蘇州市職業大學
實習（實訓）報告
課程名稱 plc應用技術專案實訓
專案名稱步進電機控制系統設計
2023年05月26日至2023年05月30日共 1 周
學院(部) 電子資訊工程
班級 12電氣（3）
姓名學號
學院(部)負責人
系主任指導教師
本次實訓的實訓任務是用plc控制步進電機的正反轉執行。
自問世以來，步進電機很快確定了在開環高解析度的定位系統中的主導地位。在工業技術高速發展的今天，還未有適合的取代產品出現。雖然步進電機已被廣泛應用，但並不能像普通的直流電動機、交流電動機那樣在常規電氣控制中使用。
它須由雙環形脈衝訊號、功率驅動電路等組成控制系統，涉及很多機械與電氣控制方面知識。
我國生產步進電機的廠家不少，但能自行開發研究的廠家卻較少，大部分廠家規模比較小。我國步進電機產品發展有自己的特點：20世紀80年代以前是以磁阻式步進電機為主，20世紀80年代後期開始發展混合式步進電機。
產品從相數上分有二相、三相、四相、五相，從步距上分有/、/，從規格上分有，從靜力矩上分有
從大功率驅動裝置市場上，大扭矩步進電機沒有市場，無論是在經濟上、雜訊、加速度、系統慣量、最大扭矩等方面，都不如採用伺服電動機或是直流電動機加編碼器好。步進電機主要是應用在小功率場合。總的來說，步進電機是一種簡單的開環控制，不適合在大功率場合使用。
具體的應用場合如下：
(1) 經濟型數控工具機，如數控雕刻機、數控磨床，數控銑钂床等。
(2) 工業生產裝備，如連續式、間歇式包裝機，機械手等。
(3) 工業器材方面，如拿放裝置、效能測試裝備等。
(4) 小型自動化辦公裝置，如啟動打標機、貼標機、割字機、雷射打標記繪圖儀等。
步進電機發展趨勢
步進電機今後繼續沿著小型化的方向發展。隨著電動機本身應用領域的拓寬以及各類整機的不斷小型化，要求與之配套的電動機也必須越來越小，在57、42機座號的電動機應用了多年後，現在其機座號向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士escap公司最近還研製出外徑僅10mm的步進電動機。
除了傳統的旋轉步進電機，線性步進電機近些年來發展也很快，它減少了零部件，幾乎沒有磨損或維修，並且易於結合機器使用，非常適合在輕負載的情況下使用。
步進電動機是一種將數字脈衝訊號轉換成機械角位移或者線位移的數模轉換元件。在經歷了乙個大的發展階段後，目前其發展趨於平緩。然而，由於電動機的工作原理和其它電動機有很大的差別，具有其它電動機所沒有的特性。
因此，沿著小型、高效、低價的方向發展。
步進電動機由此而得名。步進電動機的執行是在專用的脈衝電源供電下進行的，其轉子走過的步數，或者說轉子的角位移量，與輸入脈衝數嚴格成正比。另外，步進電動機動態響應快，控制效能好，只要改變輸入脈衝的順序，就能方便地改變其旋轉方向。
這些特點使得步進電動機與其它電動機有很大的差別。因此， 步進電動機的上述特點，使得由它和驅動控制器組成的開環數控系統，既具有較高的控制精度，良好的控制效能，又能穩定可靠地工作。因此，在數字控制系統出現之初，步進電動機經歷過乙個大的發展階段[3]。
1）永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度。
2）反應式步進電機一般為三相，可實現大轉矩輸出，步進角一般為1.5度，但雜訊和振動都很大。
3）混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優點，它又分為兩相和五相。兩相步進角一般分為1.8度而五相步進角一般為 0.72度，這種步進電機的應用最為廣泛。
三相反應式步進電機的結構如圖所示。 定子、轉子是用矽鋼片或其他軟磁材料製成的。定子的每對極上都繞有一對繞組，構成一相繞組，共三相稱為a、b、c相。
圖1-1 三相反應式步進電機的結構圖
1.電機固有步距角
它表示控制系統每發乙個步進脈衝訊號，電機所轉動的角度。電機出廠時給出了乙個步距角的值，這個步距角可以稱之為「電機固有步距角」，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅動器有關。
2.步進電機的相數
步進電機的相數是指電機內部的線圈組數，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9°/1.
8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.
36°/0.72° 。在沒有細分驅動器時，使用者主要靠選擇不同相數的步進電機來滿足自己步距角的要求。
如果使用細分驅動器，則「相數」將變得沒有意義，使用者只需在驅動器上改變細分數，就可以改變步距角。
3.保持轉矩
保持轉矩是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的引數之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由於步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的引數之一。
比如，當人們說2nm的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為2nm的步進電機。
4.鉗制轉矩
鉗制轉矩是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。由於反應式步進電機的轉子不是永磁材料，所以它沒有鉗制轉矩。
1）一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。
2）步進電機外表允許的最高溫度取決於不同電機磁性材料的退磁點，步進電機溫度過高時會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至於失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決於不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。
3）步進電機的力矩會隨轉速的公升高而下降。當步進電機轉動時，電機各相繞組的電感將形成乙個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。
4）步進電機低速時可以正常運轉，但若高於一定速度就無法啟動，並伴有嘯叫聲。
plc 是廣泛應用於工業自動化領域的控制器, plc 及其有關的裝置,都按易於與工業控制系統連成乙個整體、易於擴充功能的原則而設計。現在,plc 功能得到了很大的擴充和完善,比如為了配合步進電機的控制,許多plc 都內建了脈衝輸出功能,並設定了相應的控制指令,可以很好地對步進電機進行控制,實現和其它裝置的通訊等。
可程式設計控制器(簡稱 plc) 是種數字運算操作的電子系統，是在20 世紀 60 年代末面向工業環境由美國科學家首先研製成功的。它採用可程式設計序的儲存器，其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、計數和算術運算等操作指令，並通過數字的、模擬的輸入和輸出，控各種型別的機械或生產過程。可程式設計序控制器及其有關裝置，都是按易於與工業控制系統形成一體、易於擴充其功能的原則設計的。
plc 自產生至今只有30多年的歷史，卻得到了迅速發展和廣泛應用，成為當代工業自動化的主要支柱之一。產生和發展過程現代社會要求生產廠家對市場的需求做出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規格、低成本和高質量的產品。老式的繼電器控制系統已無法滿足這一要求，迫使人們去尋找一種新的控制裝置取而代之。
plc實質是一種專用於工業控制的計算機，其硬體結構基本上與微型計算機相同:
1）**處理單元(cpu)是plc的控制中樞。它按照plc系統程式賦予的功能接收並儲存從程式設計器鍵入的使用者程式和資料；檢查電源、儲存器、i/o以及警戒定時器的狀態，並能診斷使用者程式中的語法錯誤。當plc投入執行時，首先它以掃瞄的方式接收現場各輸入裝置的狀態和資料，並分別存入i/o映象區，然後從使用者程式儲存器中逐條讀取使用者程式，經過命令解釋後按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入i/o映象區或資料暫存器內。
等所有的使用者程式執行完畢之後，最後將i/o映象區的各輸出狀態或輸出暫存器內的資料傳送到相應的輸出裝置，如此迴圈執行，直到停止執行。
為了進一步提高plc的可靠性，近年來對大型plc還採用雙cpu構成冗餘系統，或採用三cpu的表決式系統。這樣，即使某個cpu出現故障，整個系統仍能正常執行。
2）儲存器存放系統軟體的儲存器稱為系統程式儲存器。存放應用軟體的儲存器稱為使用者程式儲存器[7]。
目前利用可程式設計序控制器（即plc技術）可以方便地實現對電機速度和位置的控制，方便地進行各種步進電機的操作，完成各種複雜的工作，它代表了先進的工業自動化革命，加速了機電一體化的實現。
用plc對步進電機也具有良好的控制能力，利用其高速脈衝輸出功能或運動控制功能，現對步進電機的控制[9]。
步進電機是一種將電脈衝訊號轉換成直線位移或角位移的執行元件，每當對其施加乙個電脈衝時，其輸出軸便轉過乙個固定的角度。步進電機的輸出位移量與輸入脈衝個數成正比，其轉速與單位時間內輸入的脈衝數(即脈衝頻率)成正比，其轉向與脈衝分配到步進電機的各相繞組的相序有關。所以只要控制指令脈衝的數量、頻率及電機繞組通電的相序，便可控制步進電機的輸出位移量、速度和轉向[10]。
plc直接控制步進電機系統由plc和步進電機組成，plc具有實時重新整理技術，輸出訊號的頻率可以達到數千赫茲或更高，使得脈衝分配能有很高的分配速度，充分利用步進電機的速度響應能力，提高整個系統的快速性。並且，plc有採用大功率電晶體的輸出埠，能夠滿足步進電機各相繞組數10v級脈衝電壓、1a級脈衝電流的驅動要求[11]。
步進電機PLC控制設計
目錄第一章控制工藝流程分析 1 1.1步進電機的控制過程描述 1 1.2 plc控制步進電機的控制工藝分析 2 第二章步進電機plc控制系統總體方案設計 2 2.1系統硬體組成 2 2.2控制方法分析 4 2.3 i o分配 5 2.4系統接線圖設計 7 第三章控制系統梯形圖程式設計 8 3.2控制...
步進電機控制系統方案設計書
課程設計任務書 設計題目 微機步進電機控制系統設計 設計目的 1.鞏固和加深課堂所學知識 2.學習掌握一般的軟硬體的設計方法和查閱 運用資料的能力 3.通過步進電機控制系統設計與製作，深入了解與掌握步進電機的執行方式 方向 速度 啟 停的控制。設計任務及要求 在規定的時間內完成下列任務 任務 控制四...
PLC控制步進電機課程設計
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