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量和模拟量的调节以及一些特殊功能模块如高速计数输入和脉冲输出的应用上已经基本满足用户的需求了。但随着应用需求及关联产品技术性能的提升（如步进驱动的脉冲响应频率及精度，HMI及关联系统的通讯功能），PLC将继续得已完善和发展。
我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了
PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。可以预期，随着我国现代
化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。
1.3 论文的主要研究工作
掌握步进电机的原理及其驱动方法，掌握西门子S7-200 PLC的原理与程序设计方法。掌握步进电机的电气控制试验系统的工作原理，基于该系统设计S7-200 PLC程序，实现主站PLC对步进电机的控制。
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第二章 步进电机
步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输人脉冲个数成正比，其速度与单位时间内输人的脉冲数(即脉冲频率)成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。
2.1 步进电机的特点
步进电机的特点如下：
1）电动机输出轴的角位移与输入脉冲数成正比；转速与脉冲频率成正比；转向与通
电相序有关。当它转一周后，没有累积误差，具有良好的跟随性。
2）由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价又非常可靠。
同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。
3）步进电动机的动态响应快，易于起停、正反转及变速。
4）步进电动机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。 5）步进电动机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。 6）速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩。
7）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源以及直流电
源[]。
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2.2 步进电机的工作原理及分类
步进电动机或称脉冲电动机，是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。
步进电动机实际上是一个数字/角度转换器，也是一个串行的数/模转换器。输入一个电脉冲，电动机就转动一个固定的角度，称为“一步”，这个固定的角度称为步距角。步进电动机的运动状态是步进形式的，故称为“步进电动机”。
从步进电动机定子绕组所加的电源形式来看，与一般交流和直流电动机不同，既不是正弦波，也不是恒定直流，而是脉冲电压、电流，所以有时也称为脉冲电动机或电脉冲马达。
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2.2.1 步进电机的工作原理
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。
步进电动机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。
2.2.2 步进电机的分类
按其工作方式分为功率式和伺服式：功率式输出转矩较大，能直接带动较大的负载；伺服式输出转矩较小，只能带动较小的负载，对于大负载需通过液压放大元件来传动。
按结构分为单段式（径向式）、多段式（轴向式）、印刷绕组式。 按使用频率分为高频步进电动机和低频步进电动机。 按运动方式：旋转运动、直线运动、平面运动和滚切运动
按工作原理：反应式（磁阻式）、永磁式、永磁感应子式（混合式）。
1）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7.5度或15度。 2）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1.5度，但噪声
和振动都很大。
3）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
步进角一般分为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。
2.3 步进电机在工业中的应用
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一， 广泛应用在各种家电产品中，例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、机械手臂和录像机等。另外步进电机也广泛应用于各种工业自动化系统中。由于通过控制脉冲个数可以很方便的控制步进电机转过的角位移，且步进电机的误差不积累，可以达到准确定位的目的。还可以通过控制频率很方便的改变步进电机的转速和加速度，达到任意调速的目的，因此步进电机可以广泛的应用于各种开环控制系统中。
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第三章 西门子S7-200 PLC
3.1 S7-200 PLC
S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能可达到大、中型PLC
的水平，而价格却与小型PLC的一样，因此，它一经推出，就受到了广泛的关注。在2000年以前，西门子在中国市场的PLC产品主要是大中型PLC，日本的小型PLC占据了中国大部分的市场份额。在S7-200PLC推出后，这种情况得到了明显的改善，最近几年来的小型PLC市场上S7-200PLC成为了主流产品。
西门子最早的小型PLC产品是在上世纪末推出的S7-200CPU21*系列的PLC，但很快就被CPY22*系列的产品所取代了。由于它具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成PLC网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。现在最新版的S7-200PLC系列PLC是在2004年推出的，它的主要特点是：较高的可靠性、丰富的指令集、丰富的内置集成功能、实时特性强和强大的通信能力。
3.2.1 硬件系统
S7-200PLC属于小型PLC，其主机的基本结构是整体式，主机上有一顶数量的输入/
输出(I/O)点，一个主机单元就是一个系统。它还可以进行灵活的扩展，如果(I/O)点不够，则可增加(I/O)扩展模块；如果需要其他特殊功能，如特殊通信或定位控制等，则可以增加相应的功能模块。
一个完整的系统组成如图3.1所示：
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编程工具CPU主机模块扩展模块功能模块通信模块HMI人机模块工业现场总线图3.1 S7-200 PLC系统组成
主机单元：主机单元，又称基本单元或CPU模块。它由CPU、存储器、基本输入/输出点和电源等组成，是PLC的主要部分。实际上它就是一个完整的控制系统，可以单独完成一定的控制任务。
扩展单元：扩展单元，又称扩展模块。当主机I/O点数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种I/O模块。根据I/O点数不同、性质不同、供电电压不同，I/O扩展模块有多种类型。每个CPU所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数是由多种因素共同决定的。
特殊功能模块：当需要完成某些特殊功能的控制任务时，需要扩展功能模块。它们是完成某种特殊控制任务的一些装置，如运动控制模块、特殊通信模块等。
相关设备：相关设备是为充分和方便利用系统的硬件和软件资源而开发、使用的一些设备，主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等。
软件：软件是为管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序，对S7-200PLC来说，与之配套的软件主要有STEP7-Micro/WIN和HMI人机界面的组态编程软件Pro Tool、
Win CC flexible。
3.2.2 软元件
用户使用的PLC中的每一个输入/输出、内部存储单元、定时器和计数器等都称作软元件。软元件是PLC内部的具有一定功能的器件，这些器件实际上是由电子电路和寄存器及存储器单元等组成。为了把这种元器件和传统电气控制电路中的继电器区别开来，把它们成为软元件或者软继电器。它们最大的特点是：
1）软元件是看不见、摸不着的，不存在物理性的触点；
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