五相十拍步进电动机控制课程设计分解Word文档下载推荐.docx
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摘要
步进电机是一种控制精度极高的电机,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、主电路图、梯形图、元件清单以及语句表。
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;
元件清单;
五相十拍步进电机
第一章引言
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。
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。
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。
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←AB
2.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号开关控制其低速运行(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(0.05S),中速(0.3S),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。
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1所示。
表1I/O地址分配表
输入点
输出点
元件名称
符号
地址编码
启/停开关
SB1
I0.0
A绕组
A
Q0.0
0.5s低速运行开关
SB2
I0.1
B绕组
B
Q0.1
0.1s中速运行开关
SB3
I0.2
C绕组
C
Q0.2
0.03s高速运行开关
SB4
I0.3
D绕组
D
Q0.3
控制转向开关
QS
I0.4
E绕组
E
Q0.4
3.2选择PLC类型
根据上图的I/O分配表通过查阅手册选择S7-200CPU222基本单元(8入/6出)1台
3.3PLC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步进电动机采用五相十拍控制外部接线图
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。
N
Y
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2。
表2移位寄存器初值
M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.1M0.0
100000000
每右移1位,电机前进一个布局角(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+M0.0
B相Q0.1=M1.1+M1.0+M0.7+M0.1+M0.0
C相Q0.2=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.5
D相Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5+M0.4+M0.3
E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+M0.0
B相Q0.1=M1.1+M1.0+M0.2+M0.1+M0.0
C相Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0
D相Q0.3=M0.6+M0.5+M0.4+M0.3+M0.2
E相Q0.4=M1.0+M0.7+M0.6+M0.5+M0.4
表3.1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
1
表3.2移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表(反转)
反转
3.5.2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。
3.6语句表
3.7主电路图
3.8电机正反转控制图
3.9元件清单
控制主电路器件清单
序号
名称
型号
单位
数量
单价
总价(元)
CPU222XP
PLC
6ES7214-2BD23-0XB8
台
1900
2
M
步进电机
86BYGH5430
360
3
FU
熔断器
rm10
个
3.9
7.8
4
SB
按钮开关
la19-11d
5
2.6
13
刀开关
HD11F-100A/38
50
6
KM
交流接触器
CJX2-0901
20.5
41
7
KT
时间继电器
H3Y-2
12.5
8
FR
断路器
5SJ6320-7CC20
105.3
3.10元件布置图
总结
通过学习PLC理论课程后,在做课程设计能检测我的学习成果和知道自己的不足,此次设计每个人一个题目。
由于平时大家都是学理论,没有过实际设计和调试的经验,拿到的时候都不知道怎么做。
但通过各方面的查资料并学习。
我基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。
也锻炼了自己独立做事的能力,怎么去查找资料,怎么去利用手中的资料,怎么样很好的写一篇PLC论文。
在这次设计实践之中,我学会了PLC的基本编程方法,对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中,提高了我们的工程素质,在没有做实践设计以前,我们对知道的撑握都是思想上的,对一些细节不加重视。
在课程设计过程中我了解到,PLC并不是一门单一的编程技术,它是一门系统专业课程。
PLC可以广义的认为是一台背嵌入操作系统的高可靠性PC机。
首先需要精深PLC本身的编程语言梯形图、语句表语言。
然后根据程序在实验室进行调试,使其达到预期的程度。
最后,依照调试结果写论文。
不断的锻炼自己的动手和思维能力。
在设计过程中,总是遇到这样或那样的问题。
有时发现一个问题的时候,需要做大量的工作,花大量的时间才能解决。
自然而然,我的耐心便在其中建立起来了。
为以后的工作积累了经验,增强了信心。
参考文献
[1]张万忠刘明芹电器与PLC控制技术
[2]程子华,PLC原理与实例分析.
[3]廖常初,PLC编程及应用.
[4]高钦和,可编程控制器应用技术及其设计实例.
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- 五相十拍 步进 电动机 控制 课程设计 分解