基于PLC和WINCC组态的步进电机的控制(DOC)

西南科技大学自动化专业方向设计报告设计名称：基于西门子PLC和Wincc组态的步进电机控制姓名：学号:班级：指导教师：起止日期：西南科技大学信息工程学院制2方向设计任务书学生班级：学生姓名：学号：设计名称：基于西门子PLC和Wincc组态的步进电机控制起止日期：指导教师：设计要求：采用西门子PLC做主控制器，西门子组态软件Wincc6.0做上位机形成对步进电机的控制。采用PcAccess软件将Wincc和S7-200PLC连接并通过PLC输出脉冲信号控制步进电机驱动器DMD403，从而从控制步进电机。控制要求：（1）设计系统组态界面，能够设置步进电机的转速、步进电机启动的时间和停止的时间。（2）能够正确的连接Wincc和PLC之间的通信线缆，PLC和步进电机驱动器之间的控制线。（3）组态界面输入参数有“电机转速”、“正转”“反转”等和“启动”“停止”等按钮，监控界面能够正确的监控系统的运行。（4）组态界面尽可能美观。方向设计学生日志时间设计内容2013.10.15查阅有关步进电机和组态软件的资料2013.10.24熟悉ACCESS及WINCC组态软件2013.10.31使用步进电机，DMD403，继电器，开关电源等进行连接硬件2013.11.2编写PLC程序，使用ACCESS与WINCC组态软件来绘制操作界面2013.11.3将WINCC与ACCESS等和PLC实现通信2013.11.4在WINCC操作界面上控制电机并调试程序2013.11.5整理文档并编写设计报告3基于西门子PLC和Wincc组态的步进电机控制摘要: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（即步进角）。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。本次设计采用西门子PLC做主控制器，西门子组态软件Wincc6.0做上位机形成对步进电机的控制。采用PcAccess软件将Wincc和S7-200PLC连接并通过PLC输出脉冲信号控制步进电机驱动器DMD403，从而从控制步进电机。关键词:西门子PLC;步进电机;组态软件；DMD403BasedonSiemensPLCandConfigurationWinccofTheStepperMotorControlAbstract:Steppermotorisanelectricalpulseintotheangulardisplacementoftheactuator.Whenreceivingastepperdrivepulsesignal,itwilldriveasteppermotortosetthedirectionofrotationofafixedangle(ie,stepangle).Thenumberofpulsescanbecontrolledbycontrollingtheamountofangulardisplacement,soastoachievethepurposeofaccuratepositioning;whilecontrolthepulsefrequencytocontrolthemotorrotationspeedandaccelerationsoastoachievethepurposeofspeed.ThedesignusesaSiemensPLCmastercontroller,SiemensconfigurationsoftwareWincc6.0PCtodotheformationofthesteppermotorcontrol.UsingPcAccessSoftwarewillWinccandS7-200PLCconnectedviaPLCoutputpulsesignalcontrolledsteppermotordriver,whichfromthecontrolsteppermotor.Keywords：SiemensPLCmastercontroller;Steppermotor;ConfigurationSoftware;DMD4034一、设计目的和意义（1）设计目的：本次设计是采用西门子PLC做主控制器，西门子组态软件Wincc6.0做上位机形成对步进电机的控制。而且采用PcAccess软件将Wincc和S7-200PLC连接并通过PLC输出脉冲信号控制步进电机驱动器DMD403，从而从控制步进电机。（2）意义：近年来，可编程控制器（PLC）和数控机床及数控技术得到了飞速发展，在柔性、精确性、可靠性和宜人性等方面的功能越来越完善，已成为现代先进制造业的基础。其次，可编程控制器（PLC）以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于工业自动控制中。数控技术在机床行业应用得多，主要依靠数字（电脑编程）来控制机床，它具有效率高，精度高等主要特点。在工业生产及生活中都离不开电动机，无论是工农业生产还是日常生活中的家用电器，都大量地使用着各种各样的电动机。对电动机的控制尤为重要。步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，其原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。而伴随着科学技术的发展，电动机的控制技术越来越多，更加的科技化和广泛化，与此同时，对精确度的要求也越来越高。二、控制要求（1）设计系统组态界面，能够设置步进电机的转速、步进电机启动的时间和停止的时间；（2）能够正确的连接Wincc和PLC之间的通信线缆，PLC和步进电机驱动器之间的控制线；（3）组态界面输入参数有“电机转速”、“正转”“反转”等和“启动”“停止”等按钮，监控界面能够正确的监控系统的运行；（4）组态界面尽可能美观；三、设计方案论证(一)整体设计论证本次设计采用西门子PLC做主控制器，西门子组态软件Wincc6.0做上位机形成对步进电机的控制。采用PcAccess软件将Wincc和S7-200PLC连接并通过PLC输出脉冲信号控制步进电机驱动器DMD403，从而从控制步进电机。（1）步进电机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，5它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。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。图1系统设计框图（二）硬件设计论证（1）DMD403功率驱动器是步进电机细分驱动器，具有高性能、低价格的特点，适合驱动两相或四相混合式步进电机。在连接电路时，首先将步进电机的两相脉冲输入口接至DMD403的A+,A-,B+,B-。将PLC的脉冲输出端接入PUL端提供脉冲序列，将继电器的输出口接入DIR端，通过继电器控制电机的方向。图2.DMD403端口接线图6图3.DMD403的引脚和相应功能（2）由于步进电机和西门子PLCS7-200的工作电压都是24V，因此可以直接使用24V开关电源。（3）使用西门子公司生产的S7-200型号的PLC进行控制，整个系统只需要PLC的两个输出口，一个用来输出持续的脉冲序列，另一个用作控制一个继电器，该继电器实现电动机的正反转。（三）软件设计论证：（1）使用WINCC组态软件进行人机界面的操作并用作上位机。通过WINCC制作人机界面并通过用相应的按键实现对步进电机不同功能的操作；（2）通过PcAccess实现Wincc与PLC的通讯；（3）使用PLC编程软件V4.0STEP7MicroWINSP6编写程序，实现相关控制功能。四、系统设计（一）系统硬件设计（1）将S7--200PLC、步进电机、步进电机驱动器DMD403、继电器以及电源之间进行连接。如下图所示：在连线的时候一定要注意线的连接方式，也要先确定器件是不是能够正常工作的。在连线接好之后，可以运行一个简单的驱动程序，看看电机能不能转动，如果不能转动，就要查找相应的问题并解决，这样以后单独的设计课程所要求的就很轻松。对于同一电机,电流设定值越大时,电机输出力矩越大,但电流大时电机和驱动器的发热也比较严重。所以一般情况是把电流设成供电机长期工作时出现温热但不过热为宜。一般来说,供电电压越高,电机高速时力矩越大,越能避免高速时丢步。但另一方面,电压太高会导致过压保护,甚至可能损坏驱动器,而且在高电压下工作时,低速运动振动较大。7图4.系统连接框图图5.系统硬件连接图(2)DMD403运行设计和连接DMD403驱动器可驱动两相和四相混合式步进电机，为了取得最满意的驱动效果，需要选取合理的供电电压和设定电流。供电电压的高低影响电机的高速性能，而电流设定值影响电机的力矩。本设计通过PLC中的PLS脉冲输出指令来输出脉冲后，经过步进电机驱动器DMD403后驱动步进电机运行。在DMD403中设置为1000个脉冲步进电机转一圈，即1000细分。如果步进电机每分钟转N圈，则PLS需要提供的脉冲为1000N，在Wicc运行界面中输入转速R，在PLC程序入口地址为VD500，则PLS每分钟需要输出60000*VD500个脉冲，那么脉冲周期为1000000/（（VD500）/60*1000），将该值送入SMW78即完成PLS的设置。DMD403的细分数由5、6、7、8开关位决定，不同的设置对应不同的细分位。图6.DMD403细分数表8（二）系统软件设计：（1）V4.0STEP7MicroWINSP6设计PLC程序梯形图，实现开始，结束，转速，反向等按键功能。其I/O口分配如下：M0.1开始M0.2结束VD500调速值M0.4正转M0.5反转图7.PLC的I/O分配（2）PCAccess通过实现PLC与Wincc组态软件的连接，西门子推出的PCAccess软件是专门用于S7-200PLC的OPC服务器（Server）软件，可以与任何标准的OPC客户端（Client）通信并提供数据信息。PCAccess软件自带OPC客户机测试端，用户可以方便的检测其项目的通信质量及配置的正确性。在本次设计中我们利用PCAccess连接西门子S7—200PLC和上位软件Wincc上，使得Wincc和S7—200PLC上的变量地址统一，从而实现连接和控制。我们在PCAccess中的变量、变量地址和其他参数的设置。（3）Wincc组态软件Wincc上位机上通过变量管理，添加内部变量OPC，然后把在PCAccess中设置的变量导进来，实现了两个软件之间的连接，然后在软件WindowsControlCenter6.0中，绘制组态界面，界面中要包括“开始”，“结束”，“正转”，“反转”，“调速值”。对于“开始”，“结束”，“正转”，“反转”按钮，将其设置为点动按钮，对与“调速值”，设置为智能输入。五、设计结果及分析（1）设计结果在Wincc操作界面上控制步进电机的开始，启动，正反转和停止。当点击“开始”时，PLS开始工作，此时速度为0，当输入一个数值电机Enter键时，电机开始转动。当改变输入值后电机Enter时电机开始改变转速。点击“反转”时，电机反向，这表明本次设计能够达到预先设计标准。在这个过程中要注意的是输入的电机转速值不能大于450r/min。因为速度过大会导致电机卡住，不能正常运行。（3）设计分析当点击“开始”时，M0.1会瞬间闭合，由于自锁环节，M0.3将带电，此时启动PLS。当输入调速值后，(VD500)将被赋予该值，通过运算成脉冲周期后，送到相应寄存器，即实现了电机的调速。当点击“反转”后，M0.4瞬间闭合，由于自锁环节，Q0.7将上电，使得继电器9工作，电机就实现反向。当点击“结束”后，由于没自锁环节，M0.3将掉电，通过将PLS的SMB赋0实现电机的停止。结束语经过几周的奋战我的专业方向设计终于完成了。在没有做方向设计以前觉得设计