PLC控制系统课程设计-步进电机PLC控制设计汇.doc

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解决方案 13 5.2 设计心得 13 参考文献 14 附录 15 第一章 控制工艺流程分析 1.1步进电机的控制过程描述 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。 1.2 PLC控制步进电机的控制工艺分析 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．超过负载时会破坏同步，速工作时会发出振动和噪声 第二章 步进电机PLC控制系统总体方案设计 2.1系统硬件组成 可编程控制器有两种基本的工作状态，即RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，可编程控制器通过执行控制来实现控制。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）对四相六线制步进电机（内阻33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，信号经过芯片驱动步进电机。构成步进电机的驱动电路，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DIP—16 或SOP—16 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。 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图连接起来，使之实现：按下启动键，电机旋转，按下加1键，速度增加，按下减键，速度降低转/分转/分，按下停止键，电机停转。速度值在数码管上显示出来。 综合以上方案，总如所示。 图2-4 PLC控制系统的硬件结构图 2.2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角。目前常用步进电机的步距角大多为1.8度（俗