【導(dǎo)讀】文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。本課題是設(shè)計(jì)基于S7-200PLC步進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏。數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。變成了實(shí)際意義上的一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。PLC作為簡(jiǎn)單化的計(jì)算。世界廣泛應(yīng)用，為生產(chǎn)生活帶來(lái)巨大效益方便。于掌握，可以進(jìn)行在線修改，柔性好，體積小，維修方便。本設(shè)計(jì)是利用PLC做進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制核心，用按鈕開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)正,反轉(zhuǎn)控制，而且正，反轉(zhuǎn)切換無(wú)須經(jīng)過(guò)停車步驟。充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)PLC. 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)最重要的一條原則。其主要內(nèi)容如下：

　　

【正文】 6 和 CPU226XM，除 CPU 221 之外，其它都可加擴(kuò)展模塊，是目前小型 PLC 的主流產(chǎn)品。本書將介紹 CPU22X 系列產(chǎn)品。對(duì)于每個(gè) 型號(hào)，西門子廠家都提供有產(chǎn)品貨號(hào)，根據(jù)產(chǎn)品貨號(hào)可以購(gòu)買到指定類型的 PLC。 CPU 22X 系列具有不同的技術(shù)性能，使用于不同要求的控制系統(tǒng)： CPU 221：用戶程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量較小，有一定的高速計(jì)數(shù)處理能力，適合用于點(diǎn)數(shù)少的控制系統(tǒng)。 CPU222：和 CPU221 相比，它可以進(jìn)行一定模擬量的控制，可以連接 2 個(gè)擴(kuò)展模塊，應(yīng)用更為廣泛。 CPU224：和前兩者相比，存儲(chǔ)容量擴(kuò)大了一倍，有內(nèi)置時(shí)鐘，它有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力，使用很普遍。 CPU 226：和 CPU224 相比，增加了通信口的數(shù)量，通 信能力大大增強(qiáng)，可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 CPU226XM：它是西門子公司推出的一款增強(qiáng)型主機(jī)，主要在用戶程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量上進(jìn)行了擴(kuò)展，其他指標(biāo)和 CPU 226 相同。 硬件系統(tǒng) S7200PLC 屬于小型 PLC，其主機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是整體式，主機(jī)上有一定數(shù)量的輸入 /輸出 (I/O)點(diǎn)，一個(gè)主機(jī)單元就是一個(gè)系統(tǒng)。它還可以進(jìn)行靈活的擴(kuò)展，如果 (I/O)點(diǎn)不夠，則可增加 (I/O)擴(kuò)展模塊；如果需要其他特殊功能，如特殊通信或定位控制等，則可以增加全套設(shè)計(jì)（圖紙 ）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 相應(yīng)的功能模塊。 一個(gè)完整的系統(tǒng)組成如圖 所示： 圖 S7200PLC 系統(tǒng)組成 主機(jī)單元：主機(jī)單元，又稱基本單元或 CPU 模塊。它由 CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入 /輸出點(diǎn)和電源等組成，是 PLC 的主要部分。實(shí)際上它就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。 擴(kuò)展單元：擴(kuò)展單元，又稱擴(kuò)展模塊。當(dāng)主機(jī) I/O 點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種 I/O 模塊。根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)不同、性質(zhì)不同、供電電壓不同， I/O擴(kuò)展模塊有多種類型。每個(gè) CPU 所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的 I/O 點(diǎn)數(shù)是由多種因素共同決定的。 特殊功能 模塊：當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，需要擴(kuò)展功能模塊。它們是完成某種特殊控制任務(wù)的一些裝置，如運(yùn)動(dòng)特殊通信模塊、控制模塊等。 相關(guān)設(shè)備：相關(guān)設(shè)備是為充分和方便利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開(kāi)發(fā)、使用的一些設(shè)備，主要有人機(jī)操作界面、編程設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。 軟件：軟件是為管理和使用這些設(shè)備而開(kāi)發(fā)的與之相配套的程序，對(duì) S7200PLC 來(lái)說(shuō)，與之配套的軟件主要有 STEP7Micro/WIN 和 HMI 人機(jī)界面的組態(tài)編程軟件 Pro Tool、 Win CC flexible。 軟元件 用戶使用的 PLC 中的 每一個(gè)輸入 /輸出、內(nèi)部存儲(chǔ)單元、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等都稱作軟元件。軟元件是 PLC 內(nèi)部的具有一定功能的器件，這些器件實(shí)際上是由電子電路和寄存器及存儲(chǔ)器單元等組成。為了把這種元器件和傳統(tǒng)電氣控制電路中的繼電器區(qū)別開(kāi)來(lái)，把它們成為軟元件或者軟繼電器。它們最大的特點(diǎn)是： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 軟元件是看不見(jiàn)、摸不著的，不存在物理性的觸點(diǎn)； 每個(gè)軟元件可提供無(wú)限個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)； 功耗低、體積小、壽命長(zhǎng)。 常用軟元件有：輸入繼電器（ I）、通用輔助繼電器 (M)、輸出繼電器 (Q)、特殊繼電器(SM)、局部變量存儲(chǔ)器 (L)、變量存儲(chǔ)器 (V)、順 序控制繼電器 (S)、計(jì)數(shù)器 (C)、定時(shí)器 (T)、模擬量輸入映像寄存器 (AI)、高速計(jì)數(shù)器 (HC)、模擬量輸出映像寄存器 (AQ)、累加器 (AC)等。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)所使用的步進(jìn)電機(jī)選用的型號(hào)是 75BF003 的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。該型號(hào)的步矩角為 。相電壓 30V，相電流 4A，保持轉(zhuǎn)距 m( cm)，引線 6 條，空載啟動(dòng)頻率 1250Hz， 額定功率 ，絕緣等級(jí) E。規(guī)格： D 為 75mm； D1 為 31mm； 高 H 為 2mm； d 為 8mm； E 為 18mm； L 為 60mm； D2 為 68mm； MS 為 4M3。 圖 75BF 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)尺寸 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示。 定子、轉(zhuǎn)子是用硅鋼片或其他軟磁材料制成的。定子的每對(duì)極上都繞有一對(duì)繞組，構(gòu)成一相繞組，共三相稱為 A、 B、 C 相。 圖 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 在定子磁極和轉(zhuǎn)子上都開(kāi)有齒分度相同的小齒，采用適當(dāng)?shù)凝X數(shù)配合，當(dāng) A 相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)應(yīng)時(shí)， B 相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒相互錯(cuò)開(kāi) 1/3 齒距， C 相則錯(cuò)開(kāi)2/3 齒距。如圖 所示： 全套設(shè)計(jì)（圖紙 ）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 圖 A 相通電定轉(zhuǎn)子錯(cuò)開(kāi)示意圖 電機(jī)的位置和速 度由繞組通電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由繞組通電的順序決定。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動(dòng)器和控制器才能正常工作。驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行功率放大、環(huán)形分配，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) [14]。 驅(qū)動(dòng)器的選擇 本設(shè)計(jì)選用型號(hào)為 SMD340C 的驅(qū)動(dòng)器。 SMD340C 三相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是常州華音電子有限公司引進(jìn)德國(guó)技術(shù)和器件生產(chǎn)的新一代三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ,具有非常好的性價(jià)比。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)程中它以半步方式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。另外， SMD340C 還具有許多非同尋常的特性，能充分控制電機(jī)系統(tǒng)的電機(jī)械性能，以獲得最大工作效率 。 圖 SMD340C 型驅(qū)動(dòng)器的外觀圖 該型號(hào)驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)： （ 1） 1536V 直流操作電壓 （ 2） 相位峰值電流 (按客戶要求設(shè)定 ) （ 3） 鎖相時(shí)自動(dòng)減流 （ 4） 半步驅(qū)動(dòng) （ 5） 有源隔離三種輸入信號(hào) (脈沖 ,方向，脫機(jī) ) （ 6） 輸入信號(hào) :TTL 或 CMOS() 主要技術(shù)指標(biāo) : 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 表 41 名稱 最小值 標(biāo)準(zhǔn)值 最大值 單位 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓 12 30 36 V 相位峰值電流 3 4 A SMD340C 型驅(qū)動(dòng)器采用封閉式小型結(jié)構(gòu)，本身不帶風(fēng)機(jī)，其外殼即為散熱體，所以使用時(shí)要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機(jī)柜內(nèi)，接觸面之間最好涂上導(dǎo)熱硅脂，在其旁邊加一風(fēng)機(jī)也是一種較好的散熱辦法。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 圖 為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。圖中僅為一相的驅(qū)動(dòng)電路，其余兩相與之相同。在圖中三極管 T1 起開(kāi)關(guān)作用。當(dāng)三極管截止時(shí)，無(wú)集電極電流流通，開(kāi)關(guān)相當(dāng)于斷開(kāi)；當(dāng)三極管飽和時(shí)， 流過(guò)的集電極電流最大， 開(kāi)關(guān)相當(dāng)于閉合，該開(kāi)關(guān)“動(dòng)作”可由加于基極的電流來(lái)控制。由 T T3 兩個(gè)三極管組成達(dá)林頓式功放電路， 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的 3 個(gè)繞組，使電機(jī)繞組的靜態(tài)電流達(dá)到近 2A。電路中使用光電耦合器將控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離。當(dāng)控制輸入信號(hào)為低電平時(shí)， T1 截止，輸出高電平，則紅外發(fā)光二極管截止，光敏三極管不導(dǎo)通，因此繞組中無(wú)電流流過(guò)；當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)， T1 飽和導(dǎo)通， 于是紅外發(fā)光二極管被點(diǎn)亮， 使光敏三極管導(dǎo)通，向功率驅(qū)動(dòng)級(jí)晶體管提供基極電流， 使其導(dǎo)通，繞組被通以電流。 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路接口 圖 驅(qū)動(dòng)器接口 全套設(shè)計(jì)（圖紙 ）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 電氣原理圖 正反轉(zhuǎn)電氣原理圖 按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕 SB1，正向接觸器 KM1 通電， KM1 主觸頭和自鎖觸頭閉合，電動(dòng)機(jī) M 正轉(zhuǎn)。 按下反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕 SB2，正向接觸器 KM2 通電， KM2 主觸頭和自鎖觸頭閉合，電動(dòng)機(jī) M 反轉(zhuǎn)。 該控制電路必須要求 KM1 與 KM2 不能同時(shí)通電，否則會(huì)引起主電路電源短路。為此要求線路設(shè)置必要的聯(lián)鎖環(huán)節(jié)，如圖 所示。將其中一個(gè)接觸器的常閉觸頭串入另一個(gè)接觸器線圈電路中，則任何一個(gè)接觸器先通電后，即使按下相反方向的啟動(dòng)按鈕，另一個(gè)接觸器也無(wú)法通電，這種利用兩個(gè)接觸器的輔助常閉觸頭互相控制的方式 ，稱為電氣互鎖。 PLC驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 西門子 PLC 本身帶有高速脈沖計(jì)數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，其發(fā)出的頻率最大為10KHz，能夠滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的要求。對(duì) PLC 提出兩個(gè)特性要求。一是在此應(yīng)用的 PLC最好是具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù)的 PLC，使輸出信號(hào)的頻率可以達(dá)到數(shù)千赫芝或更高。其目的是使環(huán)形脈沖分配能有較高的分配速度，充分利用步進(jìn)電機(jī)的速度響應(yīng)能力，提高整個(gè)系統(tǒng)的快速性。二是 PLC 本身的輸出端口應(yīng)該采用大功率晶體管，以滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅(qū)動(dòng)要求。如圖 所示： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 圖 控 制框圖 環(huán)形分配程序?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)各相繞組的通電順序進(jìn)行環(huán)形脈沖分配，從而控制接到步進(jìn)電機(jī)三相繞組的直流電源的依次通、斷，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)走一步，環(huán)形脈沖分配程序的步數(shù)減一，當(dāng)步數(shù)減為零時(shí)，停止環(huán)形脈沖分配，等待下一次的脈沖輸入。 下圖 為 PLC 控制接線圖： 圖 I/O 接線圖 全套設(shè)計(jì)（圖紙 ）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 5 S7200PLC 控制步進(jìn)電機(jī)軟件設(shè)計(jì) STEP7Micro/WIN32概述 STEP7Micro/WIN32 是西門子公司專為 SIMATIC S7200 系 列可編程序控制器研制開(kāi)發(fā)的編程軟件，它是基于 Windows 的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，既可用于開(kāi)發(fā)用戶程序，又可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 S7200 CN CPU 必須配合 STEP7Micro/WIN SP3 或以上版使用。 STEP 7Micro/WIN SP3 配合 S7200 CN 使用時(shí)，必須設(shè)置語(yǔ)言環(huán)境為中文才能正常工作。STEP 7Micro/WIN 編程軟件為用戶開(kāi)發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán) 境。它簡(jiǎn)單、易學(xué)，能夠解決復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。 它的優(yōu)點(diǎn)很明顯：適用于 所有 SIMATIC S7200 PLC 機(jī)型軟件編程；同時(shí)支持 STL、LAD、 FBD 三種編程語(yǔ)言，用戶可以根據(jù)自己的喜好隨時(shí)在三者之間切換；軟件包提供無(wú)微不至 的幫助功能，即使初學(xué)者也能容易地入門；包含多國(guó)語(yǔ)言包，可以方便地在各語(yǔ)言版本間切 換；具有密碼保護(hù)功能，能保護(hù)代碼不受他人操作和破壞 [15]。 基本功能 STEP 7Micro/WIN 提供軟件工具幫助調(diào)試和測(cè)試程序。它的基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)，其主要實(shí)現(xiàn)以下功能。 （ 1）在脫機(jī)（離線）方式下創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用 戶程序。在脫機(jī)方式時(shí)，計(jì)算機(jī)與 PLC 斷開(kāi)連接，此時(shí)能完成大部分的基本功能，如編程、編譯、調(diào)試和系統(tǒng)組態(tài)等，但所有的程序和參數(shù)都只能存放在計(jì)算機(jī)的磁盤上。 （ 2）在聯(lián)機(jī)（在線）方式下可以對(duì)與計(jì)算機(jī)建立通信關(guān)系的 PLC 直接進(jìn)行各種操作，如上載、下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等。 （ 3）在編輯程序的過(guò)程中進(jìn)行語(yǔ)法檢查，可以避免一些語(yǔ)法錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤。經(jīng)語(yǔ)法檢查后，梯形圖中錯(cuò)誤處的下方自動(dòng)加紅色波浪線，語(yǔ)句表的錯(cuò)誤行前自動(dòng)畫上紅色叉，且在錯(cuò)誤處加上紅色波浪線。 （ 4）對(duì)用戶程序進(jìn)行文檔管理，加密處理等。 （ 5）設(shè) 置 PLC 的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。 運(yùn)動(dòng)控制 S7200 提供有開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制的三種方式： 脈寬調(diào)制（ PWM)—— 內(nèi)置于 S7200，用于速度、位置或占空比控制。 脈沖串輸出（ PTO)—— 內(nèi)置于 S7200，用于速度和位置控制。 EM253 位控模塊一用于速度和位置控制的附加模塊。 為了簡(jiǎn)化應(yīng)用程序中位控功能的使用， STEP7Micro/WIN 提供的位控向?qū)Э梢詭椭脩粼? 幾分鐘內(nèi)全部完成 PWM、 PTO 或位控模塊的組態(tài)。該向?qū)Э梢陨晌豢刂噶?，用戶可以? 這些指令在應(yīng)用程序中對(duì)速度和位置進(jìn)行動(dòng) 態(tài)控制。對(duì)于位控模塊， STEP 7Micro/WIN 還 提供了一個(gè)控制面板，可以控制、監(jiān)視和測(cè)試用戶的運(yùn)動(dòng)操作。 創(chuàng)建調(diào)制解調(diào)模塊程序 使用 EM241調(diào)制解調(diào)模塊可以將 S7200直接連到一個(gè)模擬電話線上，并且支持 S7200全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 與 STEP 7Micro/WIN 的通訊。該調(diào)制解調(diào)模塊還支持 Modbus 從站 RTU 協(xié)議，該模塊與S7200 之間的通訊通過(guò)擴(kuò)展 I/O 總線實(shí)現(xiàn)。 STEP 7Micro/WIN 提供一個(gè)調(diào)制解調(diào)擴(kuò)展向?qū)В梢詭椭脩粼O(shè)置一個(gè)遠(yuǎn)端的調(diào)制解調(diào) 器，或者設(shè)置將 S7200 連 向遠(yuǎn)端設(shè)備的調(diào)制解調(diào)模塊。 （ 1） USS 協(xié)議庫(kù) STEP 7Micro/WIN 指令庫(kù)，該指令庫(kù)包括預(yù)先組態(tài)好的子程序和中斷程序，這些子程序和 中斷程序都是專門為通過(guò) USS 協(xié)議與驅(qū)動(dòng)通訊而設(shè)計(jì)的。通過(guò) USS 指令，用戶可以控制這 個(gè)物理驅(qū)動(dòng)，并讀 /寫驅(qū)動(dòng)參數(shù)。 可以在 STEP 7Micro/WIN 指令樹(shù)的庫(kù)文件夾中找到這些指令。當(dāng)用戶選擇一個(gè) U