課程設計題目：五相十拍步進電動機控制
專業自動化
班級： 1321501
姓名： 汪方操
學號： 201320150161
指導教師： 塗老師
2023年 6月 22 日
目錄 i
內容摘要 ii
第1章引言 1
1．1 步進電動機簡介 1
1．2 設計任務及要求 1
1.2.1控制要求 1
1.2.2功能要求 2
1.2.3效能要求 2
第2章系統總體方案設計 2
2．1設計的基本思路 2
2．2方案原理分析 2
2.2.1 步進電動機的驅動控制 2
2.2.2 步進電動機的調速控制 3
2.2.3 步進電動機的轉向控制 3
第3章 plc控制系統設計 3
3.1硬體設計 3
3.1.1選擇plc型別 3
3.1.2 plc外部接線圖 3
3.1.3輸入輸出編址 4
3.2軟體設計 5
3.2.1 步進控制設計 5
3.2.2 控制流程圖 6
3.2.3 梯形圖程式設計 6
結論 7
設計總結 8
致謝 9
參考文獻 10
步進電動機是將電脈衝訊號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。步進電動機是一種控制精度極高的電機, 在工業上有著廣泛的應用。步進電動機具有快速起停、精確步進和定位等特點，所以常用作工業過程控制及儀器儀表的控制項。
基於plc控制的步進電動機具有設計簡單，實現方便，引數設計置靈活等優點。矩角特性是步進電機執行時乙個很重要的引數，矩角特性好，步進電機啟動轉矩就大，執行不易失步。改善矩角特性一般通過增加步進電機的執行拍數來實現。
本文主要是介紹採用可程式設計控制器(plc) 對五相2/3十拍步進電機進行控制的設計原理及方法進行分析。本文詳細的介紹了用plc控制步進電機系統的原理，及硬體和軟體設計方法。其內容主要包括i/o位址分配、pic外部接線圖、控制流程圖、梯形圖以及語句表。
本文設計過程中使用了十六位移位暫存器，大大簡化了程式的設計，使程式更緊湊，方便了設計。
關鍵詞: 步進電動機；總體方案；梯形圖；除錯過程
1．1 步進電動機簡介
步進電機作為執行元件，是電氣自動化的關鍵產品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統和精密機械等領域。步進電動機具有快速起停、精確步進和定位等特點，所以常用作工業過程控制及儀器儀表的控制項。目前，比較典型的控制方法是用微控制器產生脈衝序列來控制步進電機。
但採用微控制器控制，不僅要設計複雜的控制程式和i/o介面電路，實現比較麻煩。基於plc控制的步進電動機具有設計簡單，實現方便，引數設計置靈活等優點。步進電機廣泛應用於對精度要求比較高的運動控制系統中，如機械人、印表機、軟盤驅動器、繪圖儀、機械閥門控制器等。
矩角特性是步進電機執行時乙個很重要的引數，矩角特性好，步進電機啟動轉矩就大，執行不易失步。改善矩角特性一般通過增加步進電機的執行拍數來實現。
步進電機是將電脈衝訊號轉變為角位移或線位移的開環控制項。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決於脈衝訊號的頻率和脈衝數，而不受負載變化的影響，即給電機加乙個脈衝訊號，電機則轉過乙個步距角。這一線性關係的存在，加上步進電機只有週期性的誤差而無累積誤差等特點。
使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。
雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機並不能象普通的直流電機，交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈衝訊號、功率驅動電路等組成控制系統方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業知識。
1．2 設計任務及要求
1．五相步進電動機有五個繞組: a、b、c、d、e
正轉順序: abc→bc→bcd→cd→cde→de→dea→ea→eab→ab
反轉順序: abc←bc←bcd←cd←cde←de←dea←ea←eab←ab
2．用五個開關控制其工作：
1 號開關控制其執行 ( 啟 / 停 )。
2 號開關控制其低速執行 (轉過乙個步距角需 0.5 秒)。
3 號開關控制其中速執行 (轉過乙個步距角需 0.1 秒)。
4 號開關控制其低速執行 (轉過乙個步距角需 0.03 秒)。
5 號開關控制其轉向 ( on 為正轉，off 為反轉 )。
對五相六拍步進電機的控制，主要分為兩個方面：五相繞組的接通與斷開順序控制。正轉順序：
abc→bc→bcd→cd→cde→de→dea→ea→eab→ab 反轉順序：abc←bc←bcd←cd←cde←de←dea←ea←eab←ab以及每個步距角的行進速度。圍繞這兩個主要方面，可提出具體的控制要求如下：
（1） 可正轉或反轉；
（2） 執行過程中，正反轉可隨時不停機切換；
（3） 步進三種速度可分為高速（0.03s），中速（0.1s）,低速（0.5s）三檔，並可隨時手控變速；
在實現控制要求的基礎上，應使程式盡量簡潔﹑緊湊。另一方面，同一控制物件，根據生產的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發生變化，此時，要求程式修改方便、簡單，即要求程式有較好的柔性。
2．1設計的基本思路
在進行程式設計時，首先應明確物件的具體控制要求。由於cpu對程式的序列掃瞄工作方式，會造成輸入輸出的滯後，而由掃瞄方式引起的滯後時間，最長可達兩個掃瞄週期，程式越長，這種滯後越明顯，則控制精度就越低。因此，在實現控制要求的基礎上，應使程式盡量簡潔﹑緊湊。
另一方面，同一控制物件，根據生產的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發生變化，此時，要求程式修改方便、簡單，即要求程式有較好的柔性。以simatic移位指令為步進控制的主體進行程式設計，可較好的滿足上述設計要求。
2．2方案原理分析
步進電動機是一種將電脈衝訊號轉換成機械位移的機電執行元件，它實際上是一種多相或單相同步電動機。使用步進電動機時，只需要將單路單脈衝訊號先通過脈衝分配器轉變為電動機所需的多路（單路）單脈衝訊號，再經功率放大後分別送入電動機各相繞組，即可使步進電動機準確執行。如圖2-1所示，由於微機控制系統的輸出脈衝電流往往是毫安級的，而步進電動機的電子繞組需要很大的電流才可以驅動其旋轉，所以要使用功率放大器來驅動。
圖2-1 步進電動機的驅動控制
每當乙個脈衝訊號施於步進電動機的控制繞組時，其轉軸就會轉過乙個步距角，從而可以轉換為角位移或線位移來帶動負載。
用計數器實現定時功能，控制狀態轉移。用vw10寄存定時時間的一半數值，用t32，t96組成**電路，並引出m3.0，作為計數脈衝，控制ctu計數器計數，定時時間到了計數器常開觸點閉合，對應的狀態位常閉觸點封鎖復位按鈕，對應位為「no」，復位輸入斷開，計數器有效，開始計數，完成一次計數則進行狀態轉移。
通過i0.1的通斷，選擇正反轉，通過呼叫相應的子程實現正反轉，i0.1為「off」，實現反轉，i0.1為「no」時實現正轉。
3.1硬體設計
根據上圖的i/o分配表，有5個輸入5個輸出，通過查閱手冊可知，s7-200 cpu222有8個輸入6個輸出，故選擇s7-200 cpu224xp基本單元1臺
plc外部接線圖的輸入輸出裝置、負載電源的型別等的設計就結合系統的控制要求來設定。步進電動機採用五相十拍控制外部接線圖如圖3-2所示。
圖3-2五相十拍控制外部接線圖
控制步進電機的5個輸入開關及控制a、b、c、d、e五相繞組工作的輸出端在plc中的i/o編址如表3-4所示。
表3-4 i/o位址分配表
3.2軟體設計
1、正轉順序功能圖如下：
2、反轉順序功能圖如下：
由於上述具體控制要求，可作出步進電機在執行時的程式框圖，如圖3-1所示。
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