基于西门子S7—300的步进电机控制

武汉理工大学华夏学院毕业设计1学号10212408319毕业设计（论文）西门子S7-300PLC的步进电机控制教学系：信息工程系指导教师：乔志刚专业班级：自动化1083学生姓名：彭湃二〇一二年六月武汉理工大学华夏学院毕业设计2毕业设计(论文)任务书学生姓名彭湃专业班级自动化1083导教师乔志刚工作单位武汉理工大学华夏学院设计(论文)题目:基于西门子S7-300PLC的步进电机控制设计（论文）主要内容：1.步进电机控制原理简述；2.应用西门子S7-300PLC控制步进电机原理；3.应用西门子S7-300PLC控制步进电机硬件电路设计；4.应用西门子S7-300PLC控制步进电机软件设计；5.应用西门子S7-300PLC控制步进电机的运行调试。要求完成的主要任务及其时间安排:1.第2周：查阅资料，了解设计选题的主要内容；2.第3周：根据任务书要求及所查阅的资料，撰写并完成开题报告；3.第4周：完成步进电机控制控制原理的阐述；4.第5周：完成应用西门子S7-300PLC控制步进电机原理阐述；5.第6周：完成应用西门子S7-300PLC控制步进电机的硬件电路设计；6.第7-8周：完成应用西门子S7-300PLC控制步进电机的控制软件设计；7.第9周：对所设计的系统进行实际调试并给出调试结果；8.第10周：完善设计报告，给出毕业设计论文初稿；9.第11-13周：根据指导教师批阅意见修改毕业设计论文，并给出定稿。10.第14-15周：总结设计过程，准备答辩；11.第16周：按学校统一规定的答辩时间完成答辩。必读参考资料：1.向晓汉.西门子PLC高级应用实例精解.机械工业出版社，2010.2.柳春生编著.电器控制与PLC.机械工业出版，2010.指导教师签名：教研室主任签名：盖章武汉理工大学华夏学院毕业设计3毕业设计(论文)开题报告题目基于西门子S7-300PLC的步进电机控制1．目的及意义（含国内外的研究现状分析）：步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，已成为运动控制领域的主要执行元件之一。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个行业的控制领域都将有广泛应用。而现在的可编程控制器(通常称PLC)是一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能，能充分适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高，是目前广泛应用的控制装置之一。步进电动机最大的生产国是日本，如日本伺服公司、东方公司、SANYODENKI和MINEBEA及NPM公司等，特别是日本东方公司，无论是电动机性能和外观质量，还是生产手段，都堪称是世界上最好的。现在日本步进电动机年产量（含国外独资公司）近2亿台，德国也是世界上步进电动机生产大国。德国B.L.公司1994年五相混合式步进电动机专利期满后，推出了新的三相混合式步进电动机系列，为定子6极转子50齿结构，配套电流型驱动器，每转步数为200、400、1000、2000、4000、10000和20000，它具有通常的二相和五相步进电动机的分辨率，还可以在此基础上再10细分，分辨率提高10倍，这是一种很好的方案，充分运用了电流型驱动技术的功能，让三相电动机同时具有二相和五相电动机的性能。与此同时，日本伺服公司也推出了他们的三相混合式步进电动机。该公司阪正文博士研制了三种不同的永磁式三相步进电动机，即HB型（混合式）、RM性（定子和混合式相似，转子则同永磁式环形磁铁相似）和爪极PM型。2．基本内容和技术方案：步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件，每当对其施加一个电脉冲时，其输出轴便转过一个固定的角度。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数(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。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向[10]。PLC直接控制步进电机系统由PLC和步进电机组成，PLC具有实时刷新技术，输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分配能有很高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。并且，PLC有采用大功率晶体管的输出端口，能够满足步进电机各相绕组数10V级脉冲电压、1A级脉冲电流的驱动要求[11]。控制步进电机最重要的就是要产生出符合要求的控制脉冲。西门子PLC本身带有高速脉冲计数器和高速脉冲发生器，其发出的频率最大为10KHz，能够满足步进电动机的要求。对PLC提出两个特性要求。一是在此应用的PLC最好是具有实时刷新技术的PLC，使输出信号的武汉理工大学华夏学院毕业设计4频率可以达到数千赫芝或更高。其目的是使脉冲能有较高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。二是PLC本身的输出端口应该采用大功率晶体管，以满足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求[12]。3．进度安排：1.第2周：查阅资料，了解设计选题的主要内容；2.第3周：根据任务书要求及所查阅的资料，撰写并完成开题报告；3.第4周：完成步进电机控制控制原理的阐述；4.第5周：完成应用西门子S7-300PLC控制步进电机原理阐述；5.第6周：完成应用西门子S7-300PLC控制步进电机的硬件电路设计；6.第7-8周：完成应用西门子S7-300PLC控制步进电机的控制软件设计；7.第9周：对所设计的系统进行实际调试并给出调试结果；8.第10周：完善设计报告，给出毕业设计论文初稿；9.第11-13周：根据指导教师批阅意见修改毕业设计论文，并给出定稿。10.第14-15周：总结设计过程，准备答辩；11.第16周：按学校统一规定的答辩时间完成答辩。4．指导教师意见：指导教师签名：年月日注：1.开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在学院规定时间内完成；2．设计(论文)目的及意义至少800字，基本内容和技术方案至少400字；3．指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用知识、原理、建立的模型正确与否、学生能否完成课题，达到预期的目标。武汉理工大学华夏学院毕业设计5郑重声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人签名：日期：武汉理工大学华夏学院毕业设计6目录摘要.........................................................................1ABSTRACT.......................................................................11绪论.........................................................................11.1设计背景...............................................................11.2系统设计的任务.........................................................22步进电机及PLC简介...........................................................32.1步进电机简介...........................................................32.1.1步进电机的分类...................................................32.1.2步进电机的基本参数...............................................32.1.3步进电机主要特点.................................................42.1.4步进电机在工业控制领域的主要应用.................................42.2PLC的概述.............................................................42.3PLC技术在步进电机控制中的应用.........................................53.PLC控制步进电机工作原理.....................................................73.1步进电机原理简述.......................................................73.2步进电机主要参数.......................................................73.3步进电机驱动电路.......................................................73.4PLC控制步进电机的设计思路.............................................93.4.1步进电机控制方式.................................................93.4.2西门子PLC控制步进电机..........................................114S7—300控制步进电机硬件设计................................................124.1S7—300的介绍........................................................124.1.1西门子PLC应用中需要注意的问题.................................134.1.2控制系统中干扰及其来源..........................................144.1.3主要抗干扰措施..................................................144.1.4正确选择接地点以完善接地系统....................................154.2PLC控制步进电动机硬件图设计..........................................155S7-300PLC控制步进电机的控制软件设计........................................16武汉理工大学华夏学院毕业设计75.1PLC的编程语言........................................................165.2程序设计常用方法......................................................165.3本设计相关指令介绍....................................................175.3.1传送指令MOVE...................................................175.3.2S_CU加计数器指令.............................