2019基于PLC的步进电机控制系统的设计与实现开题报告zz

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1、基于PLC的步进电机控制系统的设计与实现开题报告zz　　基于PLC的步进电机控制系统的设计与实现　　1工程概况　　步进电机是一种利用脉冲控制，将电脉冲信号转换成相应角位移的电机。而PLC能够产生相应的脉冲，所以本次设计就是通过PLC产生控制脉冲来控制步进电机的自动化运行。其系统和驱动电源示意图如下　　图基于PLC的步进电机控制系统　　图驱动电源方框图　　2设计方案　　方案一　　步进电机选反应式步进电机，驱动电路选用高低压切换电源。高低压切换型电源的原理线路如图3-2所示。图中当分配器输出端出现控制信号U,要求绕组通电时，三极管V1,V2的基极都有信号输入，使V1,V2导通，于是，在

2、高压电源的作用下绕组电流迅速上升，电流迅速上升，电流前沿很陡。当电流达到或稍微超过额定稳态电流时,利用定时电路或者电流检测反馈等措施使V2基极上信号电压消失。于是V2截止，而V1仍然导通。因此绕组电流立即转而低压电源经过二极管　　V3供给。低压电源的电压值应使绕组中的电流限制在额定稳态电流Iwy值。当分配输出端信号电压U消失，要求绕组断电时，V1基极上的信号电压也消失了。于是V1也截　　-1-　　西南石油大学本科毕业设计　　止，绕组中的电流经二极管V4及电阻R12向高压电源放电，电流迅速下降。　　图3-1单电压驱动电路原理图　　图3-2高低电压驱动电路原理图　　图3-3不同串联电阻

3、值对电流的影响　　图3-4不同串联电阻对矩频特性的影响　　图3-5绕组换接时电流和电压的变化　　方案二　　驱动电路选择单一电压型电源。图3-1是单一电压型电源的一相功放电路的原理图。来自分配器的信号经过几级电流放大后加到三极管V1的基极，控制V1的导通和截止。V1是功放电路的末级功放管，它与步进电机一相绕组串联，所以通过功放管V1的电流与通过步进电机的电流是相等的。单一电压型电源信号电压及绕组中的电流的波形如图3-5所示。步进电机的工作原理可知　　-2-　　基于PLC的步进电机控制系统的设计与实现　　道这样的电流波形会使步进电机的输出转矩减小，动态特性变坏。若要提高转矩，应缩短电流

4、上升的时间常数Ta，使电流前沿变陡，这样，电流波形接近矩形。于　　Ta=R/L，要减少Ta就要在设计电机时尽量要减小绕组电感L。另外，如果加大图3-1中串联的电阻R1也就可以使时间常数Ta下降，但是加大R1以后，为了达到同样的稳态电流值，电源电压就要作相应的提高；图3-3中曲线I'和I''分别表示串联电阻R1'和　　R1''时的绕组电流波形图。可以看出，当R1增大后，电流幅值增大，波形更加接近于矩形。这样可以增大转矩，提高启动和连续运行频率，并使启动和运行矩频特性下降缓慢，如图3-4所示。　　方案比较和选择　　单一电压型电源只有一种电压，功放元件少，成本低。但是它的最主要缺点是电流

5、流过串联电阻R1后要消耗非常可观的电能，这部分消耗的电功率变成了热量白白的浪费掉了。而且功耗随着R1值及其电机功率的增大而增大。这样，一方面是电源设备的效率大为下降，同时所散发的热量又使控制柜内温度升高，为了不影响电子元件的性能，还需要增添许多散热设备，因而增大了电源体积，提高了成本。　　而使用高低压切换型电源则不存在这样的问题，因为电机绕组上不需要串联电阻或者只需要串联一个很小的电阻R1，所以电源功耗也比较小。而且高低压切换电源加在绕组中的电压和电流波形图也会得到很大改善如图3-5，所以导致电机的转矩特性很好，启动和运行频率都得到很大的提高。　　通过对方案一和方案二的比较，本次设

6、计选择方案一。　　3技术路线　　通过三菱FX系列PLC编程控制其输出脉冲频率来控制步进电机的速度。通过对额定调速范围D和最小负载转矩Tmin的计算得出的参数选择步进电机的型号如图和图所示，控制面板上的速度按钮控制移动的速度，方向按钮控制转动的方向，位置按钮对位置的控制，启/停按钮控制电机的启停与停止。实际系统中的位置与速度往往需要分成几档，因此位置和速度按钮可选用波段开关。通过对波段开关的不同跳线进行编码，可以减少操作面板与PLC的连线数量。同时也减少了PLC的输入点数　　-3-　　西南石油大学本科毕业设计　　4可能会遇到的困难与措施　　步进电机驱动电源的选择　　步进电机是专门的驱

7、动电源供电的，驱动电源和步进电机是一个有机整体，步进电机的运行性能是电动机及其驱动电源二者配合的综合表现。　　调速范围的确定　　于技术参数已经给定，所以在选用步进电机的时候要注意在调速时在调速范围内的脉冲频率不能小于步进电机的自振动频率的1/k，否则转子会发生强烈振荡甚至失步。　　解决办法是为削弱振荡现象，一般都会装有机械阻尼器。　　步进电机及PLC的选择　　步进电机和PLC必须要相匹配才能达到给定的系统参数；比如PLC输出的最高频率决定了步进电机的最高转速等。解决办