【導(dǎo)讀】特殊功能模塊如高速計(jì)數(shù)輸入和脈沖輸出的應(yīng)用上已經(jīng)基本滿足用戶的需求了。但隨著應(yīng)用需求及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品技術(shù)性能的提升，PLC將繼續(xù)得已完善和發(fā)展。本設(shè)計(jì)選用PLC控制兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，在PLC編程的基礎(chǔ)上用。按鈕開(kāi)關(guān)控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等基本功能。

　　

【正文】 子產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。 當(dāng) A 相繞組通電時(shí) ， 在轉(zhuǎn)子 N 極端磁極 1 上的繞組產(chǎn)生的 S 磁極吸引轉(zhuǎn)子N 極 ， 使得磁極 1 下是齒對(duì)齒 ， 磁力線由轉(zhuǎn)子 N 極指向磁極 1 齒面 ， 磁極 5 下也無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 21 是齒對(duì)齒 ， 磁極 3 和 7 是齒對(duì)槽 ， 所示 A 相通電轉(zhuǎn)子 N 極端定轉(zhuǎn)子平衡。由于兩段轉(zhuǎn)子鐵芯上的小齒相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距 ， 在轉(zhuǎn)子 S 極端 ， 磁極 1 和 5 產(chǎn)生的 S極磁場(chǎng) ， 排斥轉(zhuǎn)子 S 極 ， 與轉(zhuǎn)子正好是齒對(duì)槽 ， 磁極 3 和 7 齒面產(chǎn)生 N 極磁場(chǎng) ，吸引轉(zhuǎn)子 S 極 ， 使得齒對(duì)齒。 A 相繞組通電時(shí)轉(zhuǎn)子 N 極端、 S 極端轉(zhuǎn)子平衡。如圖 45 所示。 因轉(zhuǎn)子上共有 50 個(gè)齒 ， 其齒距角為 360176。 /50=176。，定子每個(gè)極距所占的齒數(shù)為不是整數(shù) ， 因此當(dāng)定子的 A 相通電 ， 在轉(zhuǎn)子 N 極 ， 磁極 1 的 5 個(gè)齒與轉(zhuǎn)子齒對(duì)齒 ， 旁邊的 B 相繞組的磁極 2 的 5 個(gè)齒和轉(zhuǎn)子齒有 1/4 齒距的錯(cuò)位 ， 即 176。， A相通電時(shí)定轉(zhuǎn)子齒展開(kāi)圖畫(huà)圓圈的地方 ， A相磁極 3的齒和轉(zhuǎn)子就會(huì)錯(cuò)位 176。 ，實(shí)現(xiàn)齒對(duì)槽了。磁力線是沿轉(zhuǎn)子 N 端→ A(1)S 磁極→導(dǎo)磁環(huán)→ A(3)N 磁極→ 轉(zhuǎn)子S 端→轉(zhuǎn)子 N 端 ， 成一閉合曲線。當(dāng) A 相斷電 B 相通電時(shí) ， 磁極 2 產(chǎn)生 N 極性 ，吸合離它最近的 S 極轉(zhuǎn)子 7 齒 ， 使得轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò) 176。 ， 實(shí)現(xiàn)磁極 2和轉(zhuǎn)子齒對(duì)齒 ， B 相繞組通電定轉(zhuǎn)子齒展開(kāi)圖如圖 5 所示 ， 此時(shí)磁極 3 和轉(zhuǎn)子齒有 1/4 齒距的錯(cuò)位。依次類推若繼續(xù)按四拍的順序通電 ， 轉(zhuǎn)子就按順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊降剞D(zhuǎn)動(dòng) ， 每通電一次即每來(lái)一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 176。 ， 即稱步距角為 176。 ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一圈需要 360176。 /176。 =200 個(gè)脈沖。如圖 46 所示。 在轉(zhuǎn)子 S 極端也是同樣道理 ,當(dāng)繞組齒對(duì)齒 時(shí) ,其旁邊一相磁極錯(cuò)位 176。 [5]。 A ( 1 ) B ( 2 )1 2 34 5 6A ( 3 ) B ( 4 )A ( 5 ) B ( 6 ) A ( 7 ) B ( 8 ) 圖 45 A相通電時(shí)定轉(zhuǎn)子齒展開(kāi)圖 A ( 1 ) B ( 2 )1 2 34 5 6A ( 3 ) 圖 46 B相繞組通電定轉(zhuǎn)子齒展開(kāi)圖 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 22 驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置 由于上述步進(jìn)電機(jī)的相電流為 ，驅(qū)動(dòng)器的 SW1SW3分別設(shè)置為： ON、ON、 ON，即輸出峰值電流為 ， SW5SW8分別設(shè)置為 ON、 OFF、 ON、 ON，即細(xì)設(shè)定為 800步 /圈。具體參數(shù)參照附錄。 PLC 控制步進(jìn)電機(jī) 控制步 進(jìn)電機(jī)最重要的就是要產(chǎn)生出符合要求的控制脈沖。西門(mén)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 或更高。其目的是使脈沖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。 利用 PLC輸出脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電 機(jī)。原理框圖如圖 47所示： 圖 47 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)兩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)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通電順序按 ： A+—B+—A—B導(dǎo)通斷開(kāi)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)按 A—B+—A+—B 依次導(dǎo)通、斷開(kāi)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，即步進(jìn)電機(jī)可以按兩相四拍工作。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。 控制部分的由外部開(kāi)關(guān)決定，分別接 PLC的 ，接線圖如圖 ： 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 23 圖 48 PLC控制接線圖 接線實(shí)物圖 如圖 4 410所示 圖 49 接線實(shí)物圖 1 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 24 圖 410 接線實(shí)物圖 本 設(shè)計(jì)希望通過(guò)控制 PLC的 2個(gè)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)以下功能： 1）起動(dòng)電機(jī)，使其實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn) 10圈后自動(dòng)停止 ； 2）按反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，使其實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn) 10圈后自動(dòng)停止 啟動(dòng)主程序 ，則可在此時(shí)選擇電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，若電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)，則無(wú)法改變；電機(jī)停止時(shí)選擇電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到設(shè)定的 10圈后，電機(jī)自動(dòng)停止 。 本設(shè)計(jì)中的輸入 /輸出點(diǎn)地址分配地址如表 41所示： 表 41 I/O端口分配 表 輸入點(diǎn) 符號(hào) 輸出點(diǎn) 符號(hào) 啟動(dòng)信號(hào) START 脈沖輸出信號(hào) 方向選擇信號(hào) 方向控制信號(hào) 控制 電機(jī)方向轉(zhuǎn)動(dòng) 用接在 。如果 =1，將輸出 ，則電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如果 =0，將輸出 ，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 。 程序如下： //設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)方向 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 25 LDN //若電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài) A //且轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)置于 1 S , 1 //逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) LDN //若電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài) AN //且轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)置于 0 R , 0 //順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 程序調(diào)試 按照上述所編寫(xiě)的程序繪制梯形圖，而后編譯程序，如圖 411 至 413 圖 411 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 26 圖 412 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 27 圖 413 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 28 第五章 論文總結(jié) 本文論述了基于 PLC的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和研制過(guò)程，包括硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì) 以及系統(tǒng)組態(tài) 等方面。硬件電路用西門(mén)子 PLC、 驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī) 設(shè)計(jì)而成。軟件程序用 PLC梯形圖 和語(yǔ)句表 語(yǔ)言寫(xiě)成。 在本次設(shè)計(jì)中， 利用軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)的控制。利用 PLC輸出的脈沖和方向信號(hào)，改變對(duì)步進(jìn)電機(jī)繞組的通電 方式和通電順序，來(lái)準(zhǔn)確控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn) 等 工作狀態(tài)。 通過(guò)設(shè)定不同計(jì)時(shí)器的數(shù)值，來(lái)改變步進(jìn)電機(jī)的工作頻率。 目前利用可編程序控制器（即 PLC 技術(shù)）可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和位置的控制，方便地進(jìn)行各種 步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作，它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平 ，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 29 參考文獻(xiàn) [1] 劉順禧，《電氣控制技術(shù)》，北京：北京理工大學(xué)出版社， 1995 [2] 束長(zhǎng)保，《 PLC應(yīng)用實(shí)踐》，東南大學(xué)出版社， [3] 張如萍 ，《 電氣控制與 PLC》，無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院， 2021. [4] 羅宇航主編，《流行 PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì)》， 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021. [5] 鄧星鐘等編著 《機(jī)電傳動(dòng)與控制》（第四版） . 華中科技大學(xué)出版社 2021年 7 月第 4 版 [6] 宋伯生編著 《 PLC 編程理論、算法及技巧》 . 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 年 7月 [7] 吳作明編著 《 PLC 開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)例詳解》 . 北京航空航天大學(xué)出版社 [8] 程明編著 《微特電機(jī)及系統(tǒng)》 . 中國(guó)電力出版社 2021 年 6 月 [9] 李明編著 《電機(jī)與電力拖動(dòng)》 . 電子工業(yè)出版社出版 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 30 致謝 在本次設(shè)計(jì)中， 機(jī)電學(xué)院的武彩霞 老師給我提供了良好的設(shè)計(jì)條件和細(xì)心的指導(dǎo)。導(dǎo)師前瞻性的科學(xué)思維、寬廣的專業(yè)知識(shí)和兢兢業(yè)業(yè)的工作精神，令我敬佩，使我受益匪淺。在導(dǎo)師的指導(dǎo)和幫助下，我順利地完成了這次設(shè)計(jì)任務(wù)，在此向 武老師致以最誠(chéng)摯的感謝！ 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了，但是，由于自己所學(xué)的知識(shí)有限，在很多方面還不夠全面，我希望在以后的工作和專業(yè)發(fā)展中，導(dǎo)師能繼續(xù)給以指導(dǎo)和幫助。 同時(shí)，在與機(jī)電學(xué)院的王爽同學(xué)一起做實(shí)驗(yàn)時(shí)，早期由 于基礎(chǔ)不扎實(shí)，會(huì)有很多問(wèn)題，王爽同學(xué)都耐心的幫助我，在此表示衷心的感謝。 最后，我要感謝我的父母在這三年中給予我的默默支持，以及母校無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院在這三年中給我提供了舒適的學(xué)習(xí)生活環(huán)境以及濃厚的學(xué)術(shù)氛圍。感謝老師們課堂上激情洋溢的教學(xué)，生活中無(wú)微不至的照顧，也感謝同學(xué)們?nèi)陙?lái)對(duì)我學(xué)習(xí)，生活上的幫助。 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 31 附錄 電氣性能 說(shuō)明 單位 最小值 典型值 最大值 輸出電流 A 2 輸入電源電壓 VDC 12 24 36 控制信號(hào)輸入電流 mA 7 10 16 步進(jìn)脈沖頻率 KHz 100 脈沖低電平時(shí)間 μs 5 表 01 的電氣性能表 電流輸出設(shè)定 輸出峰值電流 （ A） SW1 SW2 SW3 ON ON ON OFF ON ON ON OFF ON OFF OFF ON ON ON OFF OFF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF 表 02 DMD402A 電流輸出設(shè)定表 細(xì)分設(shè)定 步數(shù) /圈 Micro SW5 SW6 SW7 SW8 200 1 ON ON ON ON 400 2 OFF ON ON ON 800 4 ON OFF ON ON 1600 8 OFF OFF ON ON 3200 16 ON ON OFF ON 6400 32 OFF ON OFF ON 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 32 12800 64 ON OFF OFF ON 25600 128 OFF OFF OFF ON 表 03 DMD402A細(xì)分設(shè)定表 輸入信號(hào)接口功能 符號(hào)標(biāo)記 功能 詳細(xì)說(shuō)明 PLS 步進(jìn)脈沖信號(hào) 下降沿有效，每當(dāng)脈沖由高變低時(shí)電機(jī)走 一步。 ≤低電平 ≤,≤高電平 ≤,脈沖寬度 DIR 方向控制信號(hào) 改變電機(jī)方向。 ≤低電平≤,≤高 電平 ≤,脈寬 VCC 輸入信號(hào)光電隔離正端 接 +5V供電電源， +5V～ +24均可驅(qū)動(dòng)，高于 +5V需接限流電阻。 EN 電機(jī)釋放信號(hào) 有效（低電平）時(shí)關(guān)斷電機(jī)線圈電流，驅(qū)動(dòng)停止工作，電機(jī)處于自由狀態(tài)。 表 04 輸入信號(hào)接口功能表