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PLC控制步进电动机的设计原理与实现方法要点

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课程设计设计说明设计题目:院系名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：年月日内容摘要步进电动机是一种控制精度极高的电动机, 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；I/O接线图；五相十拍步进电机目录第一章引言 (1)第二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)2.3.1 功能要求 (2)2.3.2 性能要求 (3)第三章 PLC控制系统设计 (4)3.1 输入输出编址 (4)3.2 选择PLC类型 (4)3.3 PLC外部接线图 (4)3.4 控制流程图 (5)3.5 梯形图程序设计 (7)3.5.1 步进控制设计 (7)3.5.2 梯形图设计 (9)3.6 语句表 (14)3.7 程序的调试 (15)结论 (18)设计总结 (19)谢辞 (20)参考文献 (21)第一章引言步进电动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，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。

步进电机作为执行元件，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。

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。

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。

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。

第二章系统总体方案设计2.1 程序设计的基本思路在进行程序设计时，首先应明确对象的具体控制要求。

由于CPU对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，最长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就越低。

因此，在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁﹑紧凑。

另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，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，即要求程序有较好的柔性。

以SIMATIC移位指令为步进控制的主体进行程序设计，可较好的满足上述设计要求。

2.2 五相步进电动机的控制要求1．五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←AB2．用五个开关控制其工作：1 号开关控制其运行( 启/ 停)。

2 号开关控制其低速运行(转过一个步距角需0.5 秒)。

3 号开关控制其中速运行(转过一个步距角需0.1 秒)。

4 号开关控制其高速运行(转过一个步距角需0.03 秒)。

5 号开关控制其转向( ON 为正转，OFF 为反转)。

2.3 方案原理分析2.3.1 功能要求对五相六拍步进电机的控制，主要分为两个方面：五相绕组的接通与断开顺序控制。

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以及每个步距角的行进速度。

围绕这两个主要方面，可提出具体的控制要求如下：（1）可正转或反转；（2）运行过程中，正反转可随时不停机切换；（3）步进三种速度可分为高速（0.03S），中速（0.1S）,低速（0.5S）三档，并可随时手控变速2.3.2 性能要求在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁﹑紧凑。

另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，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，即要求程序有较好的柔性。

第三章 PLC控制系统设计3.1 输入输出编址控制步进电机的个输入开关及控制A、B、C、D、E五相绕组工作的输出端在PLC 中的I/O编址如表3-1所示。

表3-1 I/O地址分配表输入点输出点元件名称符号地址编码元件名称符号地址编码启/停常开按钮SB1 I0.0 A绕组 A Q0.00.5s低速常开按钮SB2 I0.1 B绕组 B Q0.10.1s中速常开按钮SB3 I0.2 C绕组 C Q0.20.03s高速常开按钮SB4 I0.3 D绕组 D Q0.3控制转向开关QS I0.4 E绕组 E Q0.43.2 选择PLC类型根据上图的I/O分配表通过查阅手册选择S7-200 CPU222基本单元（8入/6出）1台。

3.3 PLC外部接线图PLC外部接线图的输入输出设备、负载电源的类型等的设计就结合系统的控制要求来设定。

步进电动机采用五相十拍控制外部接线图如图3—1所示。

图3-1 I/O接线图3.4 控制流程图由于上述具体控制要求，可作出步进电机在运行时的程序框图，如图3—2所示。

以工作框图为基本依据，结合考虑控制的具体要求，首先可将梯形图程序分为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；模块3：正转、反转；模块4：移位控制功能模块；模块:5：A、B、C、D、E五相绕组对象控制。

然后，将各模块进行连接，最后经过调试、完善、实现控制要求。

开始首次选择步进速度启动或停止正转或反转移位寄存器赋初值发出移位脉冲执行移位移位输出控制电机步进十拍计数NY图3-2 控制流程图3.5 梯形图程序设计3.5.1 步进控制设计采用移位指令进行步进控制。

首先指定移位寄存器MW0，按照五相十拍的步进顺序，移位寄存器的初值见表3-2。

表3-2 移位寄存器初值M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.01 0 0 0 0 0 0 0 0 0每右移1位，电机前进一个布矩角（一拍），完成十拍后重新赋初值。

其中M1.2、M1.3、M1.4、M1.5、M1.6和M1.7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的状态真值表，如表3-1、3-2所示。

从而得出五相绕组的控制逻辑关系式：正转时A相Q0.0=M1.1+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0B相Q0.1=M1.1+M1.0+M0.7+M0.1+M0.0C 相Q0.2=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.5D相Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5+M0.4+M0.3E相Q0.4= M0.5+M0.4+M0.3+M0.2+M0.1反转时A相Q0.0=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.0B相Q0.1=M1.1+M1.0+M0.2+M0.1+M0.0C相Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0D相Q0.3=M0.6+M0.5+M0.4+M0.3+M0.2E相Q0.4=M1.0 +M0.7+M0.6+M0.5+M0.4表3-3 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表（正转）移位寄存器MW0 正转M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.0 A B C D E 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0表3-4 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表（反转）移位寄存器MW0 反转M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.0 A B C D E 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 03.5.2 梯形图设计启停使用单按钮控制。

梯形图设计如下，首先，按SB2(SB3或SB4)初次选择一种步进速度，五相步进电动机的速度由定时器T33控制，把三个值50、10、3分别送到VW100可得到低速、中速、高速三种速度。

再按SB1，M2.0得电，移位寄存器赋初值，电机开始转动，且定时器开始计时，到设定值时，T33得电动作，移位寄存器值右移一位，C21计数一次，然后T33重新计时。

计数十次后动作C21使移位寄存器重新赋值，依次循环。

QS控制正反转，ON时I0.4得五相步进电动机正转，OFF时 I0.4失电五相步进电动机为反转。

再按一下SB1，C20动作，M20失电，C21复位电机停止转动。

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PLC的步进电机控制系统

PLC的步进电机控制系统

机器人
在机器人中，步进电机控制系统 可以用于关节、手臂等部位的驱 动和控制，实现机器人的灵活运 动。
02
PLC在步进电机控制系统中 的作用
PLC的定义与功能
PLC（可编程逻辑控制器）是一种工 业自动化控制设备，它通过编程实现 各种逻辑控制、顺序控制和过程控制 等功能。
PLC具有高可靠性、高灵活性、易于 编程和易于扩展等优点，广泛应用于 工业自动化领域。
基于PLC的步进电机控制系 统实例
实例一：自动化生产线上的物料分拣系统
自动化生产线上的物料分拣系统通常采用PLC作为主控制器，通过步进电 机驱动传送带、机械臂等设备进行物料的分拣。
PLC通过接收上位机发出的指令，控制步进电机驱动器，进而驱动步进电 机转动，实现物料的传送和分拣。
该系统能够提高生产效率、减少人工干预，并保证物料分拣的准确性和一 致性。
提高控制精度
PLC可以对步进电机的运行进行精确 控制，从而提高系统的控制精度。
增强系统稳定性
PLC具有高可靠性和稳定性，可以保 证步进电机控制系统长期稳定运行。
易于编程和调试
PLC采用图形化编程语言，易于学习 和使用，同时具有丰富的调试工具， 方便系统调试。
易于扩展和维护
PLC具有易于扩展和维护的特点，可 以根据实际需求进行系统升级和改造。
05
PLC步进电机控制系统的未 来发展
技术创新与改进
高效能控制算法
随着控制理论的发展，将会有更多高
智能传感器技术
模块化设计
采用模块化设计理念，便于系统的扩 展和维护，降低系统的复杂性和成本。
集成智能传感器技术，实现精确的电 机位置和速度检测，提高系统的可靠 性和稳定性。
驱动器是用来驱动步进电机的设备，它将 PLC输出的脉冲信号转换成适合步进电机的 控制信号，驱动步进电机转动。
用PLC控制步进电机的原理和方法及控制编辑器

用PLC控制步进电机的原理和方法及控制编辑器

用PLC控制步进电机的原理和方法1、概述在组合机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台（1）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；（2）机械滑台，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）数控滑台，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。

可编程控制器（简称PLC）以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于工业自动控制中。

特别是在组合机床自动生产线的控制及CNC机床的S、T、M功能控制更显示出其卓越的性能。

PLC控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统使该单元的控制系统成本降低70~90%，甚至只占用自动线控制单元PLC的3~5个I/O接口及<1KB的内存。

特别是大型自动线中可以使控制系统的成本显著下降。

2、PLC控制的数控滑台结构一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构。

采用PLC控制的数控滑台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构等部分组成，伺服传动机构中的齿轮Z1、Z2应该采取消隙措施，避免产生反向死区或使加工精度下降；而丝杠传动副则应该根据该单元的加工精度要求，确定是否选用滚珠丝杠副。

采用滚珠丝杠副，具有传动效率高、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点，但成本较高且不能自锁。

3、数控滑台的PLC控制方法数控滑台的控制因素主要有三个：3.1行程控制一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器（行程开关/死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。

由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的总转角，因此只要控制步进电机的总转角即可。

由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺服机构的位移量确定PLC输出的脉冲个数：n=DL/d（1）式中DL——伺服机构的位移量（mm）d——伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲）3.2进给速度控制伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率;因此可以根据该工序要求的进给速度,确定其PLC输出的脉冲频率:f=Vf/60d(Hz)(2)式中Vf——伺服机构的进给速度(mm/min)可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC），一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行。

基于PLC的步进电机控制方法与实现

基于PLC的步进电机控制方法与实现

基于PLC的步进电机控制方法与实现步进电机是一种特殊的电机，通过电脉冲信号使电机按固定的角度步进运动。

PLC（可编程逻辑控制器）是一种广泛应用于工业自动化控制领域的设备。

将PLC与步进电机结合，可以实现对步进电机的精确控制。

下面将介绍基于PLC的步进电机控制方法及其实现。

一、PLC的选择PLC作为控制步进电机的核心设备，选择合适的PLC至关重要。

常见的PLC品牌有西门子、施耐德、三菱等，根据实际需求选择合适的PLC型号。

二、接线连接首先，需要将PLC的输入端口和输出端口与步进电机的控制信号线相连接。

其中，控制信号线分为步进脉冲信号线、方向信号线和使能信号线。

步进脉冲信号线用于控制步进角度，方向信号线用于控制步进方向，使能信号线用于使能或禁止步进电机的运动。

三、编写PLC程序1.步进电机模式选择PLC程序中需要设置步进电机的工作模式，常见的有全步进模式和1/2步进模式。

全步进模式下，步进电机每收到一个脉冲信号就步进一次；1/2步进模式下，步进电机每收到两个脉冲信号才步进一次。

具体选择哪种模式，要根据实际需求来确定。

2.控制参数设置根据步进电机的特性和需求，需要设置脉冲频率、步进电机角度、加速度、减速度等控制参数。

这些参数的设置会直接影响步进电机的运动效果和精度。

3.控制逻辑编写根据具体应用场景，设计步进电机的运动逻辑。

例如，可以设置按下按钮时步进电机顺时针旋转，松开按钮时停止旋转；也可以设置根据传感器的信号来控制步进电机的运动。

通过控制逻辑的编写，实现对步进电机的精确控制。

四、运行程序并调试五、实现布线和安装根据实际需求，进行步进电机的布线和安装。

注意布线过程中要避免信号干扰和线路短路等问题，确保步进电机能够正常工作。

总结：基于PLC的步进电机控制方法主要包括PLC的选择、接线连接、编写PLC程序、运行程序及调试和布线和安装等步骤。

通过合理选择PLC、编写控制逻辑和调整参数，可以实现对步进电机的精确控制。

PLC控制步进电机的方法 步进电机工作原理

PLC控制步进电机的方法 步进电机工作原理

PLC控制步进电机的方法步进电机工作原理一、引言微电子技术和计算机技术发展，可编程序控制器有了突飞猛进发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制范围，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三大支柱（即PLC，机器人，CAD/CAM）之一。

目前可编程序控制器（Programmable Controller）简称PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力工具。

二、PLC基本结构PLC采用了典型计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入/输出接口电路等。

把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成，外部各种开关信号、模拟信号、传感器检测信号均作为PLC输入变量，它们经PLC外部端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其它各种运算、处理后送到输出端子，它们是PLC输出变量，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。

三、控制方法及研究1、FP1特殊功能简介(1) 脉冲输出FP1输出端Y7可输出脉冲，脉冲频率可软件编程进行调节，其输出频率范围为360Hz～5kHz。

(2) 高速计数器（HSC）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-～+。

(3) 输入延时滤波FP1输入端采用输入延时滤波，可防止因开关机械抖动带来不可靠性，其延时时间可需要进行调节，调节范围为1ms～128ms。

(4) 中断功能FP1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、步进电机速度控制FP1有一条SPD0指令，该指令配合HSC和Y7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 速度控制梯形图图2 控制方式参数东莞市斯泰普机电科技有限公司图3 脉冲输出频率设定曲线3、控制系统程序运行图4 控制系统原理图图4是控制系统原理接线图，图4中Y7输出脉冲作为步进电机时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，控制步进电机运转。