立的控制系统。

图2.3 S7-200CPU模块S7-200PLC主机型号规格种类较多，以适应不同需求的控制场合。

西门子公司推出的S7-200 CPU22X系列产品有：CPU221模块、CPU224模块、CPU226模块等。

例如，CPU226模块的I/O总数为40点。

其中输入点24点，输出点16点。

可带7个扩张模块，用户程序存储器容量为6.6K字。

内置高速计数器，具有PID 控制器的功能。

有2个高速脉冲端和2个RS-485通信口。

具有PPI通信协议和自由口协议的通信能力。

运行速度快、功能强。

适用于要求更高的中小型控制系统。

24个数字量输入点分成两组。

第一组由输入端子I0.0-I0.7、I1.0-I1.4共13个输入点组成，每个外部输入的开关信号均有个输入端子接出，经一个直流电源终至公共端1M；第二组有输入端子I1.5-I1.7、I2.0-I2.7共11个输入点组成，每个外部输入信号有个输入端子接出，经一个直流电源至公共端2M。

由于是直流输入模块，所以采用直流电源作为检测各输入接点状态的电源。

M、L+两个端子提供DC24V/400mA传感器电源，可以作为传感器的电源输出，也可以作为输入端的检测电源使用。

16个数字量输出点分成三组。

第一组由输出端子Q0.0-Q0.3共4个输出点与公共端1L组成；第二组有输出端子Q0.4-Q0.7、Q1.0共5个输出点与公共端2L组成；第三组由输出端子Q1.1-Q1.7共7个输出点与公共端3L组成。

每个负载的一端与输出点相连，另一端经电源与公共端相连。

由于是继电器输出方式，所以既可带直流负载，也可代交流负载。

负载的基里原有负载性质确定。

输出端子排的右端N、L1端子是供电电源AC120V/240V输入端。

该电源电压允许范围为AC85-264V。

3 硬件设计3.1 控制要求在步进电机单元完成本实验。

使用接通延时定时器指令，可以大大简化程序设计。

输入端（IN）接通时，当定时器的当前值等于或大于设定值（PT）时，该定时器位置位为“1”，运用定时器的这个特点可实现步进电机的控制。

图3.1 步进电动机控制的模拟实验面板图3.2 可编程序控制器的控制系统设计3.2.1 PLC控制系统的设计原则在最大限度的满足被控对象控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、安全可靠，并考虑到今后生产的发胀和工艺的改进，在选择PLC机型时，应适当留有余地。

3.2.2 PLC控制系统的设计内容及步骤（一）分析控制对象在确定采用PLC控制后，应对被控对象工艺流程的特点和要求做深入了解、详细分析、认真研究，明确控制的任务、范围、和要求，根据工业指标，合理的制定和选取控制参数，使PLC控制系统最大限度的满足被控对象的工艺要求。

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基于PLC的步进电机控制 (课程设计)

基于PLC的步进电机控制 (课程设计)

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。

plc驱动步进电机课程设计

plc驱动步进电机课程设计

plc驱动步进电机课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解PLC（可编程逻辑控制器）的基本原理和功能。

2. 学生能够掌握步进电机的构造、工作原理及其与PLC的连接方式。

3. 学生能够掌握PLC编程控制步进电机的相关指令和程序编写方法。

技能目标：1. 学生能够运用PLC对步进电机进行正转、反转、停止等基本控制。

2. 学生能够通过PLC编程实现步进电机的速度和位置控制。

3. 学生能够解决实际应用中步进电机控制中的常见问题，并进行故障排查。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动化技术和电气工程领域的兴趣，激发探索精神。

2. 培养学生团队协作、沟通交流的能力，增强解决问题的自信心。

3. 培养学生具备安全意识，关注环境保护和可持续发展。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，以理论为基础，侧重于实际操作和应用。

学生特点：学生具备一定的电工电子基础知识，对PLC和步进电机有一定了解，但实践经验不足。

教学要求：结合课程性质、学生特点，注重理论与实践相结合，以学生动手实践为主，培养实际操作能力。

在教学过程中，分解课程目标为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 理论知识：- PLC工作原理与结构组成- 步进电机的构造、原理及特性- PLC与步进电机的接口技术及连接方式2. 实践操作：- PLC编程软件的使用方法- 步进电机控制指令的编写和调试- 步进电机速度和位置控制程序的编写与实现3. 教学案例：- 分析实际应用中的步进电机控制案例，如自动化生产线、机器人等- 故障排查与解决方法4. 教学大纲安排：- 第一周：PLC工作原理、步进电机原理及特性学习- 第二周：PLC与步进电机接口技术、连接方式学习- 第三周：PLC编程软件使用、步进电机控制指令编写- 第四周：步进电机速度和位置控制程序编写、调试及优化- 第五周：教学案例分析与讨论，故障排查与解决教学内容关联教材章节：- 教材第1章：PLC概述- 教材第2章：PLC硬件与软件- 教材第3章：步进电机及其控制- 教材第4章：PLC应用实例教学内容注重科学性和系统性，结合教学大纲和教材章节，有序安排教学进度，确保学生能够逐步掌握PLC驱动步进电机的相关知识和技能。

PLC步进电机课程设计报告

PLC步进电机课程设计报告

1 课程设计任务与要求1.1 课程设计任务利用PLC构成三相步进电机控制系统，完成主电路的接线，并编写三拍、六拍、单步和连续控制的程序并调试。

1.2 课程设计要求①当钮子开关拨到单步时，必须每按一次起动，电机才能旋转一个角度；②当钮子开关拨到连续时，按一次起动，电机旋转，直到按停止；③当钮子开关拨到三拍时，旋转的角度为3度；④当钮子开关拨到六拍时，旋转的角度为1.5度；⑤当钮子开关拨到正转时，旋转按顺时针旋转；⑥当钮子开关拨到反转时，旋转按逆时针旋转；⑦当单步要转到连续，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)⑧当连续要单步连续，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)⑨当三拍要转到六拍，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)⑩当六拍要转到三拍，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)⑪当正转要转到反转，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)⑫当反转要转到正转，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)2 步进电机的工作原理及其控制要求2.1 设计思路本次设计的是一个三相步进电机控制系统，主要由步进电机及一些其他相关元件设计而成。

本设计采用自顶向上的设计思想。

先确定了系统的格局，再分模块实现发的方案。

首先对步进电机的实际要求进行逻辑抽象，确定这个系统的输入与输出，输入有启动与停止、单步与连续、三拍与六拍、正转与反转，输出有A、B、C三相。

可以通过开关来控制系统的启/停工作，当系统运转时，用开关来控制方向，并使相应的指示灯亮起，同样由开关来选择工作模式。

最后根据思路所设计出来的硬件图设计相适应的软件。

2.2 控制系统的工作原理2.2.1 步进电机的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，一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。

每输入一个脉冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。

步进电机控制PLC课程设计

步进电机控制PLC课程设计

步进电机控制PLC课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解步进电机的原理、结构和应用场景；2. 学生能掌握PLC在步进电机控制中的编程方法和技巧；3. 学生了解步进电机与PLC接口的硬件连接和调试方法；4. 学生掌握步进电机速度、位置和加速度等参数的调整方法。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计并实现简单的步进电机控制程序；2. 学生具备调试和优化步进电机控制系统的能力；3. 学生能够结合实际需求，选择合适的PLC和步进电机进行项目设计。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动化控制技术的兴趣，激发学生学习热情；2. 培养学生团队协作、沟通表达的能力，提高学生的综合素质；3. 培养学生严谨、务实的科学态度，树立正确的价值观。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在让学生在实际操作中掌握步进电机控制技术。

学生特点：学生具备一定的电气基础和PLC编程知识，对步进电机控制有一定了解。

教学要求：结合实际案例，以任务驱动的方式进行教学，注重培养学生的动手能力和创新能力。

通过本课程的学习，使学生能够将理论知识应用于实际项目中，提高学生的综合应用能力。

二、教学内容1. 步进电机原理与结构- 步进电机的分类、工作原理- 步进电机的结构特点及参数2. PLC在步进电机控制中的应用- PLC与步进电机的连接方式- 步进电机控制程序编写方法- PLC编程软件的使用3. 步进电机控制系统的设计与实现- 系统硬件设计：PLC选型、步进电机选型、接口电路设计- 系统软件设计：步进电机控制算法、PLC程序设计4. 步进电机控制系统的调试与优化- 系统调试方法与步骤- 常见问题及解决方法- 系统性能优化策略5. 实践项目案例分析- 案例一：简易步进电机控制系统设计- 案例二：复杂步进电机控制系统设计教学内容安排与进度：第一周：步进电机原理与结构第二周：PLC在步进电机控制中的应用第三周：步进电机控制系统的设计与实现第四周：步进电机控制系统的调试与优化第五周：实践项目案例分析及讨论教材章节关联：本教学内容与教材中“第三章 步进电机控制技术”和“第四章 PLC控制技术”相关章节紧密关联。