三相六拍步进电机PLC控制设计

1、三相步进电机的PLC控制系统设计1.1 PLC控制步进电机发展的趋势时至今日，软件以及电子设备等相关技术都有了长足发展。虽然软件的发展速度比不上硬件的发展速度那么迅速，但已能满足现在的工业需求。对步进电机的传统控制通常完全由硬件电路搭接而成。随着PLC的普及，现在已普遍采用硬件与软件相结合的方式对其进行控制，这种控制方法有很多优点，比如：可以实现高精度的控制，降低成本，降低控制难度，简化控制电路等。今后步进电机的总体发展趋势是向着低功耗、高频率精度、多功能、高度自动化和智能化的方向发展。1.2 本设计的目的、意义本设计可以通过对几个开关按钮的控制来实现对步进电机的方向，以及对高、中、低速的控制

2、。比如用两个开关分别控制电机正反转，两个开关分别控制电机启动和停止，三个开关分别控制电机的高中低转速，使得步进电机的控制更加简便。甚至还可以利用更少的开关来控制，但为了使得本设计更加直观和易读，故采用七个控制开关。此外，本设计更加便于实现对步进电机的自动化控制。2.三相步进电机的PLC控制和要求可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态中，可编程控制器通过执行反应控制来实现用户的控制要求。为了使可编程控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不仅仅执行一次，而是反复不断地重复执行，直到可编程控制器停机或切换到STOP工作状态。下面用一个

3、简单的例子来进一步说明可编程序控制器的扫描工作过程。图1（a）所示的PLC的输入输出接线图，起动按钮SB1和停止按钮SB2的常开触点分加别接在编号为X000和X001的可编程控制器的输入端，接触器KM的线圈接在编号为YO00的可编程控制器的输出端。图(b)是这3个输入/输出变量对应的I/O映像寄存器。图（c）是可编程控制器的梯形图，它与图1所示的继电器电路的功能相同。但是应注意，梯形图是一种程序，是可编程控制图形化的程序。图中的X000等是梯形图中的编程元件，XO00与X001是输入继电器，Y000是输出继电器。编程元件X000与接在输入端子XO00的SB1的常开触点和输入映像寄存器XO00相

4、对应，编程元件Y000与输出映像寄存器Y000和接在输出端子Y000的可编程控制器内部的输出电路相对应。(a) (b) (c) (d) 图1 PLC的外部接线图与梯形图梯形图以指令的形成储存在可编程控制器的用户程序存储器中，梯形图与下面的4条指令对应“；”之后是该指令的注解。LD X000 ；接在左侧母线上的X000的常开触点。OR Y000 ；与X00O的常开触点并联的Y000的常开触点。ANI X001 ；与并联电路串联的X001的常闭触点。OUT Y000 ；Y000的线圈。在输入处理阶段，CPU将SB1，SB2的常开触点的状态读入相应的输入映像寄存器，外部触点接通时存入寄存器的是二进制

5、数“1”，反之存入“0”。执行第一条指令时，从输入映像寄存器X000中取出二进制数并存入运算结果寄存器。执行第二条指令时，从输出映像寄存器Y000中取出二进制数，并与运算结果寄存器中的二进制数相“或”（触点的并联对应“或”结算），然后存入运算结果寄存器。执行第三条指令时，取出输入映像寄存器X001中的二进制数，因为是常闭触点，取反后与前面的运算结果相“与”（电路的串联对应“与”运算），然后存入运算结果寄存器。在输出处理阶段，CPU将各输出映像寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来，如果输出映像寄存器Y000中存放的是二进制数“1”，外接的KM线圈将通电，反之将断电。X000，X001和Y0

6、00的波形如图1(D)所示,高电平表示按下按钮或KM线圈通电,当TT1时,读入输入映像寄存器X000和X001的均为二进制数“0”此时输出映像寄存器Y000中存入的亦为“0”在程序执行阶段,经过上述逻辑运算过程之后,运算结果仍为Y000=0,所以KM的线圈处于断电状态.在TT1区间,虽然输入/输出信号的状态没有变化,用户程序确在一直反复不断地执行着。T=T1时按下起动按钮SB1，X0变为“1”状态，经逻辑运算后Y000变为“1”状态，在输出处理阶段，将Y000对应的输出映像寄存器中的“1”送到输出模块，将可编程控制器内Y000对应的物理继电器的常开触点接通，使接触器KM的线圈通电。2.2步进电

7、机的工作原理及其控制要求步进电机是将给定的电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。给定一个电脉冲信号，步进电机转子就转过相应的角度，这个角度就称作该步进电机的步距角。步进电机的位置控制是靠给定的脉冲数量控制的。给定一个脉冲，转过一个步距角，当停止的位置确定以后，也就决定了步进电机需要给定的脉冲数。其工作原理如下：设A相首先通电，转子齿与定子A、A对齐（图a）。然后在A相继续通电的情况下接通B相。这时定子B、B极对转子齿2、4产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是A、A极继续拉住齿1、3，因此，转子将转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图b)所示，即转子从图(a)位置顺时针转过了15。

8、接着A相断电，B相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B极对齐（图c），转子从图(b)的位置又转过了15。其位置如图3d所示。这样，如果按AA、BBB、CCC、AA的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角15。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。如果按AA、CCC、BBB、AA的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。图2 步进电机通电方式原理图（1）三相步进电动机有三个绕组: A、B、C 正转通电顺序为：AABBBCCCA 反转通电顺序为：ACACBCBAB （2）用7个开关控制其工作 #1开关控制其运行 ( 启 )。 #2开关控制其运行 ( 停 )。 #3 号开关

9、控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.5 s)。 #4 号开关控制其中速运行 (转过一个步距角需 0.1 s)。 #5 号开关控制其高4 s)。 #6 号开关控制其转向 ( ON 为正转 )。 #7 号开关控制其转向 ( OFF 为反转)。23 PLC控制系统所需I/O点数的确定步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其速度与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制

10、性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。 步进电机PLC控制系统IO接线图的设计 以三相步进电机为例，步进电机通常设有加速、减速控制及正反转控制等控制方式。按控制要求可设计出步进电机的PLC控制系统IO接线图(见图3)。图3 步进电机的PLC控制系统IO接线图 图中：CP-脉冲信号输入端子；CW-方向信号输入端子；EN-使能信号输入端子。步进电机脉冲频率的变化规律步进电机在启动和停止时有一个加速及减速过程，且加速度越小则冲击越小，动作越平稳，所以步进电机工作一般要经历以下的变化过程：加速-恒速(高速)-减速-恒速(低速

11、)-停止。因步进电机转速与脉冲频率成正比，所以输入步进电机的脉冲频率也要经历一个类似的变化过程。24 PLC控制系统所需机型的选择PLC机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性价比最优的机型。通常做法是，在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结构的PLC；其他情况则最好选用模块式结构的 PLC；对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带 A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。2.5 PLC控制系统的设计思想. 最大限度地满足被控对象的控制要求. 保证PLC控制系统安全可靠. 力求简单、经济、便于使用及维护. 适应发展的需要3.1 PLC控制系统中I/O端子接线图及I/O地址分配表3.1.1 步进电机I/O分配表输入功能输出功能X0正转Y0控制A相X1反转Y1控制B相X2启动Y2控制C相X3停止X4低速X5中速X6高速3.1.2 I/O端子接线图3.2 梯形图 3.4实验调试中遇到的问题及解决方案实验中可能会有许多原因会引起调试的不成功，其中包括硬件方面的，和软件方面的。硬件方面的主要是连线的错误，或者其他硬件方面的问题。比如硬件线路的接法不同也可能导致实验