基于PLC的步进电机控制系统.docx

《 电气控制及PLC 》
课 程 设 计 报 告
题 目： 步进电机的PLC控制设计
专 业：自动化
班 级：11自动化(1)班
姓 名：李勇李亚 李新明荆欢
贾伟 黄龙飞 皇C为例，讨论步进电机的PLC控制系统的硬件和软件设计方法，以及利用组态设计，通过上位机进行监控与PLC进行通信，从而实现对系统的控制。

方案一
步进电机的控制方式采用开环控制方式，即步进电机驱动系统的输入脉冲不依赖与转子的位置,而是事先按一定规律给定的。负载位置对控制电路没有反馈,因此步进电机必须正确的响应每次励磁变化。
步进电机开环控制框图
方案二
闭环控制是不断直接或间接地检测转子的位置和速度,然后通过反馈和适当的处理,自动给出脉冲链,使步进电机每一步都响应控制信号的命令,从而只要控制策略正确电机不可能轻易失步。
步进电机闭环控制框图
方案对比与选择
通过对比，步进电机的最显著的优势是不需要位置反馈信号就能够进行精确的位置控制。这种开环控制形式省去了昂贵的位置传感器件，只需对输入指令脉冲信号计数，就能知道电机的位置。在开环控制系统中，电机响应走步指令后的实际运行情况，控制系统是无法预测和监视的。在一些运行速度范围宽、负载大小变化频繁的场合，步进电机容易失步，而使整个系统趋于失控。这时候，可以对步进电机进行位置闭环控制。控制系统对电动机转子位置进行检测，并将信号反馈至控制单元，使得系统对步进电机发出的走步命令，只有得到相应实际位置响应后，方告完成。因此，闭环控制的最基本任务是防止步进电机失步。
闭环控制的励磁延时设置随负载而变化，它能产生接近最佳的速度曲线和快速的负载定位。并且一般采用直接监视负载位置的方法，因此发生失步的可能性大大减小。但在本实验中因为要求不是很高，所以只要采取最简单的开环控制系统，用来实现步进电动机的正转、反转、加速、减速、定位。
3、系统设计
PLC内部原理
可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。
可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。
PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一至。 PLC硬件的基本结构图所示：
编程器
中央处理单元
（CPU）
输入电路
输出电路
系统程序存储区
用户程序存储区
电源
PLC硬件的基本结构图
根据设计要求系统的I/O分配表如下：
表 1 I/O分配表
输入端
输出端
输入设备
输入端子
输出设备
输出端子
启动停止按钮SB1
X000
电机A相线圈
Y0
正反选择按钮SB2
X001
电机B相线圈
Y1
慢速选择开关SA1
X002
方向选择
Y2
慢速选择开关SA2
X003
按钮K1驱动线圈
Y3
定位按钮SB3
X004
按钮K2驱动线圈
Y4
运行按钮SB4
X005
按钮K3驱动线圈
Y5
细分按钮K1
X006
细分按钮K2
X007
细分按钮K2
X010
二相混合式步进电机工作原理
二相步进电机有2个绕组，当一个绕组通电后，其定子磁极产生磁场，将转子吸合到此磁极处。若绕组在控制脉冲的作用下，通电方向按照AAB四个状态周而复始进行变化，电机科顺时针转动；通电顺序为ABA时，电机就逆时针转动。步进电机是一种将电子数字脉冲信号转变为机械运动的电磁增量运动器件。典型的电机绕组固定在定子上，而转子则由硬磁或软磁材料组成。当控制系统将一个电脉冲信号经功率装置加到定子绕组中，电机便会沿一定的方向旋转一步。脉冲的频率决定电机的转速。电机转动的角度与所输入的电脉冲个数成正比；因此，只要简单地改变输入脉冲的数目，就能控制步进电机的转子运行角度，从而达到位置控制的目的。
步进电机有以下特点：
（1）运行角度正比于输入脉冲，便于开环运行，花费少；
（2）具有锁定转矩；
（3）定位精度高，并且没有累积误差；
（4）具有优良的起动、停止、反转响应；
（5）无电刷和可靠性高；
（6）可低速运行，直接驱动负载；
（7）不适宜的控制会引起振