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江西理工大学应用科学学院西门子PLC课程设计专业：自动化班级：姓名：学号：设计报告格式20分设计内容60分10分10分总计得分封面3页面布局5目录格式3图表质量4间距、行距、字体6工艺过程分析8系统控制要求8I/O分配5设备选型5电气原理图系统程序设计10动手实践能力10总印象评分10主电路8控制电路8外围接线图82011年06月21日目录第1章绪论............................................11.1课题介绍及研究意义.................................................................11.3课题内容.......................................................................................21.4课题要求.......................................................................................21.5分析工艺流程...............................................................................2第2章系统方案设计............................................................................42.1方案原理分析................................................................................42.2可行性研究....................................................................................4第三章控制系统的I/O及地址分配.........................5第四章电气控制系统原理图................................64.1主电路图........................................................................................64.2控制电路图...................................................................................64.3外端子接线图...............................................................................6第五章系统程序.........................................7第六章有关步进电机的使用...............................12第七章总结............................................157.1总结...............................................................................................157.2参考文献......................................................................................151第1章绪论1.1课题介绍及研究意义三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。它与普通电机一样，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连在一起，构成一相控制绕组。三相步进电机可构成三相控制绕组，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，即定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，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相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮2/3齿距角。步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多情况下，三相步进电机采用三相六拍运行方式。图1.1单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理图21.2现行研究存在的问题及解决办法在进行程序设计时，首先应明确对象的具体控制要求。由于CPU对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，最长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就越低。因此，在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁﹑紧凑。另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，控制要求或控制时序会发生变化，此时，要求程序修改方便、简单，即要求程序有较好的柔性。以SIMATIC移位指令为步进控制的主体进行程序设计，可较好的满足上述设计要求。1.3课题内容用PLC控制三相六拍步进电机实现如下操作，其控制要求如下：1．三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2．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。3．具有两种转速：1号开关合上，则转过一个步距角需0.5秒。2号开关合上，则转过一个步距角需0.05秒。1.4课题要求1．按题意要求，画出PLC端子接线图、控制梯形图。2．完成PLC端子接线工作，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。3.完成课程设计说明书。1.5分析工艺流程本课题要求步进电机是三相六拍运行三相六拍正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA三相六拍反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB所以我们可以根据通电的顺序，给相应的相序分配相应的地址，按照控制的要求我们就可以给出相应的控制程序。该控制系统的控制原理图如下1-2：图1-2系统控制原理上位机PLC驱动器功放电路步进电机3所以由以上控制系统的要求可以给出控制系统的程序流程图1-3:正转反转反转图1-3程序控制流程图开始正反转速1运行转速2运行转速1反向运行转速2反向运行4第2章系统方案设计2.1方案原理分析2.1.1功能要求对三相六拍步进电机的控制，主要分为两个方面：三相绕组的接通与断开顺序控制。即：正转顺序：A-AB-B-BC-C-CA-A：反转顺序：A-AC-C-CB-B-BA-A以及每个步距角的行进速度。围绕这两个主要方面，可提出具体的控制要求如下：（1）可正转起动或反转起动；（2）运行过程中，正反转可随时不停机切换；（3）步进两种速度可分为高速（0.05S），低速（0.5S）两档，并可随时手控变速；（4）停止时，应对移位寄存器清零，使每次起动均从A相开始。2.1.2性能要求在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁﹑紧凑。另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，控制要求或控制时序会发生变化，此时，要求程序修改方便、简单，即要求程序有较好的柔性。2.2可行性研究2.2.1要解决的问题的可行性分析及复杂性分析其中，原低速开关I1.0变为步进基速赋值开关（Network1）;原中速开关I1.1变为减速开关，每次I1.1从“0”-“1”，步进速度减慢0.01S（Network2）；原高速开关I1.2变为加速开关，每次I1.2从“0”-“1”，经减法指令使转过每步距角所需时间减少0.01S（Network3），每次加速或减速的幅度可按需要任意修改设定。而如果用其他方法编程，比如以定时器，比较指令等编程，则每一次变化速度，所有的定时器和比时段都需做出相应的调整，为程序修改带来不便。5第三章控制系统的I/O及地址分配本控制系统的输入/输出信号的名称，代码及地址编号如表3-1表3-1名称代码地址编号输入信号启动按钮SB0I0.0停止按钮SB1I0.1三相六拍电机正转SB2I0.2三相六拍电机反转SB3I0.3转过一个步距角0.5秒SB4I0.4转过一个步距角0.05秒SB5I0.5输出信号A1,B1,C1+24V(主机)A2KM1Q0.2B2KM2Q0.3C2KM3Q0.46第四章电气控制系统原理图4.1主电路图参照《电器与PLC控制技术试验指导书》实验16三相步进电机的模拟控制，可以知道，我们可以用PLC直接去控制电机。所以主电路是非常简单的，这里不再画出。4.2控制电路图控制电路由于用到的输入都是直接接在PLC上的，其控制过程相对比较简单。在此略去。4.3外端子接线图分析上述要求可以知道，该控制系统有6个输入，三个输出，考虑到要留有余地，参照教材《电器与PLC控制技术》有关PLC选型的内容，我们可以选择CPU222（8入/6出）的PLC。根据以上具体控制要求可以给出PLC的外端子接线图如下图4-1：图4-1PLC外端子接线图7第五章系统程序根据题目要求给出以下梯形图：89101112第六章有关步进电机的使用由《微型计算机控制技术》有关步进电机的使用可以知道：步进电机实际上是一个数字/角度转换器。错齿是促使步进电机旋转的根本原因。下面我们综合了解下步进电机的使用。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。二、感应子式步进电机工作原理（一）反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：132、旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿