基于plc的步进电机闭环控制系统设计.doc

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1、基于PLC的步进电机闭环控制系统设计【摘要】本文针对一种物料输送分度转盘装置，利用可编程控制(ProgrammableLogicController,PLC)设计步进电机的闭环控制系统，以实现精确的分度控制。首先利用三维造型软件Pro/E设计了用于物料输送的分度转盘装置，其次，基于西门子S7-200PLC设计了分度转盘装置控制系统硬件部分，完成系统硬件接线，实现了完整的分度转盘装置控制系统硬件的搭建工作，最后，完成了基于HD的分度转盘装置闭环控制算法设计，PLC利用内置高速脉冲输出(PT0)功能、内置高速计数器功能、PID功能外加编码器，可实现对分度转盘的精确控制。实验

2、结果表明，HD运算的结果控制步进电机转向及位移，带动转盘进行误差补偿，实现对转盘较为精确的分度闭环控制。【关键词】可编程控制；步进电机；闭环控制系统引言可编程序控制器(PLC)是一种以数字量运算操作为对象的控制系统，专们为了能在恶劣的工业环境下高性能的使用而设计的，作为新一代通用工业控制装置具有适应工业环境、简单易懂、操作方便、可靠性高等一系列优点。PLC以微处理器为基础，其存储器可进行编程，用来在其内部存储和执行各?N算数运算、逻辑运算等操作指令，通过数字量和模拟量的输入/输出控制不同类型的机械或生产过程，经过短短几十年的发展，PLC已成为现代工业控制的重要支柱，被广

3、泛应用于各种机械设备和工业生产过程的自动控制系统中。步进电机是特种电机的一种，是一种高性能的数字化执行元件。它可以将电脉冲信号转换成电机轴的角位移。步进电机的控制主要体现在三个方面：即步进屯机的转速控制、方向控制和步数控制。随着计算机控制系统的发展，步进电机广泛应用于同步控制、直线及角位移系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其他自动化系统中。木文将步进电机作为执行机构，以PLC作为核心控制器，设计编码器形式的步进电机闭环控制系统的方法，硬件设计的重点是对转盘机械结构设计及反馈环节的实现思路，采用STEP7软件梯形图编程控制程序，系统实现对转盘分度的精确控制，软件设计的重

4、点是系统主要程序的编写和调试。一、分度转盘结构设计Pro/ENGINEER（简称Pro/E）是美国HC公司旗下的三维造型软件，Pro/E软件以参数化著称，采用了模块方式，可以分别进行零件的绘制、装配、加工处理等，方便用户根据需要灵活选择，Pro/E是基于特征的实体模型化系统，随意改变模型，它广泛应用于汽车、电子、玩具、航天航空、工艺设计、工业设计和机械制造等行业。本文采用三维造型软件Pro/E对分度转盘机构进行建模设计并加工成型，作为全文的研究对象，也就是控制对象，要求能在步进电机的驱动下，承载着物件进行旋转运动，是系统组成的关键部分。二、闭环控制系统硬件设计对于系统硬

5、件设计及功能实现这一快，首先通过MicrosoftVisio2010绘制系统控制框图反映系统硬件总体设计构想及思路，然后对本次设计所需要的西门子S7-200PLC、57BYG250C步进电机、TB6560步进电机驱动器、增量式旋转编码器等硬件进行选型，最后使用AutoCAD2010绘制系统接线图，实现基于PLC的步进电机闭环控制系统硬件设计。（一）系统控制框图基于PLC的步进电机闭环控制系统设计过程中，应用了PLC直接控制步进电机的技术，完成对转盘的分度闭环控制，实现精确定位的要求，系统控制框图如图2.1所示，其中虚线部分在PLC内部实现。PLC通过自身高速脉冲发生功能

6、，根据需要发送一串固定周期和个数的脉冲，驱动步进电机旋转，进而控制转盘转动至期望值的附近，采用旋转编码器反馈转盘的实际角位移，利用PLC内置的高速计数器及PID功能实现系统的闭环控制。（二）系统硬件选型PLC是一种工控计算机，主要由CPU、存储器、I/O部件、外设接口、编程装置、电源等组成，PLC的选型主要应从PLC的储存容量、I/O点数、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑，本设选用PLC机型选择为西门子PLCCPU224CNDC/DC/DC。步进电机的种类繁多，步进电机选型时需要根据实际需要，从步进电机的转矩、转速、空载起动频率、相数及其使用环境等

7、几个方面综合考虑。本课题选用57BYG250C型步进电机，它是两相混合式步进电机的一种，混合式57步进电机的内部结构主要包括两部分：定子和转子，定子和转子h都分布有很多齿宽齿距都相同的齿，具有小体积、高转矩、低振动的优根据所选步进电机的型号，选择TB6560型步进电机驱动器，它具有高稳定性、可靠性和抗干扰性等优点，适用于各种复杂的控制环境。采用直流电源供电，建议使用24VDC供电，这种型号的驱动器共有四种细分：整步、半步、8细分和16细分。驱动电流范围从0.3A到3.0A不等，共有14档输出电流。编码器作为测量元件，它可以把角位移和直线位