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1、PLC控制步进电机(论文) 毕业设计论文中文摘要 详细讨论步进电机的工作原理及其特性和基于s7-300PLC的控制技术论述了步进电机的PLC控制系统的设计方案及其控制原理PLC简单易学可靠性高步进电机是一种常用的机电执行元件可靠性高成本低实用性强具有较高的通用性和应用推广价值步进电动机突出的优点是它可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速快速起停正反转控制等并且用其组成的开环系统既简单廉价又非常可因此在众多领域有着极其广泛的应用步进电机Step motorS7-300PLCPLC目录1绪 论611 设计的背景和意义612步进电机的工作原理813 系统设计的目标92步进电机的分类基本结构
2、1021步进电机的分类1022步进电机的基本结构1123步进电机主要特点1124步进电机在工业控制领域的主要应用情况介绍1225西门子PLC对步进电机的控制方法1226 PLC直接控制步进电机1327步进电机动态指标及术语153 CPU 步进电机的选择1631 CPU的选择1632三相反应式步进电机选择174 软件设计1941 STEP7概述1942 STEP 7的硬件接口1943 STEP 7的编程功能2044 STEP 7的硬件组态与诊断功能2045 STEP7项目的创建2146和本设计S7300相关指令设计介绍2547程序介绍3248程序讲解34结论35致谢35参考文献36绪论近年来数控
3、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 数控就是数字控制数控技术在机床行业应用得多就是依靠数字电脑编程来控制机床具有效率高精度高等主要特点 数控技术是指用数字文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术它所控制的通常是位置角度速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现1908年穿孔的金属薄片互换式数据载体问世19世纪末以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明1938年香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输奠定了现代计算机包括计算机数字控制系统的基础数控技
4、术是与机床控制密切结合发展起来的1952年第一台数控机床问世成为世界机械工业史上一件划时代的事件推动了自动化的发展 现在数控技术也叫计算机数控技术目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置使输入数据的存贮处理运算逻辑判断等各种控制机能的实现均可通过计算机软件来完成11设计的背景和意义步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机传统电动机作为机电能量转换装置在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用可是在人类社会进入自动化时代的今天传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办
5、公自动化等各种运动控制系统的要求为适应这些要求发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统其中较有自己特点且应用十分广泛的一类便是步进电动机7H mE4No cD7gZ 步进电动机的发展与计算机工业密切相关自从步进电动机在计算机外围设备中取代小型直流电动机以后使其设备的性能提高很快地促进了步进电动机的发展另一方面微型计算机和数字控制技术的发展又将作为数控系统执行部件的步进电动机推广应用到其他领域如电加工机床小功率机械加工机床测量仪器光学和医疗仪器以及包装机械等任何一种产品成熟的过程基本上都是规格品种逐步统一和简化的过程现在步进电动机的发展已归结为单段式结构的磁阻式混合式和爪极结构的永磁式三类爪极电
6、机价格便宜性能指标不高混合式和磁阻式主要作为高分辨率电动机由于混合式步进电动机具有控制功率小运行平稳性较好而逐步处于主导地位最典型的产品是二相8极50齿的电动机步距角1809全步半步 还有五相10极50齿和一些转子100齿的二相和五相步进电动机五相电动机主要用于运行性能较高的场合到目前工业发达国家的磁阻式步进电动机已极少见 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SANYO DENKI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 w3nAoX 德国也是世界上步进电动机生产大国德
7、国BL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20040010002000400010000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型将三相步进电动机同二相步进电动机进行比较后显示 在获得小
8、步距角方面三相电动机比二相电动机要好szRc三相电动机的两相励磁最大保持力矩为3T1T1为单相励磁转矩而二相电动机为 2T1所以三相电动机的合成力矩大KHt1R9三相电动机的转矩波动比二相电动机要小0Bi -Ml ZQR三相电动机连续2步用于半步的转矩差比二相电动机的要小C1_9kzL9FXa9s IHpc i三相电动机绕组可以星形连接三个终端驱动励磁电路晶体管6个 而二相电动机是8个连续运转时由于三相步进电动机结构原因磁通和电流的三次谐波被消除了所以三相电动机的振动力矩比二相电动机的要小lQNr2mq 结论是显而易见的另外的结论是HB型电动机更适合于低速大转矩用途RM型适用于平稳运行以及转速
9、大于1000rmin的用途而PM型成本低在低转速时的振动和高转速时的大转矩方面三相PM型电动机比两相电动机的性能要好因此当前最有发展前景的当属混合式步进电动机而混合式电动机又向以下四个方向发展 0tB-I kKaFAFAZHANG 发展发发展 发展趋势一 随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化要求与之配套的电动机也必须越来越小在5742机座号的电动机应用了多年后现在其机座号向39353025方向向下延伸瑞士ESCAP公司最近还研制出外径仅10mm的步进电动机发展趋势之二是改圆形电动机为方形电动机由于电动机采用方型结构使得转子有可能设计得比圆形大因而其力矩体积比将大为提高同样机座号
10、的电动机方形的力矩比圆形的将提高3040发展趋势之三对电动机进行综合设计即把转子位置传感器减速齿轮等和电动机本体综合设计在一起这样使其能方便地组成一个闭环系统因而具有更加优越的控制性能K OFJiFk发展趋势之四向五相和三相电动机方向发展目前广泛应用的二相和四相电动机其振动和噪声较大而五相和三相电动机具有优势性而就这两种电动机而言五相电动机的驱动电路比三相电动机复杂因此三相电动机系统的性能价格比要比五相电动机更好一些我国的情况有所不同直到20世纪80年代一直是磁阻式步进电动机占统治地位混合式步进电动机是80年代后期才开始发展至今仍然是二种结构类型同时并存尽管新的混合式步进电动机完全可能替代磁阻
11、式电动机但磁阻式电动机的整机获得了长期应用对于它的技术也较为熟悉特别是典型的混合式步进电动机的步距角0918与典型的磁阻式电动机的步距角07515不一样用户改变这种产品结构不是很容易的这就使得两种机型并存的局面难以在较短时间内改变这种现状对步进电动机的发展是不利的 并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的执行机构由于受脉冲的控制其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比 通过控制脉冲数量来控制角位移量 从而达到准确定位的目的 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 通过改变通电顺序 从而达到改变电机旋转方向的目的总结来说 步进电机主要具有以下一些工
12、作特性 1 输入脉冲数严格的和电机的角位移成正比 电机运转一周后没有积累误差 因此具有良好的跟随特性 2 由于其良好的跟随特性 步进电机可以与驱动器电路组成开环数字控制系统 同时 也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数字控制系统 3 步进电机的动态响应快 易于启动和停止正反转和变速 4 速度可以在相当宽的范围内平滑调节 在低速动作状态下仍能保证获得大的转矩13系统设计的目标本设计是采用是S7300控制三相六拍的反应步式步进电机通过软件设计移位脉冲频率来控制步进电机的慢速中速快速移位寄存器指令MW0的低八位按照三相六拍的步进顺序进行赋值来控制步进动机的正反转步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移
13、或角位移的执行元件步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比其速度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方向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步进电机是机电一体化的关键产品 广泛应用在各种自动化控制系统和机电一体化设备中随着微
14、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 Programmable Logic Controller 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PLC 对步进电机也具有良好的控制能力 利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能 即可实现对步进电机的控制利用PLC 控制步进电机 其脉冲分配可以由软件实现 也可由硬件组成 2步进电机的分类基本结构21步进电机的分类1永磁式步进电机
15、一般为两相转矩和体积较小步进角一般为75度或15度2反应式步进电机一般为三相可实现大转矩输出步进角一般为15度但噪声和振动都很大3混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点它又分为两相和五相两相步进角一般分为18度而五相步进角一般为 072度这种步进电机的应用最为广泛 三相反应式步进电机的结构如图所示 定子转子是用硅钢片或其他软磁材料制成的定子的每对极上都绕有一对绕组构成一相绕组共三相称为ABC相三相反应式步进电机的结构图在定子磁极和转子上都开有齿分度相同的小齿采用适当的齿数配合当A相磁极的小齿与转子小齿一一对应时B相磁极的小齿与转子小齿相互错开13齿距C相则错开23齿距如图所示 A相通电定
16、转子错开示意图22步进电机的基本结构221电机固有步距角它表示控制系统每发一个步进脉冲信号电机所转动的角度电机出厂时给出了一个步距角的值这个步距角可以称之为电机固有步距角它不一定是电机实际工作时的真正步距角真正的步距角和驱动器有关222步进电机的相数步进电机的相数是指电机内部的线圈组数目前常用的有二相三相四相五相步进电机电机相数不同其步距角也不同一般二相电机的步距角为0918三相的为07515五相的为036072在没有细分驱动器时用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求如果使用细分驱动器则相数将变得没有意义用户只需在驱动器上改变细分数就可以改变步距角223保持转矩 HOLDING
17、TORQUE 保持转矩是指步进电机通电但没有转动时定子锁住转子的力矩它是步进电机最重要的参数之一通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减输出功率也随速度的增大而变化所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一比如当人们说2Nm的步进电机在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2Nm的步进电机224钳制转矩 DETENTTORQUE 钳制转矩是指步进电机没有通电的情况下定子锁住转子的力矩由于反应式步进电机的转子不是永磁材料所以它没有DETENTTORQUE23步进电机主要特点1一般步进电机的精度为步进角的3-5且不累积2步进电机外表允许的最高温度取决于不
18、同电机磁性材料的退磁点步进电机温度过高时会使电机的磁性材料退磁从而导致力矩下降乃至于失步因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点一般来讲磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上有的甚至高达摄氏200度以上所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常3步进电机的力矩会随转速的升高而下降当步进电机转动时电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势频率越高反向电动势越大在它的作用下电机随频率或速度的增大而相电流减小从而导致力矩下降4步进电机低速时可以正常运转但若高于一定速度就无法启动并伴有啸叫声步进电机有一个技术参数空载启动频率即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率如果脉冲频率高于该
19、值电机不能正常启动可能发生丢步或堵转在有负载的情况下启动频率应更低如果要使电机达到高速转动脉冲频率应该有加速过程即启动频率较低然后按一定加速度升到所希望的高频电机转速从低速升到高速 24步进电机在工业控制领域的主要应用情况介绍步进电机作为执行元件是机电一体化的关键产品之一 广泛应用在各种家电产品中例如打印机磁盘驱动器玩具雨刷震动寻呼机机械手臂和录像机等另外步进电机也广泛应用于各种工业自动化系统中由于通过控制脉冲个数可以很方便的控制步进电机转过的角位移且步进电机的误差不积累可以达到准确定位的目的还可以通过控制频率很方便的改变步进电机的转速和加速度达到任意调速的目的因此步进电机可以广泛的应用于各种
20、开环控制系统中25西门子PLC对步进电机的控制方法在本设计中直接使用PLC控制步进电机可使用PLC产生控制步进电机所需要的各种时序的脉冲例如三相步进电机可采用三种工作方式三相单三拍三相双三拍三相单六拍 本设计采用三相六拍三相单三拍工作方式三相双三拍工作方式三相单六拍工作方式26 PLC直接控制步进电机可根据步进电机的工作方式以及所要求的频率步进电机的速度画出ABC各相的时序图并使用PLC产生各种时序的脉冲例如本设计采用西门子S7-300PLC控制三相步进电机的过程三相单六拍正向时序图261反应式步进电机原理2611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
21、错开01323相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以表示即A与齿1相对齐B与齿2向右错开13C与齿3向右错开23A与齿5相对齐A就是A齿5就是齿1图定转子的展开图如A相通电BC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AC相不通电时齿2应与B对齐此时转子向右移过13此时齿3与C偏移为13齿4与A偏移-13 23如C相通电AB相不通电齿3应与C对齐此时转子又向右移过13此时齿4与A偏移为13对齐如A相通电BC相不通电齿4与A对齐转子又向右移过13这样经过ABCA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距如果不断地按ABCA通电电机就每步每脉冲13向右旋转如按A
22、CBA通电电机就反转由此可见电机的位置和速度由导电次数脉冲数和频率成一一对应关系而方向由导电顺序决定不过出于对力矩平稳噪音及减少角度等方面考虑往往采用A-AB-B-BCC-CA-A这种导电状态这样将原来每步13改变为16甚至于通过二相电流不同的组合使其13变为112124这就是电机细分驱动的基本理论依据不难推出电机定子上有m相励磁绕阻其轴线分别与转子齿轴线偏移1m2m m-1 m1并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制这是步进电机旋转的物理条件只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机出于成本等多方面考虑市场上一般以二三四五相为多电机一旦通电在定转子间将产生磁场磁通量当转子与定子错开
23、一定角度产生力Fdd成正比 其磁通量 BrS Br为磁密S为导磁面积 F与LDBr成正比L为铁芯有效长度D为转子直径Br NIRNI为励磁绕阻安匝数电流乘匝数R为磁阻力矩 力半径力矩与电机有效体积安匝数磁密 成正比只考虑线性状态因此电机有效体积越大励磁安匝数越大定转子间气隙越小电机力矩越大反之亦然静转矩电机在额定静态电作用下电机不作旋转运动时电机转轴的锁定力矩此力矩是衡量电机体积几何尺寸的标准与驱动电压及驱动电源等无关虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比与定齿转子间的气隙有关但过份采用减小气隙增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的这样会造成电机的发热及机械噪音步距角精度步进电机每转过一个步距角的实际值
24、与理论值的误差用百分比表示误差步距角100不同运行拍数其值不同四拍运行时应在5之内八拍运行时应在15以内失步电机运转时运转的步数不等于理论上的步数称之为失步失调角转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度电机运转必存在失调角由失调角产生的误差采用细分驱动是不能解决的4最大空载起动频率电机在某种驱动形式电压及额定电流下在不加负载的情况下能够直接起动的最大频率5最大空载的运行频率电机在某种驱动形式电压及额定电流下电机不带负载的最高转速频率6运行矩频特性运行矩频特性其它特性还有惯频特性起动频率特性等电机一旦选定电机的静力矩确定而动态力矩却不然电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流而非静态电流平均电流越大电机输
25、出力矩越大即电机的频率特性越硬其中曲线3电流最大或电压最高曲线1电流最小或电压最低曲线与负载的交点为负载的最大速度点要使平均电流大尽可能提高驱动电压使采用小电感大电流的电机7电机的共振点步进电机均有固定的共振区域二相感应子式步进电机的共振区一般在180-250p步距角18度或在步距角为09度电机驱动电压越高电机电流越大负载越轻电机体积越小则共振区向上偏移反之亦然为使电机输出电矩大不失步和整个系统的噪音降低一般工作点均应偏移共振区较多3个用于高速计数或高频脉冲输出的特殊通道3个通道位CPU313C集成数字量输出点首位字节的最低三位这三位通常情况下可以作为普通的数字量输出点来使用再需要高频脉冲输出
26、时可通过硬件设置定义这三位的属性将其作为高频脉冲输出通道来使用作为普通数字量输出点使用时其系统默认地址为Q1240Q1241Q1242该地址用户可根据需要自行修改作为高速脉冲输出时对应的通道分别为0通道1通道2通道通道号为固定值用户不能自行修改每一通道都可输出最高频率为25KHZ周期为04ms的高频脉冲CPU313C中X2前接线端子222324号接线端子分别对应通道0通道1和通道3另外每个通道都有自己的硬件控制门0通道的硬件门对应X2前接线端子的4号接线端子对应的输入点默认地址为I12421通道硬件门7号接线端子对应的输入点默认地址为I1245而2号通道硬件门为12号接线端子对应的输入点默认地
27、址为I1250CPU313C的结构32三相反应式步进电机的选择45BF三相反应式步进电机三相反应式步进电机参数45BF三相反应式步进电机45BF技术参数本设计选用45BF008相数是三相步距角153度电压24V相电流02A保持转距0118NM 12kgcm 空载启动频率500D为45D1为25高H为25d为4E为145L为58D2为33MS为4-M34 软件设计41 SETP7概述STEP 7编程软件用于SIMATIC S7M7C7和基于PC的WinAC是供它们编程监控和参数设置的标准工具STEP 7具有以下功能硬件配置和参数设置通信组态编程测试启动和维护文件建档运行和诊断功能等在STEP 7
28、中用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件STEP 7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理它可以方便地浏览SIMATIC S7M7C7和WinAC的数据实现STEP 7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP 7中42 SETP 7 的硬件接口PCMPI适配器用于连接安装了STEP 7的计算机的RS-232C接口和PLC的MPI接口计算机一侧的通信速率为192 kbits或384 kbitsPLC一侧的通信速率为192 kbits15Mbits除了PC适配器还需要一根标准的RS-232C通信电缆使用计算机的通信卡CP 5611CP 5511或CP 5512可以将计算机连接到MPI
29、或PROFIBUS网络通过网络实现计算机与PLC的通信也可以使用计算机的工业以太网通信卡CP 1512或CP 1612通过工业以太网实现计算机与PLC通信在计算机上安装好STEP7后在管理器中执行菜单命令OptionSetting the GPC Interface打开InstallRemove Interfaces对话框在中间的选择框中选择实际使用的硬件接口点击Select按钮打开InstallRemove Interfaces对话框可以安装选择框中没有列出的硬件接口的驱动程序点击Properties按钮可以设置计算机与PLC通信的参数43 STEP 7的编程功能STEP 7的标准版只配置了
30、3种基本的编程语言梯形图LAD功能块图FDB和语句表STL有鼠标拖放复制和粘贴功能语句表是一种文本编程语言用户能节省输入时间和存储区域并且更接近硬件STEP 7专业版的编程语言包括S7-SCL结构化控制语言S7-GRAPH顺序功能图语言S7 HiGraph和CFC这四种语言对于标准版是可选的STEP 7用符号表编辑器工具管理所有的全局变量用于定义符号名称数据类型和全局变量的注释使用这一工具生成的符号表可供所有应用程序使用所有工具自动识别系统参数的变化测试功能和服务功能包括设置断点强制输入和输出重新布线显示交叉参考表状态功能直接下载和调试块同时监测几个块的状态等程序中的特殊点可以通过输入符号名或
31、地址快速查找STEP 7的帮助功能选定想要得到的在线帮助的菜单目录或打开对话框按F1键便可得到与它们有关的在线帮助执行菜单命令HelpContents进入帮助窗口借助目录浏览器寻找需要的帮助主题窗口中的检索部分提供了按字母顺序排列的主题关键词可以查找与某一关键词有关的帮助44 STEP 7的硬件组态与诊断功能硬件组态工具用于对自动化工程中使用的硬件进行配置和参数设置主要包括1系统组态从目录中选择硬件机架并将所选模块分配给机架中希望的插槽2CPU的参数设置可以设置CPU模块的多种属性例如启动属性扫描监视时间等输入的数据存储在CPU的系统数据块中3模块的参数设置用户可以在屏幕上定义所有硬件模块的的
32、可调整参数包括功能模块与通信处理器不必通过DIP开关来设置在参数设置屏幕中有的参数由系统提供若干个选项有的参数只能在允许的范围输入因此可以防止输入错误的数据通信的组态包括1连接的组态和显示2设置用MPI或PROFIBUS-DP连接的设备之间的周期性数据传送的参数选择通信的参与者在表中输入数据源和数据目的地后通信过程中数据的生成和传送均是自动完成的3PIPROFIBUS或工业以太网实现的事件驱动的数据传输包括定义通信路从集成块库中选择通信模块CFB用通用的编程语言例如梯形图对所选的通信模块进行参数设置STEP 7系统诊断系统诊断为用户提供自动化系统的状态可以通过2种方式显示1快速浏览CPU的数据
33、和用户编写的程序在运行中的故障原因2用图形方式显示硬件配置例如显示模块的一般信息和模块的状态显示模块故障例如集中IO和DP子站的通道故障显示诊断缓冲区的信息等45 STEP7项目的创建在STEP 7中用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件STEP 7用SIMATI管理器对项目进行集中管理它可以方便的浏览SIMATIC S7C7和WinAC的数据因此掌握项目创建的方法就非常重要451使用向导创建项目首先双击桌面上的STEP 7图标进入SIMATIC Manager窗口进入主菜单File选择New Project Wizard弹出标题为STEP 7 WizardNew Project 新项目向导
34、的小窗口点击NEXT按钮在新项目中选择CPU模块的型号为CPU 315-2DP点击NEXT按钮选择需要生成的逻辑块至少需要生成作为主程序的组织块OB1点击NEXT按钮输入项目的名称按Finish生成的项目过程如图41所示 生成项目后可以先组态硬件然后生成软件程序也可以在没有组态硬件的情况下首先生成软件使用向导创建项目452直接创建项目入主菜单File选择New 将出现如下图的对话框在该对话框中分别输入文件名目录路径等内容并确定完成一个空项目的创建工作直接创建项目本设计是采用是S7300控制三相六拍的步进电机通过软件设计脉冲频率来控制步进电机的快速中速慢速移位输出控制电机步进移位寄存器指令MW0
35、的低八位按照三相六拍的步进顺序控制步进动机的正反转步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比其速度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方向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传送指令说明参数数据类型内存区域描述ENBOOLIQMDLTC使能输入IN长度为816 或32 位的所有基本数据类型IQMDL 或常数来源值OU
36、T长度为816 或32 位的所有基本数据类型IQMDL目标地址ENOBOOLIQMDL使能输出描述使用赋值指令可将特定的值赋给变量在IN 输入端指定的值将复制到在OUT 输出端指定的地址ENO 具有与EN 相同的信号状态使用MOVE 框赋值指令可复制长度为816 或32 位的所有基本数据类型自己可以自定义的数据类型 例如数组或结构 则必须使用系统功能SFC 20BLKMOV复制赋值指令受主控继电器 MCR 的影响关于MCR 如何起作用的更详细信息请参考主控继电器开关状态字BRCC 1CC 0OVOSORSTARLOFC写1-0111注意将某个值传送给另一长度的数据类型时将根据需要截断或以零填充
37、高位字节几种状态字传送举例举例双字1111 11110000 11111111 00000101 0101传送结果到双字1111 11110000 11111111 00000101 0101到字节0101 0101到字1111 00000101 0101举例字节1111 0000传送结果到字节1111 0000到字0000 00001111 0000到双字0000 00000000 00000000 00001111 00002定时器指令S7的CPU存储器中有一个定时器保留的区域此存储区域为每个定时器的地址保留一个16位字通过定时器指令和利用时钟定时更新定时器字可访问定时器存储区域在运行模式
38、下利用CPU中的时钟定时更新定时器字功能可按照由时间基准指定的间隔将给定的时间值递减一个单位直到该时间值等于零为此 定时器相当于继电器电路中的时间继电器S7300400的定时器分为脉冲定时器SP扩展脉冲定时器SE接通延时定时器SD保持型接通延时定时器SS和断开延时定时器SFS-PULSE为脉冲定时器输出信号保持为1的最长时间与编程时间值相同t相同如果输入信号变为0则输出信号停留在1的时间会很短S-PEXT为扩展脉冲定时器输出信号在编程时间长度内始终保持1而与输入信号停留在1的时间长度无关S-ODT为接通延时定时器仅在编程时间到期才从0变为1而与输入信号停留在1的时间长短无关 S-OFFDT为断
39、开延时定时器在输入信号变为1或在定时器运行时输出信号变为1当输入信号从1变为0时启动计时器定时器功能3S_ODT设置接通延时定时器参数并启动符描述如果启动 S 输入有上升沿 信号状态从0 改变为1 设置接通延时定时器参数并启动指令将启动指定的定时器要启动定时器必须有信号改变只要输入S 的信号状态为1定时器将继续运行时间值 TV 输入处指定的时间当时间已用尽且未出错而输入S 的信号状态仍为1 时则对输出Q 的信号状态1 的检查将产生结果1定时器运行时如果输入S 的信号状态从1 改变为0定时器将停止这种情况下对输出Q 的信号状态1 的检查将始终产生结果0定时器正运行时如果复位 R 输入从0 改变为
40、1则定时器复位此改变还会将时间和时间基准复位到零定时器未运行时如果R 输入的信号状态为1定时器也会复位 可在输出端BI 和BCD 扫描当前时间值BI 处的时间值为二进制格式BCD 处的时间值为二进制编码的十进制时序图接通延时定时器特征状态字接通延时定时器举例如果输入I00 的信号状态从0 改变为1 RLO 中有上升沿 则定时器T5 启动如果指定的时间两秒 2s 已过且输入I00 的信号状态仍为1则输出Q40 的信号状态为1如果输入I00 的信号状态从1 改变为0则定时器停止并且输出Q40 为0定时器运行时如果输入I01 的信号状态从0 改变为1定时器将重新启动4 S_CU分配参数和递增计数符号
41、递增计数说明描述在输入端S 为上升沿 信号状态从0 变化为1 时分配参数和递增计数指令将使用预设值 PV 输入端的值设置计数器如果输入端CU 是一个上升沿则可在计数值小于999 的情况下使计数值加1如果设置了计数器并且输入端CU 的RLO 1则即使没有发生从正跳沿到负跳沿的变化或与之相反的变化计数器也因此将在下一个扫描周期计数在输入R 的信号为1时会复位计数器复位计数器时会将计数值设置为0对于判断输出端Q 是否为1 的信号状态检查如果计数值大于0则检查结果为1但如果计数值等于0检查结果则为0状态字递增计数举例在输入I02 的信号状态从0 变化为1 时会将计数器C10 的值设置为901 如果输
42、入I00 的信号状态从0 变化为1除非计数器C10 的值已经是999否则计数器 C10 的值加1如果I03 从0 变化为1则会将C10 的值设置为0当C10 不等0 时输出Q40 的信号状态为15 SHR_W右移字符号右移字说明参数数据类型内存区域描述ENBOOLIQMLDTCINWORDIQMLDNWORDIQMLDOUTWORDIQMLDENOBOOLIQMLD EN 端的信号状态为1时会激活字右移指令此指令将输入端IN 的0 到15 位逐位右移16 到31 位不受影响输入N 指定值将移位的位数如果N 大于16则此命令在OUT输出端写入0 并将状态字的CC0 和OV 位置0将左侧移空的位补
43、零移位操作的结果可在OUT输出端扫描如果N不等于0则此指令触发的操作总是将状态字的CC0 和OV 位复位为0ENO 具有与EN 相同的信号状态状态字BRCC 1CC 0OVOSORSTARLOFC写XXXX-XXX1举例右移字举例在I00 的信号状态为1 时激活此指令存储器字MW0 将按在存储器字MW2 中指定的位数右移结果将存入存储器字MW4中输出Q40 置147 程序介绍471程序框图解释开始首次选择步进速度正转或反转起动移位寄存器赋初值高速中速或低速中其中一个速度发生移位脉冲执行移位移位输出控制步进电机六拍计数到移位寄存器赋初值六拍计数没到继续执行472 软件模块以工作框图为基本依据结合
44、考虑控制的具体要求首先可将梯形图程序分成4个模块进行编程1步进速度选择2起动停止和清零3移位步进控制功能模块4ABC三相绕组对象控制然后将各模块进行连接最后经过调试完善实现控制要求473梯形图程序设计1 输入输出编址控制步进电机的各输入开关及控制ABC三相绕组工作的输出端在PLC中的IO编表输入输出地址状态真值表采用移位指令进行步进控制首先指定移位寄存器VW016位按照三相六拍的步进顺序移位寄存器的初值应为每右移1位电机前进一个步距角一拍完成六拍后重新赋初值其中M06和M07始终为0据此可作出移位寄存器输出状态及步进电机正反转绕组的状态真值表如表所示从而得出三相绕组的控制逻辑关系式正转时 反转
45、时A相 Q00 M05M04M00 A相 Q00 M05M04M00B相 Q01 M04M03M02 B相 Q01 M02M01M00C相 Q02 M02M01M00 C相 Q02 M04M03M02 移位寄存器输出状态及步进电机正反转绕组的状态真值表48程序讲解1 低速时按下I10上升沿触发而中速I11和高速I12与I10闭合触点串连形成互锁利用传送指令MOVE将数字80传送到移位寄存器VW100I00和I01是正反转按钮I02是停止及清零按钮当正转时按下I00 而I00常开和I01I02闭合触点形成串连目的形成互锁使正转时反转不能启动当按下正转I00时与常闭触点I01和I02串连要想停止按
46、下I02不论处在正传或则反转都的停止停止按钮I02的常开触点与控制正转反转的辅助常闭触点相串连将0通过传送指令送到移位寄存器MWO中目启动正转反转都能使移位寄存器都能从A相开始使这样电机不存在累积误差正转反转辅助触点相并联经过上升沿触发在与递增计数CO相并联将二进制100000通过传送指令传送到移位寄存器MWO控制电机的拍数通过递增计数CO启动M30当增加到六次时CO辅助触点闭合启动M30使增计数器复位从新开始计数接通延时定时器的目的决定移位的快慢VW100的值不一样脉冲的频率不一样SHR_W右移字指令通过T5产生一个脉冲移动一位M20的作用给一个脉冲M20得电闭合一次递增计数就加一次当增加到
47、六次时递增计数器动作他的辅助触点闭合M30动作递增计数器复位通过移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表可以看出控制电机的正反转中速高速控制方式和低速相同结论本设计是针对三相六拍的反应式步进电机的控制通过查找资料以及老师的帮忙使设计得以完成通过改变设定值就能改变步进电机的速度改变通电方向就可改变电机的正反转现在的混合式步进电机功能集合了永磁式步进电机和反应式步进电机的优点但价格相对要贵而三相单三拍控制不如三相六拍控制效果好因为通电时转子转过的位移不如三相六拍稳定另外少数的控制步进采用闭环控制但由于电机具有控制精度高无累积误差所以本设计采用开环控制致谢经过几个月的忙碌和学习本次毕业论文设计已经接近尾声作为一个专科生毕业设计由于经验的匮乏难免有许多考虑不周全的地方如果没有指导教师的督促指导想要完成这个设计是难以想象的在这里首先要感谢我的毕业设计指导老师
