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控制程式的時序圖設計 9
3.3控制程式設計思路 9
第四章監控系統設計 11
4.1plc與上位監控軟體通訊 11
4.2上位監控系統組態設計 11
4.3實現的效果 12
第五章系統除錯及結果分析 13
5.1實驗除錯中遇到的問題及解決方案 13
5.2 設計心得 13
參考文獻 14
附錄 15
步進電機是一種能夠將電脈衝訊號轉換成角位移或線位移的機電元件，它實際上是一種單相或多相同步電動機。單相步進電動機有單路電脈衝驅動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅動。多相步進電動機有多相方波脈衝驅動，用途很廣。
使用多相步進電動機時，單路電脈衝訊號可先通過脈衝分配器轉換為多相脈衝訊號，在經功率放大後分別送入步進電動機各相繞組。每輸入乙個脈衝到脈衝分配器，電動機各相的通電狀態就發生變化，轉子會轉過一定的角度（稱為步距角）。
正常情況下，步進電機轉過的總角度和輸入的脈衝數成正比；連續輸入一定頻率的脈衝時，電動機的轉速與輸入脈衝的頻率保持嚴格的對應關係，不受電壓波動和負載變化的影響。由於步進電動機能直接接收數字量的輸入，所以特別適合於微機控制。
時至今日，軟體以及電子裝置等相關技術都有了長足發展。雖然軟體的發展速度比不上硬體的發展速度那麼迅速，但已能滿足現在的工業需求。對步進電機的傳統控制通常完全由硬體電路搭接而成。
，比如：可以實現高精度的控制，降低成本，降低控制難度，簡化控制電路等。而從20世紀80年代開始開發出了專用的ic驅動電路，今天，在印表機、磁碟器等的oa裝置的位置控制中，步進電機都是不可缺少的組成部分之一。
plc控制步進電機的控制工藝分析:
1．不需要反饋，控制簡單。
2．與微機的連線、速度控制（啟動、停止和反轉）及驅動電路的設計比較簡單。
3．沒有角累積誤差。
4．停止時也可保持轉距。
5．沒有轉向器等機械部分，不需要保養，故造價較低。
6．即使沒有感測器，也能精確定位。
7．根椐給定的脈衝週期，能夠以任意速度轉動。
但是，這種電機也有自身的缺點。
8．難以獲得較大的轉矩
9、不宜用作高速轉動
10．在體積重量方面沒有優勢，能源利用率低。
11．超過負載時會破壞同步，速工作時會發出振動和雜訊
可程式設計控制器有兩種基本的工作狀態，即執行（run）狀態與停止（stop）狀態。在執行狀態中，可程式設計控制器通過執行反應控制來實現使用者的控制要求。為了使可程式設計控制器的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入訊號，使用者程式不僅僅執行一次，而是反覆不斷地重複執行，直到可程式設計控制器停機或切換到stop工作狀態。
本設計採用51微控制器at89c51（晶振頻率為12mhz）對該四相六線制步進電機（內阻33歐，步進1.8度，額定電壓12v）進行控制。通過i/o口輸出的具有時序的方波作為步進電機的控制訊號，訊號經過特定晶元驅動步進電機。
本文選用uln2003構成步進電機的驅動電路，下面但見介紹下uln2003的結構和特點：uln2003 是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個矽npn 達林頓管組成。
該電路的特點如下：
uln2003 的每一對達林頓都串聯乙個2.7k 的基極電阻,在5v 的工作電壓下它能與ttl 和cmos 電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩衝器來處理的資料。
uln2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500ma，並且能夠在關態時承受50v 的電壓，輸出還可以在高負載電流並行執行。
uln2003 採用dip—16 或sop—16 塑料封裝。
uln2003方框圖如圖2-1所示。
2-1 uln2003內部方框圖
利用uln2003以及at89c51設計的步進電機驅動電路如圖2-2所示。
圖2-2 uln2003和at89c51構成的驅動電路
此25-28口接uln2003的1-4輸入端。另外，用鍵盤來對電機的狀態進行控制。
將圖2-2和圖2-3連線起來，使之實現：按下啟動鍵s1，電機旋轉，按一下加1鍵s2，速度增加1轉/分，按一下減1鍵s3，速度降低1轉/分。本設計設定了速度範圍，其速度最低和最高分別為：
9轉/分，75轉/分，按下停止鍵s4，電機停轉。速度值在數碼管上顯示出來。
綜合以上設計的控制電路方案，總設計方案框圖如2-3所示。
圖2-3 步進電機控制系統硬體電路設計框圖
圖2-4 plc控制系統的硬體結構圖
步進電機是將給定的電脈衝訊號轉變為角位移或線位移的開環控制項。給定乙個電脈衝訊號，步進電機轉子就轉過相應的角度，這個角度就稱作該步進電機的步距角。目前常用步進電機的步距角大多為1.
8度（俗稱一步）或0.9度（俗稱半步）。以步距角為0.
9度的進步電機來說，當我們給步進電機乙個電脈衝訊號，步進電機就轉過0.9度；給兩個脈衝訊號，步進電機就轉過1.8度。
以此類推，連續給定脈衝訊號，步進電機就可以連續運轉。給定乙個脈衝，轉過乙個步距角，當停止的位置確定以後，也就決定了步進電機需要給定的脈衝數。其工作原理如下：
設a相首先通電，轉子齒與定子a、a′對齊。然後在a相繼續通電的情況下接通b相。這時定子b、b′極對轉子齒2、4產生磁拉力，使轉子順時針方向轉動，但是a、a′極繼續拉住齒1、3，因此，轉子將轉到兩個磁拉力平衡為止。
即轉子順時針轉過了15°。接著a相斷電，b相繼續通電。這時轉子齒2、4和定子b、b′極對齊，轉子從圖(b)的位置又轉過了15°。
這樣，如果按a→a、b→b→b、c→c→c、a→a…的順序輪流通電，則轉子便順時針方向一步一步地轉動，步距角15°。如果按a→a、c→c→c、b→b→b、a→a…的順序通電，則電機轉子逆時針方向轉動。
圖 2-5 步進電機通電方式原理圖
三相步進電動機有三個繞組: a、b、c
正轉通電順序為：a→ab→b→bc→c→ca
反轉通電順序為：a→ca→c→bc→b→ab
#1開關控制其執行 ( 啟 )。
#2開關控制其執行 ( 停 )。
#3 號開關控制其低速執行 (轉過乙個步距角需 0.5 s)。
#4 號開關控制其中速執行 (轉過乙個步距角需 0.1 s)。
#5 號開關控制其高速執行 (轉過乙個步距角需 0.04 s)。
#6 號開關控制其轉向 ( on 為正轉 )。
#7 號開關控制其轉向 ( off 為反轉)。
步進電動機以最常用的三相六拍通電方式工作，並要求步進電動機設有快速、慢速控制、正反轉及單步控制4種控制方式。根據要求，可選用c28p—cdt—d的plc進行控制並設計出步進電動機的plc控制系統i/o接線圖。
圖2-6 步進電動機的plc控制系統i/o接線圖
步進電動機plc控制系統梯形圖設計
圖2-7 步進電動機的plc控制系統梯形圖
圖2-8 plc控制系統接線圖
1、步距角的選擇電機的步距角取決於負載精度的要求，將負載的最小解析度（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等於或小於此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.
36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.
8度（二、四相電機）、1.5度/3度（三相電機）等。
2、靜力矩的選擇：步進電機的動態力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。
單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恆速執行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來。
3、電流的選擇：靜力矩一樣的電機，由於電流引數不同，其執行特性差別很大，可依據矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流。
圖3-1步進電機控制流程圖
圖3-2控制電機的時序圖
功能模組設計:本模組可分為如下3個部分：
（1）步進電動機與微控制器的介面。
微控制器是效能極佳的控制處理器，在控制步進電機工作時，介面部件必須要有下列功能。
電壓隔離功能:微控制器工作在5v，而步進電機是工作在幾十v，甚至更高。一旦步進電機的電壓串到微控制器中，就會損壞微控制器；步進電機的訊號會干擾微控制器，也可能導致系統工作失誤，因此介面器件必須有隔離功能。
資訊傳遞功能:介面部件應能夠把微控制器的控制資訊傳遞給步進電機迴路，產生工作所需的控制資訊，對應於不同的工作方式，介面部件應能產生相應的工作控制波形。產生所需的不同頻率。
為了使步進電機以不同的速度工作，以適應不同的目的，介面部件應能產生不同的工作頻率。
PLC步進電機控制系統設計
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PLC控制步進電機的方法步進電機工作原理
一 引言 微電子技術和計算機技術發展，可程式設計序控制器有了突飛猛進發展，其功能已遠遠超出了邏輯控制 順序控制範圍，它與計算機有效結合，可進行模擬量控制，具有遠端通訊功能等。有人將其稱為現代工業控制三大支柱 即plc，機械人，cad cam 之一。目前可程式設計序控制器 programmable c...