基于plc的步进电机运动控制系统设计

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1、机电工程系基于PLC的步进电机运动控制系统设计专业：测控技术与仪器指导教师：xxx姓名：xxx_______________(2011年5月9日)9目录一、步进电机工作原理11.步进电机简介12.步进电机的运转原理及结构13.旋转14.步进电动机的特征21)运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机22)运转量与脉冲数的比例关系23)运转速度与脉冲速度的比例关系3二、西门子S7-200CPU224XPCN3三、三相异步电动机DF3A驱动器31.产品特点32.主要技术参数3四、PLC与步进电机驱动器接口原理图5五、PLC控制实例的流程图及梯形图61.控制要求62.流程图

2、63.梯形图7六、参考文献9七、控制系统设计总结99基于PLC的步进电机运动控制系统设计一、步进电机工作原理1.步进电机简介步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；也可以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。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电

3、机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单2.步进电机的运转原理及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错开。0、1/3て、2/3て,即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）3.旋转如A相通电，B，C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，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2

4、/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て9这样经过A、B、C、A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A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……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。步进电机的静态指标术语拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距

5、角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。1.步进电动机的特征1)运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机②驱动器③步进电机提供电力脉冲信号①控制器以上三部分是步进电机运转必不可少的三部分。控制器又叫脉

6、冲产生器，目前主要有PLC、单片机、运动板卡等等。2)运转量与脉冲数的比例关系91)运转速度与脉冲速度的比例关系二、西门子S7-200CPU224XPCN本机集成14输入/10输出共14个数字量I/O点。2输入/1输出3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。22K字节程序和数据存储空间，6个独立的30KHz高速计数器，2个独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS458通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强能力的控制器。三、三相异步电

7、动机DF3A驱动器1.产品特点可靠性高:数字技术和单片机的应用,使得驱动器线路简单可靠;合理的结构设计，使得整机结构紧凑、防护性能好；短路、过流、超温、欠压保护线路提供全面、可靠的保护、大大提高了步进驱动器的可靠性。低速性能好：引入单片机进行软环分及矢量细分，实现1:1平滑细分及5、10、20倍矢量细分，使得步进电机低速运行平稳，避免振荡及失步。矢量细分技术的应用，使得与μm级位置控制器配套的步进系统输出精度接近μm级。高速性能优：输入信号频率不大于250kHz（20细分时），输出电流频率可达15kHｚ。由于采用单高压（300V）恒流斩波