基于S7200PLC步进电机调速控制步进驱动控制系统设计论文.docx
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基于S7200PLC步进电机调速控制步进驱动控制系统设计论文.docx
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基于S7200PLC步进电机调速控制步进驱动控制系统设计论文
摘要
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,使用PLC可编程控制器实现步进电动机驱动,可使步进电动机的抗干扰能力强,可靠性高,同时,由于实现了模块化结构,是系统结构十分灵活,而且编程语言简短易学,便于掌握,可以进行在线修改,柔性好,体积小,维修方便。
本设计是利用PLC做进电动机的控制核心,用按钮开关的通断来实现对步进电机正,反转控制,而且正,反转切换无须经过停车步骤。
其次可以通过对按钮的控制来实现对高,低速度的控制。
充分发挥PLC的功能,最大限度地满足被控对象的控制要求,是设计PLC控制系统的首要前提,这也是设计最重要的一条原则。
本设计更加便于实现对步进电机的制动化控制。
其主要内容如下:
1了解PLC控制步进电机的工作原理
2掌握PLC的硬件构成,完成硬件选型
3设计PLC的控制系统
4用STEP7完成PLC的编程
关键词:
步进电机;PLC控制;电机正反转;高低速控制
Abstract
Steppermotorhasaquickstartsandstops,precisionsteppingandpositioningfeatures,commonlyusedforindustrialprocesscontrolandinstrumentation,PLCprogrammablecontrollersteppermotordrivecansteppermotoranti-interferenceability,highreliability,atthesametime,duetothemodularstructure,thesystemstructureisveryflexible,andprogramminglanguagesbrieftolearn,easytomaster,canbemodifiedonline,goodflexibility,smallsize,easymaintenance.
ThisdesignistheuseofPLCbuiltintothecoreofthemotorcontrolbuttontoswitchonandofftothesteppermotoristhereversecontrol,andpositive,reverseswitchwithouthavingtogothroughtheparkingstep.Followedbythebuttoncontroltoachievethehighandlowspeedcontrol.GivefullplaytothefunctionsofPLCaspossibletomeetthecontrolrequirementsofthecontrolledobjectisthemostimportantprerequisiteforthedesignPLCcontrolsystem,whichisdesignedtothemostimportantprinciple.Thisdesigniseasiertoachievebrakingcontrolofthesteppermotor.Itsmaincontentsareasfollows:
AnunderstandingofPLCcontroltheworkingprincipleofthesteppermotor
2graspthePLChardwarestructure,thecompletionhardwareselection
3DesignofPLCcontrolsystem
4completePLCprogrammingwithSTEP7
Keywords:
Steppermotor;PLCcontrol;motorreversing;highandlowspeedcontrol
1绪论
1.1PLC步进驱动控制系统研究和意义
基于步进电动机良好的控制和准确定位特性,被广泛应用在精确定位方面,诸如数控机床、喷绘机、工业控制系统、自动控制计算装置、自动记录仪表等自动控制领域。
随着计算机技术的发展,可编程逻辑控制器的功能不断扩展和完善,其功能远远超出了逻辑控制的范围,具有了A/D、PID、D/A、算术运算、数字量智能控制、通信联网、监控等多方面的功能,它已变成了实际意义上的一种工业控制计算机。
PLC作为简单化的计算机,以其可靠性高、通用性强、编程简单易学、指令系统简单、体积小、维修工作少、现场接口安装方便、易于掌握等优点,在全世界广泛应用,为生产生活带来巨大效益方便。
PLC控制的步进电机系统应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制,可省去该单元的数控系统使该单元的控制系统成本降低70~90%,而且只占用自动线控制单元PLC<1KB的内存及3~5个I/O接口。
特别是在大型自动线中可以使控制系统的成本明显下降。
因此,通过研究用PLC来控制步进电动机的,既可实现精确定位控制,又能降低控制成本,还有便于维护。
1.2国内外PLC的发展
PLC又称可编程序控制器PC,是微机技术与继电器常规控制技术相接合的产物,是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器,是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机[1]。
PLC是在20世纪60年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。
它采用可编程序的存储器,其内部存贮执行逻辑运算、计数和算术运算、顺序控制等操作指令,并通过模拟的、数字的输入和输出,控生产过程或各种类型的机械。
可编程序控制器及其有关设备,都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。
PLC自产生至今只有30多年的历史,却得到了广泛应用和迅速发展,成为当代工业自动化的主要支柱之一。
发展过程和产生,现代社会要求生产厂家对市场的需求做出迅速的反应,生产出小批量、多规格、多品种、高质量和低成本的产品。
老式的继电器控制系统已无法满足这一要求,迫使人们去寻找一种新的控制装置去取代它。
自1969年针对工业自动控制的需求和特点而开发的第一台PLC问世以来,迄今已经30多年了,它的发展虽然包含了前期控制技术的演变和继承,但又不同于通用的微机控制装置和顺序控制器。
它不仅充分利用了微处理器的优点来满足各种领域的控制需求,同时也照顾到现场操作技术人员的技能和习惯,摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式,独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的模块化的软件结构和形象编程语言,使用户程序的编制方便易学、清晰直观,查错和调试都很容易。
用户使用PLC只需按说明书提示,做少量的安装接线和用户程序的编制工作,就可方便而灵活地将PLC应用于生产实践。
而用户程序的编制、调试和修改不需要具有专门的计算机编程语言知识。
这样就更加便于使用和修改,推动了计算机技术的普遍应用。
可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。
PLC现已成为现代工业控制三大支柱(PLC、ROBOT、CAD/CAM)之一,以其可靠性、体积小、逻辑功能强、在线修改控制程序、远程通信联网功能、对模拟量进行控制、易于与计算机接口、具有位控等高性能模块与告诉计数等优异性能,日益取代由大量时间继电器、中间继电器、计数继电器等组成的传统继电器。
PLC自问世以来,经过40多年的发展,在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。
世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。
产量产值大幅上升但价格却不断的下降。
目前,世界上有200多个厂家生产PLC,比较有名的:
美国:
莫迪康公司、AB通用电气;日本:
富士、三菱、松下电工、欧姆龙;法国:
TE施耐德公司;德国:
西门子公司;韩国:
LG、三星公司等。
我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段:
顺序控制器(1973~1979)——一位处理器为主的工业控制器(1979~1985)——8位微处理器为主的可编程序控制器(1985以后)。
在对外开放政策的推动下,国外PLC产品大量进入我国市场,一部分随成套设备进口。
如宝钢一、二期工程就引进了500多套,还有秦皇岛煤码头、汽车厂、咸阳显像管厂等。
现在,PLC在国内的各行各业也有了极大的应用,技术含量也越来越高。
1.3国内外步进电机的发展概况
步进电动机已成为除交流电动机和直流电动机以外的第三类电动机,传统电动机作为机电能量转换装置,在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
可是在人类社会进入自动化时代的今天,传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。
为适应这些要求,发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统,其中都有自己特点,且应用十分广泛的一类便是步进电动机[2]。
步进电动机的发展与计算机工业有着密切关系。
自从步进电动机在计算机外围设备中取代小型直流电动机以后,使设备的性能显著提高,很快地促进了步进电动机的发展。
另一方面,微型计算机和数字控制技术的发展,又把作为数控系统执行部件的步进电动机推广应用到其他领域,如小功率机械加工机床、电加工机床、光学、测量仪器、和包装机械以及医疗仪器等。
任何一种产品成型的过程,基本上都是规格品种逐步统一和简化的过程。
现在,步进电动机的发展已归结为爪极结构的永磁式、单段式结构的磁阻式和混合式三类。
爪极永磁式电机价格便宜,性能指标不高,混合式和磁阻式主要作为高分辨率电动机,由于混合式步进电动机具有控制功率小,运行平稳性较好而逐步处于主导地位。
最典型的产品是五相10极50齿和一些转子100齿的二相和五相步进电动机,五相电动机主要用于运行性能较高的场合,还有二相八极50齿的电动机,步距角1.8°/0.9°(全步/半步)。
到目前,工业发达国家的磁阻式步进电动机已极少见。
步进电动机最大的生产国是日本,如日本伺服公司、SANYO、东方公司、DENKI、NPM及MINEBEA公司等,特别是日本东方公司,无论是电动机性能和外观质量,还是生产手段,都堪称是世界上最好的。
现在日本步进电动机年产量(含国外独资公司)近2亿台,德国也是世界上步进电动机生产大国。
德国B.L.公司1994年五相混合式步进电动机专利期满后,推出了新的三相混合式步进电动机系列,为定子6极转子50齿结构,配套电流型驱动器,每转步数为200、400、1000、2000、4000、10000和20000,它具有通常的二相和五相步进电动机的分辨率,在此基础上再10细分,分辨率提高10倍,这是一种很好的方案,充分运用了电流型驱动技术的功能,让三相电动机同时具备二相和五相电动机的性能。
与此同时,日本伺服公司也推出了他们的三相混合式步进电动机。
该公司阪正文博士研制了三种不同的永磁式三相步进电动机,即HB型(混合式)、RM性(磁阻式)和爪极PM型。
将三相步进电动机同二相步进电动机进行比较后得出:
(1)在获得小步距角方面,三相电动机比二相电动机要好。
(2)三相电动机的两相励磁最大保持力矩为3T1(T1为单相励磁转矩),而二相电动机为2T1,所以三相电动机的合成力矩大。
(3)三相电动机连续2步用于半步的转矩差比二相电动机的要小。
(4)三相电动机的转矩波动比二相电动机要小。
(5)三相电动机绕组可以星形连接,三个终端驱动,励磁电路晶体管6个;而二相电动机是8个。
(6)连续运转时,由于三相步进电动机结构原因,磁通和电流的三次谐波被消除了,所
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