毕业设计三相六拍步进电动机控制程序的设计

摘要工业控制器广泛地应用于冶金生产、汽车制造、石油化工、轻工食品、能源、交通等几乎所有工业领城。其控制方法也从简单的传统电器控制，使用最多的电器是继电器，而且继电器控制采用固定接线，很难适应产品机型的更新换代。生产线承担的加工对象改变后，加工控制程序随之改变要求。对于大型自动化生产线的控制系统使用的继电器数很多，这些有触点的电器工作频率较低，在频繁动作的情况下，寿命较短，容易造成系统故障，使生产运行的可靠性、稳定性降低。使用比可编程控制器实现三相六同时，由于实现了模块化结构，使系统构成十分灵活，而且编程不仅要设计复杂的控制程序和1/0接口电路，实现比较麻烦，而且对工业现场的恶劣环境适应性差，可靠性不高。基于PLC控制的步进电机具有设计简单，实现方便，定位精度高，参数设置灵活等优点，在工业过程控制中使用，可靠性高，监控方便。摘要 1第一章步进电动机 31.1步进电机基础 31.1.0步进电机的主要特性 31.1.1三相六拍步进电机 4第二章三相六拍步进电动机控制程序的设计 62.1程序设计的基本思路 62.1.1三相六拍步进电机的控制要求 62.1.2控制程序框图及软件模块 62.2梯形图程序设计 72.2.1输入惭出编址 72.2.2状态真值表 72.3梯形图程序 82.4三相六拍步进电机控制语句表 2.5步进电机的I/0分配 第三章 3.1程序的分析与比较 3.1.0简捷性 3.2柔性化 3.2.1步进速度的变化 3.2.2从三相六拍到五相十拍 第一章步进电动机1.1步进电机基础步进电动机主要用于开环控制系统，也可用于闭环控制系统。步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。(1)步距角和静态步距误差：步进电机的步距角α是决定开环伺服系统0.5°~0.3°一般情况下，步距角越小，加工精度越高，静态步距误差指理(2)动频率fd:空载时，步进电机由静止突然启动，并进人不丢步的(3)连续运行的最高工作频率fmax,步进电机连续运行时，它所能接受(4)加减速特性：步进电机的加减速特性是描述会出现失步或超步。我们用加速时间常数来描述步进电机的升速和降速特性见图1。(5)矩频特性与动态转矩，矩频特性M=F(f)系的曲线，该特性曲线上每一个频率对应的转矩称为动态转矩。可见，动态转矩随连续频率的上升或下降。上述步进电机的主要特性除第一项外，其余均与电源有很大关系。驱动电源性能好，步进电机的特性可能得到明显改善。1.1.1三相六拍步进电机三相六拍步进电机是一典型单定子、径向分相、反应式伺服电机。其结构原理图如图3所示。它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁芯和定子绕组。定子铁芯由电工钢片叠压而成。定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。三相步进电机可构成三相控制绕组，若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极，其方向即图1.3中所示的N3极。在定子的每个磁极上，即定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9°,转子上没有绕组，只有均匀分布的个40小齿，齿槽也是等宽的，齿间夹角也是，与磁极上的小齿一致。此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距，如图1.4所示。当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮1/3齿距角，C相磁极齿超前或滞后转子齿2/3齿距角。1.绕组2.定子铁芯3.特子铁芯4.A相磁通φa图1.3如果控制线路不停地按A→B→C→A的循环顺序控制步进电机绕或 第二章三相六拍步进电动机控制程序的设计2.1程序设计的基本思路间，最长可达两个多扫描周期_1J,程序越长，这种滞后越明显，则控制精(3)步进两种速度可分为高速(0.05S)、低速(0.5s)两档，并可随时手控1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成4个模块进行编程，即模块1:步进速度选择；模块2:起动、停止和清零；模块3:移位步进控制功能模块；模块4:A、B、C三相绕组对象控制。然后，将各模块进行连接，最后经过调试、完善、实现控制要拍数拍数六计NY2.2梯形图程序设计2.2.1输入惭出编址控制步进电机的各输入开关及控制A、B、C三相绕组工作的输出端在PLC中的I/0编址如表2.1所示。表2.1输入与输出编址步进电机正转启动按铅Q0.0步进电机反转启动按钮Q0.1停止及清零按钮Q0.2低速开关(1)高速开关(22.2.2状态真值表表2.2移位寄存器初值1100000正转时表2.3移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表100100010000001O00002.3梯形图程序序，如图2所示。其中Network1～3对应Network712对应模块3;Network13～16对应模块4。低速//P//Network4//NetworkGP→//H)图2.1步进电机梯形图控制程序2.4三相六拍步进电机控制语句表T33.二M2.0.0000二Q0.0.二000M0.2.二00M1.0.二0000M1.0.二M3.0.M0.2.000M0.0.ANM1.1.T33,VW100.二第13页共17页图2.2硬件连接线路图图2.3三相电动机控制电路第三章3.1程序的分析与比较但由于每一次步进切换都须经过对状态的开的网络数大大增加；或可用许多的定时器实现各步距角的时间控制，以及3.2柔性化Nmtwork2Notwork3图3.1程序模块1的修改Nmtwork2Notwork3图3.1程序模块1的修改PPP2第15页共17页其中，原低速开关I1.0变为步进基速赋值开关(Network1);原中速开关I1.1变为减速开关，每次I1.1从“0”一“1”,步进速度减慢0.01s,即以加法指令实现转过每步距角所需时间增加0.开关I1.2变为加速开关，每次I1.2从“0”一“1”,经减法指令使转过每步距角所需时间减少0.01s(Network3),每次加速或减速的幅度可按需要任意修改设定。而如果用其他方法编程，比如以定时器、比较指令等编程，则如果控制对象为五相十拍的步进电动机，则依16位(字)移位寄存器。比如：取寄存器MW3=MB3+MB4,其初值见表3.1。表3.1移位寄存器初值M3.7M3.6M3.5M3.4M3.3M3.2M3.1M3.0M4.7M4.6M4.5M4.4N4.3M4.2M4.1M4.O移位指令相应由“SHR—B”修改为“SHR—w”,然后根据五相十拍步进电正转ABC—BC—BCD—CD—CDE—DE—DEA—EA—EAB—AB—ABC第四章总结(1)本设计的控制系统是通过PLC的高速脉冲输出指令PLS和实时的高速(2)利用PLC可方便的实现电机的速度和位置进行控制，可靠的实现各种(3)利用本设计所介绍的三相六拍步进电机梯形图控制程序的设计方法，(4)通过本次实验，让我巩固了以前学习的PLC课程，也通过实验的课题参考文献[1]、常斗南，李全利，张学武编著。可编程序控制器原理、应用、实验[M]北京：机械工业出版社1998年7月[2]、李乃夫编著。可编程序控制器原理、应用、实验[M]北京：中国轻工业出版社1998年1月[3]、何衍庆，戴自祥，