电气控制技术
课程设计
题 目: 步进电机的控制
院系名称： 电气工程学院 专业班级： 电气XXXX班 学生姓名： XXX 学 号
XXXXXXXXXX
指导教师： XXX
成绩： 指导老师签名： 日期：
目 录
1 系统描述即设计要求 .............................................. 2
1.1 系统概述 ................................................... 2 1.2 课题要求 ................................................... 2 1.3 课题内容 ................................................... 2 1.4 设计思想 ................................................... 3 2 步进电机和PLC简介 .............................................. 3
2.1 步进电动机 ................................................. 3 2.2 可编程控制器概述 ........................................... 4 2.3 可编程控制器的定义 ......................................... 4 2.4 PLC的特点.................................................. 4 3 硬件设计 ........................................................ 6
3.1 主电路图 ................................................... 6 3.2 CPU的选择.................................................. 6 3.3 输入输出编址 ............................................... 6 3.4 硬件连接线路图 ............................................. 7 4 三相六拍步进电动机控制程序的设计 ................................ 7
4.1 控制程序流程图及软件模块 ................................... 7 4.2 梯形图程序设计 ............................................. 8 4.3 梯形图程序 ................................................. 9 4.4 三相六拍步进电机控制语句表 ................................ 13 4.5 程序的运行及调试 .......................................... 15 设计心得 .......................................................... 18 参考文献 .......................................................... 19
1
1 系统描述即设计要求
1.1 系统概述
步进电机具有快速起停、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。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，而且可靠性不高。
使用PLC可编程控制器实现三相六拍步进电机驱动，可使步进电机的抗干扰能力强，可靠性高，同时由于实现了模块化结构，使系统结构十分灵活，而且编程语言简短易学，便于掌握，可以进行在线修改。
本设计是利用PLC做三相六拍步进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现对步进电动机正、反转控制，而且正反转切换无需经过停车步骤，其次可以通过对按钮的控制来实现对高低速的控制，充分发挥PLC的功能。
1.2 课题要求
1.进行总体设计规划，合理分配I/O点，并绘出电气控制线路的原理草图。 2.绘制电气原理图，计算并选择电器元件。 3.编写PLC软件清单并进行模拟调试。
4.编写课程设计说明书。
1.3 课题内容
三相步进电动机有三个绕组：A、B、C， 正转的顺利为：A-AB-B-BC-C-CA-A； 反转的顺利为：A-CA-C-BC-B-AB-A。
1.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。 2.具有两种转速：
#1开关闭合，则转过一个步距角需0.5s。 #2开关闭合，则转过一个步距角需1s。
3.要求步进电机转动100个步距角后自动停止运行。 4.设置按钮K1，每按一次K1，电动机转动一步。
2
3拍工作时序 6拍工作时序
1.4 设计思想
步进电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。步进电动机的速度控制是通过改变输入脉冲的频率高低实现的。当发生脉冲频率减小时，步进电机的速度就下降；当频率增加时，速度就加快。而PLC是一种便于对动作顺序进行控制的元件。随着科学电子技术的发展，对步进电机的控制要求正朝向高精度、自动化控制的方向发展。工业生产中运用PLC控制步进电机可以简便的实现控制，不需要复杂的控制电路，而且控制的时候只需要进行编程以及搭配少量相关硬件，即可实现控制。
2 步进电机和PLC简介
2.1 步进电动机
步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线移位的开环执行元件。给定一个电脉冲信号，步进电机就转过相应的角度，这个角度称为该步进电机的步距角。当我们给步进电机一个电脉冲信号，步进电机就可以连续运转。步进电机的使用需要电脉冲信号发生器的配合，它按照给定的设置重复为步进点输送电脉冲信号，目前这种信号大多由可编程控制器（PLC）或单片机来完成。
三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分相、反应式伺服电机。其结构原理图与普通电机一样，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联在一起，构成一相控制绕组。三相步进电机可构成三相步进绕组。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，即定子铁芯的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9°，转子上没有绕组，只有均匀分布的40小齿，齿槽也是等宽的，齿间夹角也是，与磁极上的小齿一致。此外，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
3
的齿刚好超前或滞后转子齿轮1/3齿距角，C相磁极上的齿超前或滞后转子齿轮2/3齿距角。
三相六拍步进电机的工作原理：当A相绕组通电时，转子的齿与定子AA上的齿对齐。若A相断电，B相通电，由于磁力的作用，转子的齿与定子BB上的齿对齐，转子沿顺时针方向转过3°，如果控制线路不停地按A→B→C→A的循环顺序控制步进电机绕组的通电、断电，步进电机的转子便不停的顺时针转动，这是三相三拍。而当AB同时通电时，由于两个磁力的作用，定子绕组的通电状态每改变一次，转子绕过1.5°，原理与三相三拍相同，从而形成三相六拍，其通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A或A→AC→C→CB→B→BA→A。
2.2 可编程控制器概述
可编程控制器（Programmable Controller)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（Programmable Logic Controller），简称PLC，主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着微电子技术和微计算机技术的发展，PLC不仅可以实现逻辑控制，还能实现模拟量、运动和过程控制以及数据处理及通信。因此，美国电气制造商协会于1980年将其正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller，PC)，为避免和个人计算机的简称混淆，习惯上仍称为PLC。
2.3 可编程控制器的定义
美国电气制造协会和国际电工委员会对PLC分别作了定义：PLC是一种专门用于工业环境的、以开关量逻辑控制为主的自动控制装置。它具有存储控制程序的存储器，能够按照控制程序，将输入的开关量或模拟量进行逻辑运算、定时、计数和算术运算等处理后，以开关量或模拟量的形式输出，控制各种类型的机械或生产过程。
2.4 PLC的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
PLC在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。
4