PLC控制系统课程设计-步进电机PLC控制设计.doc
《PLC控制系统课程设计-步进电机PLC控制设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《PLC控制系统课程设计-步进电机PLC控制设计.doc(19页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、PLC 控制系统课程设计 1 目录 第一章 控制工艺流程分析1 1.1 步进电机的控制过程描述 1 1.2 PLC 控制步进电机的控制工艺分析.2 第二章 步进电机 PLC 控制系统总体方案设计2 2.1 系统硬件组成 2 2.2 控制方法分析 4 2.3 I/O 分配.5 2.4 系统接线图设计 7 第三章 控制系统梯形图程序设计8 3.2 控制程序的时序图设计 9 3.3 控制程序设计思路 9 第四章 监控系统设计.11 4.1PLC 与上位监控软件通讯 11 4.2 上位监控系统组态设计 .11 4.3 实现的效果 .12 第五章 系统调试及结果分析.13 5.1 实验调试中遇到的问题及
2、解决方案 .13 5.2 设计心得 .13 参考文献.14 附录.15 PLC 控制系统课程设计 2 第一章第一章 控制工艺流程分析控制工艺流程分析 1.11.1 步进电机的步进电机的控制过程描述控制过程描述 步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件,它 实际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动,输 出功率一般很小,其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱 动,用途很广。 使用多相步进电动机时,单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相 脉冲信号,在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲到 脉冲分配器,电动机各相的通电状态
3、就发生变化,转子会转过一定的角度(称 为步距角)。 正常情况下,步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比;连续输入一 定频率的脉冲时,电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系,不受 电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入,所以 特别适合于微机控制。 1.21.2 PLCPLC 控制步进电机控制步进电机的的控制工艺分析控制工艺分析 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。 ,比如:可以实现高精度的控制, 降低成本,降低控制难度,简
4、化控制电路等。而从20世纪80年代开始开发出了 专用的IC驱动电路,今天,在打印机、磁盘器等的OA装置的位置控制中,步进 电机都是不可缺少的组成部分之一。 PLC控制步进电机的控制工艺分析: 1不需要反馈,控制简单。 2与微机的连接、速度控制(启动、停止和反转)及驱动电路的设计比较 简单。 3没有角累积误差。 4停止时也可保持转距。 5没有转向器等机械部分,不需要保养,故造价较低。 6即使没有传感器,也能精确定位。 7根椐给定的脉冲周期,能够以任意速度转动。 但是,这种电机也有自身的缺点。 8难以获得较大的转矩 9、不宜用作高速转动 10在体积重量方面没有优势,能源利用率低。 11超过负载时会
5、破坏同步,速工作时会发出振动和噪声 PLC 控制系统课程设计 3 第二章第二章 步进电机步进电机 PLCPLC 控制系统总体方案设计控制系统总体方案设计 2.12.1 系统硬件组成系统硬件组成 可编程控制器有两种基本的工作状态,即运行(RUN)状态与停止(STOP) 状态。在运行状态中,可编程控制器通过执行反应控制来实现用户的控制要求。 为了使可编程控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不 仅仅执行一次,而是反复不断地重复执行,直到可编程控制器停机或切换到 STOP 工作状态。 本设计采用 51 单片机 AT89C51(晶振频率为 12MHZ)对该四相六线制步进 电机(内阻 3
6、3 欧,步进 1.8 度,额定电压 12V)进行控制。通过 I/O 口输出的 具有时序的方波作为步进电机的控制信号,信号经过特定芯片驱动步进电机。 本文选用 ULN2003 构成步进电机的驱动电路,下面但见介绍下 ULN2003 的结构 和特点:ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅 NPN 达林顿管组成。 该电路的特点如下: ULN2003 的每一对达林顿都串联一个 2.7K 的基极电阻,在 5V 的工作电压 下它能与 TTL 和 CMOS 电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器 来处理的数据。 ULN2003 工作电压高,工作电流大,灌电流可达 500mA,并且能够
7、在关态 时承受 50V 的电压,输出还可以在高负载电流并行运行。 ULN2003 采用 DIP16 或 SOP16 塑料封装。 ULN2003 方框图如图 2-1 所示。 2-1 ULN2003 内部方框图 利用 ULN2003 以及 AT89C51 设计的步进电机驱动电路如图 2-2 所示。 PLC 控制系统课程设计 4 图 2-2 ULN2003 和 AT89C51 构成的驱动电路 此 25-28 口接 ULN2003 的 1-4 输入端。另外,用键盘来对电机的状态进行 控制。 将图 2-2 和图 2-3 连接起来,使之实现:按下启动键 S1,电机旋转,按一 下加 1 键 S2,速度增加
8、1 转/分,按一下减 1 键 S3,速度降低 1 转/分。本设计 设置了速度范围,其速度最低和最高分别为:9 转/分,75 转/分,按下停止键 S4,电机停转。速度值在数码管上显示出来。 综合以上设计的控制电路方案,总设计方案框图如 2-3 所示。 单 片 机 ULN2003 键盘 步进电机 数码管 图 2-3 步进电机控制系统硬件电路设计框图 图 2-4 PLC 控制系统的硬件结构图 PLC 控制系统课程设计 5 2.2控制方法分析控制方法分析 步进电机是将给定的电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。 给定一个电脉冲信号,步进电机转子就转过相应的角度,这个角度就称作该步 进电机的步距
9、角。目前常用步进电机的步距角大多为 1.8 度(俗称一步)或 0.9 度(俗称半步) 。以步距角为 0.9 度的进步电机来说,当我们给步进电机一 个电脉冲信号,步进电机就转过 0.9 度;给两个脉冲信号,步进电机就转过 1.8 度。以此类推,连续给定脉冲信号,步进电机就可以连续运转。由于电脉 冲信号与步进电机转角存在的这种线性关系,使得步进电机在速度控制、位置 控制等方面得到了广泛的应用.步进电机的位置控制是靠给定的脉冲数量控制的。 给定一个脉冲,转过一个步距角,当停止的位置确定以后,也就决定了步进电 机需要给定的脉冲数。其工作原理如下: 设 A 相首先通电,转子齿与定子 A、A对齐。然后在
10、A 相继续通电的情况 下接通 B 相。这时定子 B、B极对转子齿 2、4 产生磁拉力,使转子顺时针方 向转动,但是 A、A极继续拉住齿 1、3,因此,转子将转到两个磁拉力平衡为 止。即转子顺时针转过了 15。接着 A 相断电,B 相继续通电。这时转子齿 2、4 和定子 B、B极对齐,转子从图(b)的位置又转过了 15。这样,如果按 AA、BBB、CCC、AA的顺序轮流通电,则转子便顺时针方向一步 一步地转动,步距角 15。如果按 AA、CCC、BBB、AA的顺序通 电,则电机转子逆时针方向转动。 图 2-5 步进电机通电方式原理图 PLC 控制系统课程设计 6 三相步进电动机有三个绕组: A、
11、B、C 正转通电顺序为:AABBBCCCA 反转通电顺序为:ACACBCBAB #1 开关控制其运行 ( 启 )。 #2 开关控制其运行 ( 停 )。 #3 号开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.5 s)。 #4 号开关控制其中速运行 (转过一个步距角需 0.1 s)。 #5 号开关控制其高速运行 (转过一个步距角需 0.04 s)。 #6 号开关控制其转向 ( ON 为正转 )。 #7 号开关控制其转向 ( OFF 为反转)。 2.32.3 I/OI/O 分配分配 步进电动机以最常用的三相六拍通电方式工作,并要求步进电动机设有快 速、慢速控制、正反转及单步控制 4 种控制方式。根据要
12、求,可选用 C28P CDTD 的 PLC 进行控制并设计出步进电动机的 PLC 控制系统 I/O 接线图。 图 2-6 步进电动机的 PLC 控制系统 I/O 接线图 步进电动机 PLC 控制系统梯形图设计 图 2-7 步进电动机的 PLC 控制系统梯形图 PLC 控制系统课程设计 7 2.42.4系统接线图设计系统接线图设计 图 2-8 PLC 控制系统接线图 1、步距角的选择电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的最小分 辨率(当量)换算到电机轴上,每个当量电机应走多少角度(包括减速) 。电机 的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有 0.36 度 /0.72 度(
13、五相电机) 、0.9 度/1.8 度(二、四相电机) 、1.5 度/3 度(三相电 机)等。 2、静力矩的选择:步进电机的动态力矩一下子很难确定,我们往往先确定 电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载,而负载可分为惯性负载 和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时 (一般由低速)时二种负载均要考虑,加速起动时主要考虑惯性负载,恒速运 行进只要考虑摩擦负载。一般情况下,静力矩应为摩擦负载的 2-3 倍内好,静 力矩一旦选定,电机的机座及长度便能确定下来。 3、电流的选择:静力矩一样的电机,由于电流参数不同,其运行特性差别 很大,可依据矩频特性曲线图,判断电机的
14、电流。 PLC 控制系统课程设计 8 第三章第三章 控制系统梯形图程序设计控制系统梯形图程序设计 3.13.1 步进电机控制流程图步进电机控制流程图 图 3-1 步进电机控制流程图 PLC 控制系统课程设计 9 3.23.2 控制程序的时序图控制程序的时序图设计设计 图 3-2 控制电机的时序图 3.3控制程序设计思路控制程序设计思路 功能模块设计:本模块可分为如下 3 个部分: (1)步进电动机与单片机的接口。 单片机是性能极佳的控制处理器,在控制步进电机工作时,接口部件必须 要有下列功能。 电压隔离功能:单片机工作在 5V,而步进电机是工作在几十 V,甚至更高。 一旦步进电机的电压串到单片
15、机中,就会损坏单片机;步进电机的信号会干扰 单片机,也可能导致系统工作失误,因此接口器件必须有隔离功能。信息传递 PLC 控制系统课程设计 10 功能:接口部件应能够把单片机的控制信息传递给步进电机回路,产生工作所需 的控制信息,对应于不同的工作方式,接口部件应能产生相应的工作控制波形。 产生所需的不同频率。为了使步进电机以不同的速度工作,以适应不同的目的, 接口部件应能产生不同的工作频率。 (2)电压隔离接口。 电压隔离接口专用于隔离低压部分的单片机和高压部分的步进电机驱动电 路,以保证它们的正常工作。电压隔离接口可以用脉冲变压器或光电隔离器, 现在基本上是采用光电隔离器。单片机输出信号可以
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- PLC 控制系统 课程设计 步进 电机 控制 设计
链接地址:https://www.31doc.com/p-5015492.html