PLC课程设计.docx

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PLC课程设计

PLC课程设计

三相六拍步进电动机控制

姓名

：

胡文渊

学号

：

2009401020304

专业

：

电气工程及其自动化

成绩

：

指导教师

：

刘冬梅

二O一一年十二月二十日至二十三日

目录

第1章绪论

1.1课题介绍及研究意义…………………………………………………1

1.2现行研究存在的问题及解决办法……………………………………2

1.3本论文的目的及工作内容……………………………………………2

第2章系统方案设计（论证）

2.1方案原理分析…………………………………………………………4

2.1.1功能要求…………………………………………………………4

2.1.2性能要求…………………………………………………………4

2.2可行性研究………………………………………………………………4

2.2.1要解决的问题的可行性分析及复杂性分析…………………4

第3章控制系统设计

3.1详述控制系统的实现方法……………………………………………5

3.1.1移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表…………7

3.1.2三相六拍步进电动机控制梯形图……………………………8

3.1.3转速控制过程…………………………………………………9

3.1.4正反转控制…………………………………………………9

3.2步进电机的I/0分配…………………………………………………10

3.3三相电动机控制电路……………………………………………10

第4章心得体会…………………………………………………………11

参考文献……………………………………………………………………11

第1章绪论

1.1课题介绍及研究意义

三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。

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连在一起，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。

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9º，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，与磁极上的小齿一致。

三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。

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相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮2/3齿距角。

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。

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。

三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多情况下，三相步进电机采用三相六拍运行方式。

图1.1单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理图

1.2现行研究存在的问题及解决办法

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MCGS功能指令为转移控制的主体进行程序设计，可较好的满足上述设计要求。

1.3本论文的目的及工作内容

用PLC控制三相六拍步进电机实现如下操作，其控制要求如下：

1．三相步进电动机有三个绕组：

A、B、C，

正转通电顺序为：

A→AB→B→BC→C→CA→A

反转通电顺序为：

A→CA→C→BC→B→AB

2．要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。

3．具有三种转速：

#1开关控制其运行（启/停）。

#2开关控制其低速运行（转过一个步距角需0.5秒）。

#3开关控制其中速运行（转过一个步距角需0.1秒）。

#4开关控制其高速运行（转过一个步距角需0.03秒）。

#5开关控制其转向（ON为正转，OFF为反转）。

4.按题意要求，画出PLC端子接线图、控制梯形图。

5.完成PLC端子接线工作，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试

第2章系统方案设计（论证）

2.1方案原理分析

2.1.1功能要求

对三相六拍步进电机的控制，主要分为两个方面：

三相绕组的接通与断开顺序控制。

即：

正转顺序：

A-AB-B-BC-C-CA-A：

反转顺序：

A-AC-C-CB-B-BA-A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）可正转起动或反转起动；

（2）运行过程中，正反转可随时不停机切换；

（3）步进电动机三种速度可分为高速（0.03S），中速（0.1S），低速（0.5S）三档，并可随时手控变速；

（4）停止时，应对移位寄存器清零，使每次起动均从A相开始。

2.1.2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。

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。

2.2可行性研究

2.2.1要解决的问题的可行性分析及复杂性分析

其中，原低速开关X2变为步进基速赋值开关（Network1）;原中速开关X3变为减速开关，每次X3从“0”-“1”，步进速度减慢0.01S（Network2）；原高速开关X4变为加速开关，每次X4从“0”-“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，则每一次变化速度，所有的定时器和比时段都需做出相应的调整，为程序修改带来不便。

第3章控制系统设计

3.1详述控制系统的实现方法

控制程序图及软件模块

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为4哥模块进行编程，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，实现控制要求

控制步进电机的个输入开关及控制A、B、C三相绕组工作的输出端在PLC中的I/O编址如表1所示

表1输入输出编址

输入端

输出端

X1

启动和停止按钮

Y1

控制A相绕组

X2

低速开关

Y2

控制B相绕组

X3

中速开关

Y3

控制C相绕组

X4

高速开关

X5

步进电机（正/反）转按钮

采用移位指令进行步进控制。

首先指定移位寄存器MBO，按照三相六拍的步进顺序，移位寄存器的初值见表2。

表2移位寄存器初值1

M16M15M14M13M12M11M10

0000001

每左移1位，电机前进一个布局角（一拍），完成六拍后重新赋初值

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，如表所示。

从而得出三相绕组的控制逻辑关系式：

正/反转时

A相Y1=M11+M12+M16

B相Y2=M14+M13+M12

C相Y3=M14+M15+M16

3.1.1移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表

移位寄存器MBO正转反转

M10

M11

M12

M13

M14

M15

M16

A

B

C

A

B

C

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3.1.2三相六拍步进电控制梯形图

3.1.3转速控制过程

1、选择慢速（接通X2），接通启动开关X1，脉冲控制器产生同期为0.5s的控制脉冲，使M11至M16状态随脉冲向左移动，产生六拍时序脉冲，并使Y1、Y2和Y3接通，步进电机开始慢速步进运行。

2、选择中速（接通X3），接通启动开关X1，脉冲控制器产生同期为0.1s的控制脉冲，使M11至M16状态随脉冲向左移动，产生六拍时序脉冲，并使Y1、Y2和Y3接通，步进电机开始中速步进运行。

3、选择快速（接通X4），接通启动开关X1，脉冲控制器产生同期为0.03s的控制脉冲，使M11至M16状态随脉冲向左移动，产生六拍时序脉冲，并使Y1、Y2和Y3接通，步进电机开始快速步进运行。

3.1.4正反转控制过程

先接通正、反转开关X5，再重复上述转速控制操作。

3.2步进电机的I／O分配

3.3三相电动机控制电路

第四章心得体会

PLC课程设计已经完成，但是学习没有结束，在这次课程设计里面，不仅仅是设计一样东西，更多的是学习一种态度，对生活，对学习，不能只单单考虑一件事，一个方面，而是要更多的方面来思考，尽可能完善它，充实它，让它体现出一种人性化出来，让你学会一种态度，首先明确要做的是什么，然后开始思考设计思路，设计方法，然后一步一步把它实践出来，然后再看哪里不够完善，仔细修正，才能做出好的东西出来。

通过这次实践的机会，我能够初步掌握一些设计的基本思路，对PLC这么课程有了一定的认识，不能仅仅看做成一门设计编程的课本，他更多的是一种指示的意思，然你学会综合分析的思路，让你能够成站起来的一门课程，每门课程开出来总有一定的道理，它既然放在大三上学期，就是让你对未来有一定的认识，不能只是一个单一的设计人员，更多的是要综合考虑一件事物，这样才能更好的融入进去。

感谢老师提供了这次课设的机会，我们能够更好的系统的学习一门课程，能够更好的理解本专业的相关知识，也能更好的面对后面的学习与生活。

参考文献：

[1]郁汉琪，郭键可编程序控制器原理及应用（第二版）中国电力出版社

[2]肖清，王忠锋电气与PLC控制技术实验指导书江西理工大学应用科学学院

[3]张万忠，刘明芹电气控制与PLC化学工业出版社

[4]宋君烈可编程控制器实验教程东北大学出版社

[5]李俊秀可编程控制器应用技术化学工业出版社

[6]张万忠可编程控制器入门与应用实例中国电力出版社

[7]易传禄,韩希光编著可编程序控制器应用指南上海科学普及出版社