基于PLC步进电机控制课案.docx
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基于PLC步进电机控制课案
前言可编程控制器是电气控制技术中的关键技术。
《可编程控制器》为“专业的一门重要专业课。
通过本课程的学习,使我们掌握工厂电气控制设备技术和可编程控制器的使用。
分析和设计自动生产过程中的控制电路。
掌握其使用方法,课程设计以培养工程应用能力为主。
这些能力包括独立工作、综合运用所学过的基础知识和专业知识、解决工程应用、调试程序、工程绘图、编写技术资料、创新能力等。
PLC课程设计的主要目的是通过对某个简单的自动化生产设备、某条简单的自动化生产线、某些简单的工艺过程的调查研究。
使学生明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。
根据这些要求来进行PLC控制系统的原理设计、硬件配置及软件编程设计。
通过不断地调试和完善程序来满足生产工艺的要求。
本设计提供了设计的备选课题。
通过课程设计和使我们进一步熟悉PLC控制系统的应用,并培养我们解决实际问题的能力,掌握系统设计的思路及方法。
基于PLC步进电机控制系统
摘要
随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中,其在各个国民经济领域都有应用。
研究步进电机的控制系统,对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
步进电机是将电脉冲信号变换成机械角位移的一种装置,每个脉冲使转轴步进一个步距角增量,输出角位移与输入脉冲数成正比,转速与输入脉冲成正比,转速与输入脉冲频率成正比。
步进电机的控制方式简单,属于开环控制,且无累积定位误差,有较高的定位精度,而PLC作为一种工业控制微机,是实现电机一体化的有力工具,因此基于PLC的步进电机控制技术已广泛用于数字定位控制中。
本控制系统的设计,由硬件设计和软件设计两部分组成。
其中,硬件设计主要包括步进电机的工作原理、步进电机的驱动电路设计、PLC的输入输出特性、PLC的外围电路设计以及PLC与步进电机的连接与匹配等问题的实现。
软件设计包括主程序以及各个模块的控制程序,最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制。
本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。
关键词 :
步进电机、PLC、转速控制、方向控制
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目录
前言1
基于PLC步进电机控制系统..............................................................................2
摘要2
第一章绪论5
1.1课题背景5
1.2问题的提出6
1.3设计目的及系统功能6
第二章PLC及步进电机的概述8
2.1PLC的基本概念8
2.2PLC的基本结构8
2.3PLC的特点10
2.4步进电机的特性11
2.5步进电机的种类11
2.6反应式步进电机的控制12
2.7本设计所用步进电机16
第三章硬件电路设计18
3.1硬件设计思路18
3.2总设计图框18
3.3外围电路设计及分析19
3.4LED数码显示器电路27
3.5步进电机控制系统电路图29
第四章软件的设计31
4.1可编程序控制器的工作原理31
4.2存储空间的计算32
第五章PLC控制程序设计33
5.1PLC提供的编程语言33
5.2PLC实用驱动电源控制环节35
结论40
致谢41
参考文献42
电机控制原理图43
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第一章绪论
1.1课题背景
在电气时代的今天,电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。
无论是在工农业生产还是在日常生活中的家用电器,都大量地使用着各种各样的电动机。
因此对电动机的控制变得越来越重要了。
电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术、微机应用技术的最新发展成就。
正是这些技术的进步使电动机控制技术化。
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构,其原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。
驱动电路由脉冲信号来控制,所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。
通俗地说:
当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。
通过控制脉冲个数即可以控制角位移量,从而达到准确定位的目的。
同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的,现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM),混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。
永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.50;反应式步进电机一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.50,但噪声和振动都很大。
反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相:
两相步进角一般为1.8“而五相步进角一般为0.720。
这种步进电机的应用最为广泛。
1.2问题的提出
二十一世纪的今天,电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。
步进电机是最常见的一种控制电机,在各领域中得到广泛应用。
步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
步进电机可以作为一种控制用的特种电机,其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。
尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点,给实际的应用带来了很大的方便。
它广泛用于消费类产品(打印机、照相机)、工业控制(数控机床、工业机器人)、医疗器械等机电产品中。
研究步进电机的控制和测量方法,对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
为此,本文设计了一个基于PLC的步进电机控制系统,可以实现对步进电机转动速度和转动方向的高效控制。
1.3设计目的及系统功能
设计的目的是以单片机为核心设计出一个步进电机控制系统。
本系统采用FX2N系列PLC作为控制单元,通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制,并且将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上。
通过本课题,一方面我们在查阅资料的基础上,了解FX2N系列PLC控制的一些基本技术,掌握其控制系统的分析方法与实现方法,能对PLC外围电路设计进行系统学习与掌握;另一方面,通过设计步进电机控制系统的硬件电路,控制程序和相应的电路图,以此培养自己的自学和动手能力,从而为今后参加工作或进一步深造打下良好的基础。
设计的步进电机控制系统有以下功能:
1.步进电机的启停控制
2.步进电机的正反转控制
3.步进电机的加速控制
4.步进电机的减速控制
5.步进电机通电方式改变的控制
第二章PLC及步进电机的概述
1.4PLC的基本概念
可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。
但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC。
PLC即可编程控制器(ProgrammablelogicController,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
”
1.5PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,如图所示:
a.中央处理单元(CPU)
少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。
此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。
这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。
b、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
C、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
1.6PLC的特点
(1)高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减
配套齐全,功能完善,适用性强
PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
易学易用,深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继
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- 基于 PLC 步进 电机 控制