1、PLC控制技術課程設計說明書題目：學院：專業：班級：學生姓名 :學號:指導教師 :2016年 6 月 7日內容摘要本文主要是介紹采用可編程控制器(PLC) 對五相十拍步進電機進行控制的設計原理及方法進行分析。 其中步進電動機具有快速起停、精確步進和定位等特點， 是一種控制精度極高的電機 , 常用作工業過程控制及儀器儀表的控制元件。可編程控制器是工業自動化設備的主導產品，具有控制功能強， 可靠性高， 適用于不同控制要求的各種控制對象等優點。本文詳細的介紹了用 PLC控制步進電機系統的原理， 及硬件和軟件設計方法。 其內容主要包括 I/O 地址分配、 PIC 外部接線圖、控制流程圖、主電路圖、梯形

2、圖、元件清單以及語句表。 本文設計過程中使用了十六位移位寄存器， 大大簡化了程序的設計，使程序更間湊，方便了設計。在實際應用中表明此設計是合理有效的。關鍵詞 :PLC， 五相十拍步進電機，梯形圖引 言步進電動機是一種控制精度極高的電動機 , 在工業上有著廣泛的應用。 步進電動機具有快速起停、 精確步進和定位等特點， 所以常用作工業過程控制及儀器儀表的控制元件。基于 PLC控制的步進電動機具有設計簡單， 實現方便，參數設計置靈活等優點。矩角特性是步進電機運行時一個很重要的參數， 矩角特性好， 步進電機啟動轉矩就大，運行不易失步。 改善矩角特性一般通過增加步進電機的運行拍數來實現。 本文主要是介紹

3、采用可編程控制器 (PLC) 對五相十拍步進電機進行控制的設計原理及方法進行分析。本文詳細的介紹了用 PLC控制步進電機系統的原理， 及硬件和軟件設計方法。其內容主要包括 I/O 地址分配、 PIC 外部接線圖、控制流程圖、梯形圖以及語句表。本文設計過程中使用了十六位移位寄存器， 大大簡化了程序的設計， 使程序更間湊，方便了設計。在實際應用中表明此設計是合理有效的對五相十拍步進電機的控制， 主要分為兩個方面： 五相繞組的接通與斷開順序控制。正轉順序： ABCBCBCDCD CDEDE DEAEA EABAB 反轉順序： ABC BCBCD CDCDE DEDEA EAEABAB 以及每個步距角

4、的行進速度。圍繞這兩個主要方面，可提出具體的控制要求如下：1、可正轉或反轉；2、運行過程中， 步進三種速度可分為高速 （0.05S ），中速（0.3S ）, 低速（0.5S ）三檔，并可隨時手控變速；由于 CPU對程序的串行掃描工作方式， 會造成輸入輸出的滯后， 而由掃描方式引起的滯后時間，最長可達兩個掃描周期，程序越長，這種滯后越明顯，則控制精度就越低。因此，在實現控制要求的基礎上，應使程序盡量簡潔緊湊。另一方面，同一控制對象，根據生產的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發生變化，此時，要求程序修改方便、 簡單，即要求程序有較好的柔性。 以移位寄存器指令為步進控制的主體進行程序設計，可較好的

5、滿足上述設計要求。目錄第一部分設計任務和要求11.1實驗目的：11.2PLC系統設計內容與步驟11.3五相十拍步進電動機的控制要求：2第二部分設計方案22.1總體設計方案說明32.2 PLC 控制系統組成方框圖4第三部分系統硬件設計43.1 PLC 的選型及硬件配置43.2 輸入輸出地址分配43.3 PLC 的控制電路5第四部分PLC 控制軟件設計與調試54.1系統程序設計54.2 實驗調試步驟：114.3 調試結果與分析11第五部分：元件清單12第六部分結論12第七部分設計總結13第八部分：參考文獻14第一部分設計任務和要求1.1實驗目的：PLC構成五相十拍步進電機模擬控制系統1.2PLC系

6、統設計內容與步驟PLC 課程設計主要步驟如下：1、分析被控對象的工藝條件和控制要求。被控對象是指受控的機械、電氣設備、生產線或生產過程。在進行系統設計時，首先需要深入了解被控對象的特點、控制過程與要求等。 確定被控對象與PLC之間的輸入、 輸出關系。控制要求主要指控制系統的基本方式、應完成的動作等，同時要注意必要的保護和連鎖等2 、選擇 I/O 設備。根據控制系統的功能要求，確定系統所需的輸入、輸出設備的具體型號、數量等。常用的輸入設備有按鈕、限位開關，傳感器等；常用的輸出設備有繼電器、接觸器、電磁閥等。3 、選擇 PLC的型號。根據已選擇的 I/O 設備，統計 I/O 點數，選擇合適的 PL

7、C類型，在選擇時要考慮所需機型的容量大小、I/O 模塊種類及電源類型等。4 、分配 I/O 點。只有分配 PLC的 I/O 點后，方可進行程序設計。5 、程序設計，它是整個系統設計的核心工作，首先要熟悉控制要求，根據控制要求設計好梯形圖程序。6 、輸入程序后調試程序。 調試過程中如果發現問題， 則要采取措施逐一排除，直至調試成功。7 、編寫技術文件。則要包括說明書、電氣原理圖，電氣元件明細表，程序等。1.3五相十拍步進電動機的控制要求：1. 按下啟動按鈕， 2S 后 A 亮，然后 B亮（ A滅）， C亮（B 滅），D亮(C 滅) ，E亮（ D 滅） 依次向下循環執行，間隔時間均為2. 五相步進

8、電動機有五個繞組 : A 、B、C、D、E ,正轉順序 : ABCBC BCDCD CDEDE DEAEAEAB AB反轉順序 : ABCBC BCDCD CDEDE DEAEAEAB AB3 用五個開關控制其工作：1 號開關控制其運行 ( 啟/ 停)。2 號開關控制其低速運行 ( 轉過一個步距角需 0.5 秒) 。3 號開關控制其中速運行( 轉過一個步距角需0.1秒) 。4 號開關控制其高速運行( 轉過一個步距角需0.03秒) 。5 號開關控制其轉向( ON為正轉， OFF 為反轉 ) 。第二部分設計方案2.1總體設計方案說明五相十拍步進電動機有五個繞組，分別為 A,B,C,D,E 。根據設

9、計要求，可以將其一個工作過程 （周期）分為十個相對獨立的狀態， 這樣就可以用輔助繼電器來完成設計，又因為題目要求要用三個開關來控制電動機的低（ X2），中（ X3），高 (X4) 三個等級的轉速，一個啟動停止開關 (X1), 還有控制電動機正反轉的開關（ X5 為 ON則正轉為 OFF則反轉），所以總體思路分別用 X2，X3，X4 來控制三個頻率不等的脈沖信號，還有題目中要求高速運行時，時間間隔為 0.03S ，在做脈沖信號時，要用到延時性的定時器 T246T250。在用到延時性定時器時要注意對其進行復位，任何時刻只允許電動機工作在低中高速三種狀態之一，所以，在編程時就用到 X2，X3，X4

10、三個開關相互互鎖，要消工作在多種狀態的沖突。因為有十種狀態，所以考慮用以為指令，這也很好的解決了控制電動機正反轉的問題， 但是移位信號的控制用單純的秒脈沖來控制是不行的，所以就用到 PLS指令，將其轉化為尖峰脈沖再來控制，另外，題目中沒有出現 5 個繞組都不工作的情況， 所以在控制移位信號時還應注意一下 （正反轉情1/19況不同）才完全符合要求。 因為要可以實現停止其工作，所以在程序中要在適當的時候對五個繞組進行復位，這樣一來，程序的基本框架就出來了。2.2 PLC 控制系統組成方框圖圖 1-1 程序結構框圖2/19第三部分系統硬件設計3.1 PLC 的選型及硬件配置根據設計要求，可選擇- 型

11、號的 PLC主機，就可以完成5 進 5 出的程序設計硬件配置： PLC主機一臺， 220V交流電源， 24V直流電源各一個，五相十拍步進電動機一臺，五個開關，導線若干。3.2輸入輸出地址分配五相十拍步進電動機五個繞組工作在輸出端和 PLC五個輸入開關在 PLC中的編址如下：輸入點輸出點元件名稱符號地址分配元件名稱符號地址分配啟動/停止SB1X1A 相繞組AY1低速運行SB2X2B 相繞組BY2中速運行SB3X3C相繞組CY3高速運行SB4X4D相繞組DY4正/ 反轉SB5X5E 相繞組EY5表 1-1 PLC外部 I/O地址分配表3/193.3 PLC 的控制電路第四部分PLC 控制軟件設計與

12、調試4.1系統程序設計程序梯形圖如圖 1-1 所示，其中 X1：啟動 / 停止開關（ ON時啟動， OFF停止），X2：低速運行開關， X3：中速運行開關， X4：高速運行開關， X5：正 / 反轉（ ON時正轉， OFF時反轉）。4/195/196/197/198/199/194.2 實驗調試步驟：1、在斷電狀態下，連接好PC/PII 電纜；2、打開 PLC的前蓋，將運行模式選擇開關 STOP位置，此時 PLC處于停止狀態， 或者用鼠標單擊工具條中的 STOP按鈕，可以進行程序編寫。3、在作為編程器的PC上，運行 STEP Micro/WIN4.0 編程軟件；4、用菜單命令文件 ->

13、新建 , 新建一個新項目，或者用菜單命令文件 -> 打開。打開一個已有的項目，或者用菜單命令“文件 -> 另存為”，可修改項目的名稱；5、用菜單命令“ PLC-> 類型”，設置 PLC的型號；6、編寫控制程序；7、用鼠標單擊工具欄中的“編譯”按鈕或“全部編譯”按鈕來編譯輸入的程序。8、下載程序到PLC；9、取出 PLC 主機模塊和五相步進電機模擬控制實驗板將其擺放在實驗屏的合適位置。10、按照 I/O 分配表，用實驗連接導線將 PLC主機模塊輸入、 輸出接口與實驗板接口一一對應連接，將 PLC主機模塊數字量端口單元 1L、2L 端口和 1M、2M、3M端口與 +24V 相連接

14、，將 PLC主機模塊端口 0 與實驗板 0 相連接。11、連接經檢查無誤后，接通并打開PLC主機模塊電源12、將運行模式選擇開關撥到 RUN位置，或者用單擊工具條中的 RUN（運行）按鈕，使 PLC進入運行方式。13、根據課程設計內容調試并運行程序。4.3 調試結果與分析程序編制好了以后，下一個步驟就是調試與分析，開始調試時，遇到以下兩個問題問題 1：低速和中速都正常，一旦運行了高速之后，就再也不會繼續工作了，即使重啟電源，也不會工作，為什么會出現這一現象呢？分析：分析后才知道，我們所用的T246，T247 都是延時性的定時器，在它們工作完后都要對它們進行復位，果然，加了復位條件后，程序果然能

15、夠持續穩定的工作。問題 2：但是有會出現另一問題， 就是會出現有 11 種狀態，額余狀態時五個繞組都不工作的狀態，正反轉都有這種情況: 。分析：仔細分析后才知道，是移位信號的控制出現了一點問題，開始我們用的是M1M10的常閉觸點來控制移位信號M0，只有當 M1M10十個繼電器都失電時， M0 才有有效信號輸入，才能控制移位，因此，我們去掉了M10，只用10/19前九個繼電器來控制移位信號，這時再次運行，結果正轉完全符合要求，但是反轉就會缺失一些狀態，這樣我們就考慮分別用兩個不同的繼電器來控制其正反轉的移位信號，這時只需在反轉時去掉M1(保留 M10)，再來運行，結果完全符合要求。第五部分：元件

16、清單1.S7-200 系列 PLC實驗實訓裝置；2.PC 機、 PC/PPI 編程線纜；3. 3.STEP Micro/WIN4.0 編程環境；4. 4. 五相步進電機模擬控制實驗板；5. 5. 連接導線一套第六部分結論本次設計研究了PLC 控制步進電動機的設計原理與實現方法，主要是程序的設計，將 PLC應用到步進電動機控制系統中，充分發揮 PLC高可靠性和實用性， 外部接線簡單、靈活，維修方便。實際應用中還應結合實際情況， 考慮各部分的容量及其實際的技術參數， 供電電源的設計、系統接地問題、電纜設計與鋪設、 PLC輸出端保護等問題，以使系統達到安全可靠的工作， 所以要想用于實際中， 必須得通

17、過現場調試。 這就又給我們提出了更高層次的問題，畢竟一個較好的和較完善的應用軟件不是在短時間內就可以完成它的需要，要不斷的完善和發展， 需要我們做大量的工作和時間的檢驗。 現在的系統雖然滿足了基本的要求，還需要增加很多新的功能和先進的科學技術， 才能實現更安全、可靠、節約地控制。雖然現在用 PLC控制步進電動機簡單方便， 但單片機等更為便宜， 所以，應該在現有的基礎上開發利用單片機等控制系統。 而且現有的故障診斷很不全面， 應該增加主動性預防診斷，可使系統在發生故障之前，我們就可以預見故障、排11/19除故障，使運行中的故障率降低到最低水平，保障電動機正常運行。最終，就是以信息技術為主，通過先

18、進使用技術，提升步進電動機的控制，強化產、學、研的有效結合，盡快實現技術引進和自主創新相結合的模式，建立和完善技術開發體系，全力提升步進電動機控制的水平。第七部分設計總結通過本次試驗我學到很多東西， 遇到很多需要查資料的問題。 在查閱資料的過程中，我們要判斷優劣、 取舍相關知識， 不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學習的知識是有限的， 在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領域， 這方面的能力便會使我受益非淺。通過學習 PLC理論課程后，在做課程設計能檢測我的學習成果和知道自己的不足，此次設計每個人一個題目。 由于平時大家都是學理論， 沒有過實際設計和調試的經驗，拿到的時候都不知道怎么做。 但通過各方面的查資料并學習。 我基本學會了 PLC設計的步聚和基本方法。 也鍛煉了自己獨立做事的能力， 怎么去查找資料， 怎么去利用手中的資料，怎么樣很好的寫一篇 PLC論文。在這次設計實踐之中，我學會了 PLC的基本編程方法，對 PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。 在對理論的運用中， 提高了