基于PLC三相六拍步进电机的控制系统设计毕业论文.doc
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1、江苏农林职业技术学院 毕 业 设 计(论 文) 基于PLC三相六拍步进电机的控制系统设计专 业 机电一体化技术 学生姓名 班 级 09机电一体化技术(1)班 学 号 0905100101 指导教师 完成日期 2012年5月31日 1成绩评议学号姓名 题目 基于PLC三相六拍步进电机的控制系统设计 指导教师建议成绩: 评阅教师建议成绩: 答辩小组建议成绩: 院答辩委员会评阅意见及评定成绩:答辩委员会主任签字(盖章): 年 月 日毕业设计(论文)任务书姓名学号班级机电一体化技术(1)班题目基于PLC三相六拍步进电机的控制系统设计设计(论文)主要内容1、三相六拍步进电动机的控制要求分析;2、控制方案
2、选择与控制程序的设计;3、系统运行调试。重点研究问题本设计的主要研究内容是以西门子S7-200系列PLC(可编程逻辑控制器)为核心控制步进电机,及其相关外围电路组成的控制电路设计。可以通过对几个开关按钮的控制来实现对步进电机的方向,以及对高、中、低速的控制。主要技术指标 1、能够完成预期动作;2、布局合理,结构简单,易于安装与维护;3、调试运行时故障率低。其它要说明的问题系统必须有必要的安全保护措置,如短路保护,过载保护等。 指导老师意见 指导教师签字: 年 月 日指导教师意见对论文的简短评价:1.指出论文存在的问题及错误该生较好地完成了毕业设计工作,全文的撰写条理清楚、格式规范,论文表明其具
3、有了良好的分析问题、解决问题的能力。2.对创造性工作评价本论文程序流程编制具有独特性、并符合实际控制要求。3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 指导教师签字 年 月 日评阅教师意见对论文的简短评价:1.指出论文存在的问题及错误本论文完整地论述了该生的毕业设计工作,论文格式符合规范要求,论文反映出该生对相关的专业知识掌握较好。2.对创造性工作评价该生查阅了相关资料,设计方法具有创新之处。3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 评阅教师签字 年 月 日摘要:可编程序控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的
4、通用的工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展,PLC的功能也越来越强大,更多地具有计算机的功能,所以又简称PC(PROGRAMMABLE CONTROLLER),但是为了不和PERSONAL COMPUTER混淆,仍习惯称为PLC。目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展,并且现今已出现SOFTPLC,更是PLC领域无限的发展前景。PLC是以现代微处理器技术为核心的控制器,作为一种通用的工业控制器,其可靠性高、抗干扰能力强;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,此外,PLC带有硬件故障自我检测功
5、能,出现故障时可及时发出警报信息;PLC采用光电隔离和滤波技术技术有效抑制外部干扰源对PLC的影响,此外PLC还可在强、通用性好;开发周期短,功耗小。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,这也是设计中最重要的一条原则。本设计是用PLC做三相六拍步进电机的控制核心,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、中、低速度的控制。关键词:PLC控制;可编程序控制器;三相六拍;步进电机;电机正反转Abstract:Programmable logic controllers (Pr
6、ogrammable Logic Controller), referred to as PLC, relay sequence control is developed on the basis of the microprocessor as the core of General Industrial Automation control of appliance. With the rapid development of electronic technology and computer technology, PLC of more and more powerful and m
7、ore with computer capabilities, also referred to as PC (PROGRAMMABLE CONTROLLER), but in order not to confuse and PERSONAL COMPUTER, is still used to referred to as PLC. Current PLC has been in intelligence, networking has made a very good development, and today is already a SOFTPLC, but also unlimi
8、ted prospects for development of the field of PLC. PLC controller is based on modern microprocessor technology as the core, as a general purpose industrial controller, its high reliability, strong anti-jamming ability; PLC because of its modern VLSI technology, manufactured with strict production pr
9、ocess, took advanced anti-interference circuit technology, with high reliability and, in addition, PLC with a hardware fault self testing features, fails to timely alert information ; PLC adopts photoelectric isolation and filtering techniques effective inhibitory effects of external interference on
10、 PLC technology, and PLC can also be in a strong, common good; short development cycle, and small power consumption.Give full play to the function of PLC, to maximally satisfy the control requirements of the controlled object, is the primary prerequisite for design of PLC control system, which is on
11、e of the most important principles in the design. This design is made with PLC control of three-phase six-beat stepping motor core, use the button to switch on/off to achieve the step motor control, reverse, and positive and reverse parking switch without having to go through these steps. Second can
12、 be achieved through control of the button control to high, medium and low speed.Keywords: PLC control;Programmable controller;Three-phase six-shot;Stepping Motor;Both positive and negative transfer motor目录 第一章 绪论11.1设计背景11.2 PLC控制步进电机发展的趋势11.3 本设计的目的及控制要求1第二章 PLC控制系统32.1 PLC的定义32.2 PLC的组成32.3 PLC的工
13、作原理52.3 PLC的特点62.4 PLC的运用领域7第三章 步进电机工作方式的选择73.1步进电机的工作原理73.2步进电机的分类83.3步进电机的基本结构83.4步进电机的特点93.5步进电机的工作方式103.6三相六拍步进电动机113.7步进电机的基本参数123.8 步进电机主要特点123.9步进电机在工业控制领域的主要应用12第四章 控制系统的设计134.1三相六拍步进电机的控制要求134.2控制程序框图及软件模块134.3CPU的选择144.4输入输出编址144.5状态真值表154.6 步进电机的IO分配164.7梯形图程序204.8三相六拍步进电机控制语句表22第五章论文总结及展
14、望245.1 论文总结245.2 工作展望24致谢26参考文献27 27曹祥:基于PLC三相六拍步进电机的控制系统设计 第一章 绪 论1.1设计背景目前对于对步进电机的控制存在精度和价格方面的矛盾。因为高精度的实时演算需要较高性能的DSP芯片,成本较高。因此现在的控制方法是采用大量的硬件电路。这种控制方法的精度不但较低,且成本较高。国内为了省钱就大多数使用相对省资源的查表法,但是对于速度变化范围很大的控制来说,在低速时会由于表本身的精度原因造成稳定性变差,噪声变大的问题。这仅仅是低速时的细分问题。转速越低,对它控制时的细分就越严格。此外还有扭矩的问题,当转动过慢时,即使细分也无法达到应有的扭矩
15、,这都是控制时遇到的问题。简单的说,目前普遍存在于步进电机控制中的问题就是低速运转和低速启动的问题。当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会,电子技术的进步,给现代工业带来了质的提升。现代电子领域中,PLC的应用正在不断的走向深入,这必将导致传统控制的日益革新。PLC的控制具有高可靠性、高性价比。比如在机械手、液体混合罐、液压、气压等方面都得到了广泛的应用。PLC在工业方面的应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。利用PLC采用程序设计方法来对步进电机进行控制,具有线路相对简单,结构紧凑,价格低廉,而且可以通过控制按钮实现对步进电机的正反转和步进电机转速的控制,用途广泛等
16、优点。1.2 PLC控制步进电机发展的趋势时至今日,软件以及电子设备等相关技术都有了长足发展。虽然软件的发展速度比不上硬件的发展速度那么迅速,但已能满足现在的工业需求。对步进电机的传统控制通常完全由硬件电路搭接而成。随着PLC的普及,现在已普遍采用硬件与软件相结合的方式对其进行控制,这种控制方法有很多优点,比如:可以实现高精度的控制,降低成本,降低控制难度,简化控制电路等。今后步进电机的总体发展趋势是向着低功耗、高频率精度、多功能、高度自动化和智能化的方向发展。1.3 本设计的目的及控制要求 本设计的主要研究内容是以西门子S7-200系列PLC(可编程逻辑控制器)为核心控制步进电机,及其相关外
17、围电路组成的控制电路设计。可以通过对几个开关按钮的控制来实现对步进电机的方向,以及对高、中、低速的控制。比如用两个开关分别控制电机正反转,两个开关分别控制电机启动和停止,三个开关分别控制电机的高中低转速,使得步进电机的控制更加简便。甚至还可以利用更少的开关来控制,但为了使得本设计更加直观和易读,故采用七个控制开关。此外,本设计更加便于实现对步进电机的自动化控制如图1-1所示: (1)三相步进电动机有三个绕组: A、B、C 正转通电顺序为:AABBBCCCA 反转通电顺序为:ACACBCBAB (2)用5个开关控制其工作 I0.2 开关控制其运行 ( 启 / 停 )。 I1.0 号开关控制其低速
18、运行 (转过一个步距角需 0.5 s)。 I1.1 号开关控制其高速运行 (转过一个步距角需 0.1 s)。 I0.0 号开关控制其转向 ( ON 为正转,OFF 为反转 )。 Q0.1为A相输出 Q0.2为B相输出 Q0.3为C相输出图1-1步进电机的自动化控制第二章PLC控制系统2.1 PLC的定义可编程序控制器,英文称Programmable Controller,简称PC。但由于PC容易和个人计算机(Personal Computer)混淆,故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存
19、储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序编制
20、工作,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践1。PLC即可编程控制器(Programmable logic Controller,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(International Electrical Committee)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
21、成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。”2.2 PLC的组成PLC的构成: PLC的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同,但结构与工作原理则大同小异,通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如图2-1所示:图2-1PLC的硬件系统结构从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。 CPU的构成CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每套P
22、LC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来,不必要详细分析CPU的内部电路,但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU
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