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1、1 课程设计任务与要求1.1 课程设计任务 利用PLC构成三相步进电机控制系统，完成主电路的接线，并编写三拍、六拍、单步和连续控制的程序并调试。 1.2 课程设计要求 当钮子开关拨到单步时，必须每按一次起动，电机才能旋转一个角度；当钮子开关拨到连续时，按一次起动，电机旋转，直到按停止；当钮子开关拨到三拍时，旋转的角度为3度；当钮子开关拨到六拍时，旋转的角度为1.5度；当钮子开关拨到正转时，旋转按顺时针旋转；当钮子开关拨到反转时，旋转按逆时针旋转；当单步要转到连续，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)当连续要单步连续，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)当三拍要转到六拍，可以通过停止也可
2、以直接转换；(通过编程)当六拍要转到三拍，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)当正转要转到反转，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)当反转要转到正转，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)2 步进电机的工作原理及其控制要求 2.1 设计思路 本次设计的是一个三相步进电机控制系统，主要由步进电机及一些其他相关元件设计而成。本设计采用自顶向上的设计思想。先确定了系统的格局，再分模块实现发的方案。首先对步进电机的实际要求进行逻辑抽象，确定这个系统的输入与输出，输入有启动与停止、单步与连续、三拍与六拍、正转与反转，输出有A、B、C三相。可以通过开关来控制系统的启/停工作，当系统运转时，用开关
3、来控制方向，并使相应的指示灯亮起，同样由开关来选择工作模式。最后根据思路所设计出来的硬件图设计相适应的软件。2.2 控制系统的工作原理2.2.1 步进电机的工作原理步进电机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转换成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。每输入一个脉冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。步进电机分为转子和定子两部分。定子是由硅钢片叠成，定子上有六个磁极（大极），每两个相对的磁极（N、S极
4、）组成一对。共有3对。每对磁极都绕有同一绕组，也即形成1相，这样三对磁极有3个绕组，形成三相。可以得出，三相步进电机有3对磁极、3相绕组；四相步进电机有4对磁极、四相绕组，依此类推。反应式步进电动机的动力来自于电磁力。在电磁力的作用下，转子被强行推动到最大磁导率（或者最小磁阻）的位置，如图2-1所示，定子小齿与转子小齿对齐的位置，并处于平衡状态。对三相异步电动机来说，当某一相的磁极处于最大导磁位置时，另外两相相必处于非最大导磁位置，即定子小齿与转子小齿不对齐的位置。把定子小齿与转子小齿对齐的状态称为对齿，把定子小齿与转子小齿不对齐的状态称为错齿。错齿的存在是步进电机能够旋转的前提条件，所以，在
5、步进电机的结构中必须保证有错齿的存在，也就是说，当某一相处于对齿状态时，其它绕组必须处于错齿状态。模块中用到的45BC340型步进电机为三相反应式步进电机，下面介绍它单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。图2-1 反应式步进电动机的结构示意图2.2.2 单三拍通电方式的基本原理设A相首先通电（B、C两相不通电），产生A-A轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。这时A、A极就成为电磁铁的N、S极。在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A极的位置（图2a）；接着B相通电（A、C两相不通电），转了便顺时针方向转过30，它的齿和C、C极对齐（图2c）。不难理解
6、，当脉冲信号一个一个发来时，如果按ACBA的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。图2-2 单三拍通电方式时转子的位置2.2.3 六拍通电方式的基本原理如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，此时齿3与C偏移为1/3，齿4与A偏移（-1/3）=2/3。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，此时齿4与A偏移为1/3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这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（
7、即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，这样，如果按AA、BBB、CCC、AA的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角15。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。如果按AA、CCC、BBB、AA的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六拍方式。a.A相通电 b.A、B相通电 c.B相通电 d.B、C相通电图2-3 六拍通电时转子的位置2.3 设计方法由于程序实现的功能比较多，为了能够更清晰的体现设计思路，编写合理规范的程序；同时也是为了更好的综合三部分模块的功能，提高程序的执行效率，所以一般先画出主程序的流程图，然后在主程序的流程图结构的指导
8、下完成三部分功能的转换，这种设计方法充分体现了自顶向上和模块化的设计思想，使得编写的程序在以后的修改和调试过程中显得比较容易。2.4 设计流程3 系统的I/O分配表及程序的详细说明 3.1 步进电机I/O分配表 表3-1 I/O分配表 输入点 输出点X0启动Y0控制A相X1停止Y1 控制B相X2正转Y2控制C相X3反转X4三拍X5六拍X6连续X7 单步3.2 I/O端子接线图图3-1 I/O端子接线图3.3 控制梯形图图3-2 控制梯形图3.4 语句表表3-2语句表4 实验问题及解决方案 在本次课设实验中我们遇到两大问题，有很多原因会引起调试运行的失败，分为硬件问题和软件问题。比如硬件方面的线
9、路连接错误，线路接法的不同也会导致实验结果不理想，诸如把三拍、六拍和单步、连续的接线接错了。软件方面可能由于软件版本的不同造成编写的PLC语句表不能转换或者运行的结果不佳。我们这次课设中对于计数器T（05）的设置K由K20改为K10、K2、K5，最终选择K2，单步运行时不会出现抖动，实验结果最理想心得体会为期两周的课程设计让我收获颇多，本次课设以小组为形式，我们小组有六名成员，在两周的共同努力下完成了任务。本次课程设计的内容是步进电机的三拍、六拍，单步、连续和正反转控制程序的设计与调试，针对现在的PLC技术，实现一些设计。我们还应该加强PLC语句的练习，要能够运用自如,此外还应掌握PLC的外部
10、接线方法。我觉得课程设计是培养学生运用所学知识、发现、分析和解决问题，锻炼实践能力的重要环节。本次课设过程中让我明白，PLC并不仅仅只是狭隘的一项编程技术，它是一门独立的专业学科， PLC可以广义的认为是一台背嵌入操作系统的高可靠性PC机。首先需要精深PLC本身的编程语言梯形图、语句表语言。平时课堂上梅老师给我们讲解了PLC的基础知识，使得我们有良好的基础读懂程序，了解一个程序所能实现的功能和应用。但是像课程设计这种把三部分内容综合起来写成一个完整的控制程序就需要我们查找资料，需要我们组员之间相互分工，把零散的内容整合起来，就能完成课设的要求。课设过程中也让我知道做事要细心、认真，几百条的语句
11、只要有一点错误就会运行失败，有时候即使看起来是正确的，也要经过多次修改才能达到理想的实验结果，比如计数器的时间设定到底多长时间较为合适，比如哪些语句可以省略，哪些必须加进去。接线时也是如此，必须一一对应，不可大意。本次课程设计是为了检验我们PLC相关知识的学习状况和熟悉程度，提升了我们对所学知识能综合运用和综观思考的能力，培养了我们的团队精神以及编写程序的能力。参考文献1 马小军.可编程控制器及其应用.南京：东南大学出版社，2007.2 姚锡禄.变频器技术应用.北京：电子工业出版社，2009.3 巫莉.电气控制与PLC应用.北京：中国电力出版社，2008.4 王兆义.小型可编程控制器实用技术.北京：机械工业出版社，2013.5 史国生.电气控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，2010.6 廖常初.FX系列PLC编程及应用.北京：机械工业出版社，2009.7 李朝青.单片机及其接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，2005.8 宋伯生.PLC编程理论、算法及技巧.北京：机械工业出版,2005.16