基于PLC的步进电机加减速运行设计
基于PLC的步进电机控制 (课程设计)
本文介绍了本实验旨在完成使用PLC（Programmable Logic Controller）控制步进电机的整步运行、正反转运行、快慢速运行以及定位运行。
文中指出本次使用的编程思想主要为模块化设计即为完成任务可对程序划分为主程序及子程序。
由于步进电机需要脉冲来运行，所以本程序使用PTO高速脉冲输出脉冲。
在定位程序中则应用到中断子程序命令。
另外，本文为更好的阐述实验内容，加入了与之前完全不同的方式的对比实验。
在对比试验中则应用计时器来完成步进电机的脉冲产生，另步进电机的各种功能则使用了一般的设计方式来实现。
二者完成完全相同的功能。
关键词：PLC 步进电机 PTO高速脉冲1 实验内容 (1)1.1实验任务 (1)1.2实验要求 (1)2 实验设备 (2)2.1步进电机简介 (2)2.2 PLC简介 (2)3 设计过程 (3)3.1设计思想 (3)3.2程序设计 (4)4 对比实验 (12)4.1对比程序思想 (12)4.2对比程序 (14)谢辞 (15)参考文献 (16)1实验内容1.1实验任务本次实验要求改变PLC脉冲输出信号的频率，实现步进电机的速度控制。
同时按下K1、K2、K3按钮，步进电机进行整步运行。
按下慢/快按钮，电机慢/快速运行。
用PLC 输出脉冲的个数，实现步进电机的精确定位。
在整步运行状态下，设脉冲数为一固定值，并用计数器进行计数，实现电机的精确定位控制。
按下停止按钮，系统停止工作。
1.2实验要求本设计要求使用步进电机。
选用的步进电机为二项混合式，供电电压24VDC，功率30W，电流1.7A，转矩0.35NM，步矩角1.8º/0.9º,并配有细分驱动器，实现细分运行，减少震荡。
本设计要求选用PLC设计出输出频率可变的控制程序，实现对步进电机的速度、方向、定位、细分等控制功能。
本设计旨在培养综合设计能力、创新能力、分析问题与解决问题的能力。
掌握PLC 控制的步进电机控制系统的构成及设计方法；掌握PLC控制程序设计、调试的方法。
基于西门子S7_200PLC控制步进电机的设计及应用
工程技术 Project technique基于西门子S7-200PL C 控制步进电机的设计及应用徐 智 杜逸鸣 熊田忠 孙承志(三江学院电气系 210012)【摘 要】PLC 控制步进电机在许多工业控制中应用广泛,本文介绍了PL C (Programmable Logic Cont roller )通过发送脉冲和方向信号给步进电机的驱动器,由驱动器来控制步进电机工作的原理。
本设计采用PL C 和大功率晶体管实现步进电机的驱动和控制,结构简单,可靠性高,成本低,实用性强,具有较高的通用性和应用推广价值。
【关键词】步进电机;PLC ;驱动器1 引言PL C 是广泛应用于工业自动化领域的控制器,PL C 及其有关的设备,都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则而设计。
现在,PL C 功能得到了很大的扩充和完善,比如为了配合步进电机的控制,许多PL C 都内置了脉冲输出功能,并设置了相应的控制指令,可以很好地对步进电机进行控制,实现和其它设备的通信等。
本文用SIEM ENS 公司CPU226晶体管输出型PL C 控制步进电机。
2 步进电机的控制方法步进电机控制方法框图如图1所示。
控制方案是通过上位机设定参数,利用S7-200PL C 的高速脉冲输出功能输出脉冲信号,送给大功率管组成的驱动电路,经过驱动器去控制步进电机实现位置控制。
其中本文中的PL C 为西门子公司的CPU226DC/DC/DC 、驱动器为某公司的SH -20403两相混合式步进电机细分驱动器、步进电机为42B YG 250B 型,步距角1.8°。
本文的控制过程为某运料小车在A —B 两地之间运行(如图2所示),装料及卸料,要求定位准确,运行平稳。
3 PL C 对步进电机的速度控制及定位步进电机在启动和停止时有一个加速及减速过程,且加速度越小则冲击越小,动作越平稳。
所以,步进电机工作时一般要经历这样—个变化过程:加速→恒速(高速)→减速→恒速(低速)→停止。
基于PLC的步进电机加减速运行设计
基于PLC的步进电机加减速运行设计摘要：步进电机属于一种把电脉冲转换成为角位移形式的电子器件，其能够通过控制脉冲的个数来相应地控制角位移量，进而可以达到有效的准确定位目的，同时控制脉冲频率可以对电机转动的速度与加速度参数进行有效的控制，从而可以达到加减速的控制目的。
关键词：步进电机；PLC；加减速1.引言步进电机在数字控制系统当中属于一种执行功能的电动机，其可以有效地改变输入脉冲的个数从而相应地控制步进电动机转子机械位移参数的大小变化，通过改变输入脉冲相应的通电相序，可以有效地控制步进电动机转子机械位移变化量的方向，有利于达到方向位置的控制目的。
目前阶段在世界范围内主要的PLC 厂家所生产制造的PLC都具有专门形式的步进电机控制指令，能够非常方便地与步进电机搭建成有效的运动控制系统。
PLC需要与步进电机配合达到特定的运动控制目标，同时需要在PLC内部实行一系列的设置或者编写一定功能的控制程序[1]。
2.硬件的设计2.1.PLC的选取本文的设计研究中PLC需要与步进电机配合达到特定的运动控制目的，在PLC系统内部进行一定的设置并且编写一定功能的控制程序。
由于步进电机的控制需要使用高速脉冲进行控制，因此PLC应当是可以输出高速脉冲的晶体管输出形式，然而不能够使用继电器输出形式的PLC对步进电机进行控制，因为这种设计对于PLC系统的要求并不会显得太高，输入/输出点所需要使用的并不多，控制程序量较少，因此选择西门子S7-200CPU226型号的PLC就能够满足具体的要求。
西门子S7系列的PLC具有体积小、速度高与标准化等优点，具备网络通信能力，可靠性较高[2]。
2.2.步进电机的选取在选取步进电动机时需要考虑的主要是步进电动机的型号，根据实际的系统要求，需要确定步进电动机相应的电压值、电流值与有无定位转矩以及使用螺栓机构的具体定位装置，进而就能够更好地确定步进电动机的相数与拍数，本文的设计所选取的步进电机是57BYG250C型号，其具体的数据参数如表1所示。
基于S7-200PLC步进电机调速控制(含全套CAD图纸)
基于S7-200PLC步进电机调速控制（含全套CAD图纸）设计毕业任务书论文一、题目及专题:1、题目基于S7-200PLC步进电机调速控制—步进驱动控制系统设计2、专题二、课题来源及选题依据本课题是设计基于S7-200PLC步进电机调速控制。
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器～用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令～并能通过数字式或模拟式的输入和输出～控制各种类型的机械或生产过程。
随着计算机技术的发展～可编程逻辑控制器的功能不断扩展和完善～其功能远远超出了逻辑控制的范围～具有了PID、A/D、D/A、算术运算、数字量智能控制、监控、通信联网等多方面的功能～它已变成了实际意义上的一种工业控制计算机。
PLC作为简单化的计算机～以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点～在全世界广泛应用～为生产生活带来巨大效益方便。
三、本设计(论文或其他)应达到的要求:1、掌握步进电机的原理及其驱动方法。
2、掌握西门子S7-200 PLC的原理与程序设计方法。
3、掌握步进电机的电气控制试验系统的工作原理。
4、基于该系统设计S7-200 PLC程序。
四、接受任务学生:机械93 班姓名肖超五、开始及完成日期:自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计(论文)指导(或顾问): 指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长〔〕签名研究所所长系主任签名2012年11月12日摘要步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点,所以常用作工业过程控制及仪器仪表，使用PLC可编程控制器实现步进电动机驱动，可使步进电动机的抗干扰能力强，可靠性高，同时，由于实现了模块化结构，是系统结构十分灵活，而且编程语言简短易学，便于掌握，可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。
本设计是利用PLC做进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现对步进电机正,反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。
基于PLC的步进电机调速和正反转控制系统
高 的力 矩转 动惯 量 比 ，步 进频 率较 高 ，频 率 响应快 ，不 通 电时 可 以 时始 终有 一相 通 电 ，可 以使 工作 稳定 ，不 易失 步 。其步 距 角和单 三
自由转 动 、结构简 单 、寿命 长 的特点 。
拍相 同 ，步距 角 系数ｃ＝１。
反 应式 步进 电动机 的工作 原理 从 图１ａ中可 以看 出 ，在 定子 上有
运 动 主 要完 成 切 削任 务 ，其 动 力约 占整 台机 床 动 力 的７０～８０％ 。
齿 距 角 ：转 子上 齿 距在 空 间 的角 度 。如转 子 上 有Ｎ个 齿 ，齿 距
基本是 步 进 电动机 和伺 服 电机 对主轴 的 正 、反转 和停 止 控制拖 动 ， 角 ０＝３６０ Ⅳ。
商 业 科 技
基于ＰＬＣ的步进 电机调速和正 反 转 控 制 系 统
＿ 赵俊生 江苏财经职业技术学院
『摘 要 ］本文 阐述 三 相 步进 电动 机 结构 与 步进 过程 原理 ，以
及 对 步进 电动 机 的调 速和 正 反转 研 究 ，采 用ＰＬＣ基本 逻 辑指 令和 常
用指令 的 方 法对步 进 电动机 的调 速 和正 反 转控 制 ，经过 对步进 电机
动速 度和 轨迹 ，对 被控 制 的对 象进 行 自动操 作 的一种 技术 。从 数 控
拍 数 ：电动 机定 子绕 组 每改 变一 次通 电方式 称 为一 拍。
机 床 最终 要完 成 的任务 看 ，主 要有 主轴 运动 。 和普通 车 床一 样 。主
步 距 角 ：转 子经 过一 拍 转过 的空 间角 度 用符号 ａ表 示。
械 角位移 ，并 由传 动丝 杠带 动 工作 台移 动 。由 于该 系统 中 为位 置 和 所 需 的拍 数为 工作 拍数 。 对Ａ、Ｂ、Ｃ三相 轮流 通 电一次 称 为一个 通
PLC控制步进电机加减速运行的设计
-18-/2011.10/PLC控制步进电机加减速运行的设计沈阳航空职业技术学院 徐 宁 张博舒 张连华 李 虹【摘要】步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
本文以PLC高级指令中的PTO（脉冲串操作）/PWM（脉宽调制）发生器功能指令为例，对给出的步进电机加速起动、恒速运行和减速过程进行了全面的设计。
【关键词】步进电机；脉冲；PLC；加减速Abstract ：Stepper motor is an actuator that transform the electrical pulse into the angular displacement.It can control the angular displacement by change the number of pulse.It can also control the rotation speed and acceleration by change the frequency of pulse to achieve the purpose of speed.In this paper ，use advanced PLC instructions including PTO （Pulse Train Operation ）/PWM （Pulse Width Modulation ）generator function instruction as an example ，comprehensive design the stepper motor speed up starting ，constant speed operation and deceleration process.Key words ：Stepper motor ；pulse ；PLC ；accelerate and decelerate步进电机是数字控制系统中的执行电动机，改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机转子机械位移的方向，实现位置的控制[1]。
基于PLC系统下的步进电机的控制毕业设计论文
基于PLC的步进电机的控制摘要：小型PLC在编程，I/O扩展，通讯接口，开关量和模拟量的调节以及一些特殊功能模块如高速计数输入和脉冲输出的应用上已经基本满足用户的需求了。
但随着应用需求及关联产品技术性能的提升，PLC将继续得已完善和发展。
本文主要论述了步进电机的原理及驱动方法，并在S7-200 PLC的基础上，对步进电机进行控制。
本设计选用PLC控制两相混合式步进电机，在PLC编程的基础上用按钮开关控制步进电机的启动、正转、反转等基本功能。
关键词：S7-200 PLC 两相混合式步进电机PLC编程Control of stepping motor based on PLCAbstract: In the field of programming, I/O expansion, Communication interface, adjustments of switches and simulation and some special function modules such as the application of high speed pulse input and output, the PLC has already met demands of users. But the PLC will continue to improve and develop, as the development of application requirements and related technical performance.This article chiefly discusses the principle and driven approach of the stepping motor, and how to control it based on the S7-200 PLC. The article is about how the PLC controlling the two-phase hybrid stepping motor. With the switch button, it can function as: start,positive rotation，inversion.Key words: S7-200 PLC two-phase hybrid stepping motor PLC programming目录第一章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 S7-200PLC国内外现状和发展趋势 (2)1.3 论文的主要研究工作 (3)第二章西门子 S7-200 PLC (4)2.1 PLC的产生 (4)2.2 PLC的特点 (4)2.2.1 编程方法简单易学 (4)2.2.2 硬件配套齐全，用户使用方便 (5)2.2.3 通用性强，适应性强 (5)2.2.4 可靠性高，抗干扰能力强 (5)2.2.5 系统的设计、安装、调试工作量少 (5)2.2.6 维修工作量小，维修方便 (5)2.2.7 体积小，能耗低 (5)2.3 PLC的系统构成 (6)2.3.1 主机 (6)2.3.2 I/O扩展机 (6)2.3.3 外部设备 (7)2.4高速脉冲输出功能 (7)2.4.1用于脉冲输出（Q0.0或Q0.1）的特殊存储器 (7)2.4.2 PTO的使用 (9)2.5 PLC的选择 (10)2.5.1 CPU224 (10)2.5.2 工作方式 (10)2.5.3 扫描周期 (11)2.5.4 性能简介及特点 (11)2.6 PLC技术在步进电机控制中的应用 (12)第三章步进电机 (14)3.1 步进电机的特点 (14)3.2 步进电机的基本参数 (15)3.3 步进电机的工作原理及分类 (15)3.3.1 步进电机的工作原理 (16)3.3.2 步进电机的分类 (16)3.3.3 步进电机在工业中的应用 (17)第四章S7-200 PLC控制步进电机设计 (18)4.1 步进电机的选择 (18)4.2 步进电机驱动电路设计 (19)4.2.1 驱动器的选择 (19)4.2.2 步进电机驱动技术 (19)4.2.3 驱动器参数设置 (22)4.3 PLC控制步进电机 (22)4.3.1接线实物图 (23)4.3.2 控制电机方向转动 (24)4.4 程序调试 (25)第五章论文总结 (28)参考文献 (29)致谢 (30)附录 (31)第一章绪论1.1 概述可编程控制器(简称PLC) 是一种数字运算操作的电子系统，是在20 世纪60 年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。
plc项目5.3【plc-步进电机快慢控制】ppt课件
上
14
下
项目5.3
步进电机
●预备知识 ●工序要求 ●原理分析 ·关键点提醒 ●实操演示 ●实操任务单 ·实况点评 ●接线图 ●接线解剖图 ·接线回路 ●梯形图+表 ●程序录入 ●程序下传 ●故障1图解 ·第5章链接
Plc移位指令例
●步进电机梯形图程序的录入步骤
FXGP“梯形图”编程界面 文件 编辑 工具 视图 X1 基 母 线
程序
快/慢 K2 X2 态1 0 Y3
通
E
F
COM1 注：Y3[1态]→D相[通电]
(+)24V(-)
近
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项目5.3
步进电机
●预备知识 ●工序要求 ●原理分析 ·关键点提醒 ●实操演示 ●实操任务单 ·实况点评 ●接线图 ●接线解剖图 ·接线回路 ●梯形图+表 ●程序录入 ●程序下传 ●故障1图解 ·第5章链接
Plc移位指令例
㈣PLC-步进电机实操步骤及演示
■接线、编程
1◇断电接线 .接线图 2◇编程 .梯形图 .接线回路 .下传演示 电脑
——断开电源开关，按照接线图，接好设备连线
实训器材 演示面板
.录入演示
——将梯形图程序，录入计算机，然后写到PLC
■调试(及故障分析)
.工序图
PLC台
1◇查验： PLC开机[RUN档]， P1[按一下]，步进电机[启动正转]？ .故障1 图解分析 2◇查验：K2[合上]→电机[进2步/秒]，K2[断开]→电机[进1步/秒]？ 否：程序[错]
11
下
5.3
● 接 线 回 路
( 1 ) 含 故 障 图 解
返
A A 步进电机 相 E C 相 C
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基于PLC的步进电机加减速运行设计
摘要：步进电机属于一种把电脉冲转换成为角位移形式的电子器件，其能够通过控制脉冲的个数来相应地控制角位移量，进而可以达到有效的准确定位目的，同时控制脉冲频率可以对电机转动的速度与加速度参数进行有效的控制，从而可以达到加减速的控制目的。
关键词：步进电机；PLC；加减速
1.引言
步进电机在数字控制系统当中属于一种执行功能的电动机，其可以有效地改变输入脉冲的个数从而相应地控制步进电动机转子机械位移参数的大小变化，通过改变输入脉冲相应的通电相序，可以有效地控制步进电动机转子机械位移变化量的方向，有利于达到方向位置的控制目的。
目前阶段在世界范围内主要的PLC 厂家所生产制造的PLC都具有专门形式的步进电机控制指令，能够非常方便地与步进电机搭建成有效的运动控制系统。
PLC需要与步进电机配合达到特定的运动控制目标，同时需要在PLC内部实行一系列的设置或者编写一定功能的控制程序[1]。
2.硬件的设计
2.1.PLC的选取
本文的设计研究中PLC需要与步进电机配合达到特定的运动控制目的，在PLC系统内部进行一定的设置并且编写一定功能的控制程序。
由于步进电机的控制需要使用高速脉冲进行控制，因此PLC应当是可以输出高速脉冲的晶体管输出形式，然而不能够使用继电器输出形式的PLC对步进电机进行控制，因为这种设计对于PLC系统的要求并不会显得太高，输入/输出点所需要使用的并不多，控制程序量较少，因此选择西门子S7-200CPU226型号的PLC就能够满足具体的要求。
西门子S7系列的PLC具有体积小、速度高与标准化等优点，具备网络通信能力，可靠性较高[2]。
2.2.步进电机的选取
在选取步进电动机时需要考虑的主要是步进电动机的型号，根据实际的系统要求，需要确定步进电动机相应的电压值、电流值与有无定位转矩以及使用螺栓机构的具体定位装置，进而就能够更好地确定步进电动机的相数与拍数，本文的设计所选取的步进电机是57BYG250C型号，其具体的数据参数如表1所示。
表1 57BYG250C型步进电机的数据参数
型号相数相电流步距角保持转矩空载启动频率
57BYG250C 2 1.5A 1.8°1.0N·m 2kpps
2.3.步进电机驱动器的选取
步进电机的运行需要通过一个电子装置达到驱动目的，这种电子装置即为步进电机驱动器，其能够将控制系统所发出的脉冲信号转换成为步进电机相对应的角位移参数，或者可以描述为当控制系统每一次发出一个脉冲信号，通过驱动器的作用能够使步进电机相应地旋转一步距角，因此步进电机的转速和脉冲信号的频率是呈正比的关系。
通常情况下，对于两相四线类型的电机，能够直接与驱动器进行相连接，以两相混合式步进电动机驱动器作为例子，这主要是由电源输入部分、信号输入部分与输出部分所构成。
各种型号驱动器的输入信号都是相同的，总共有三路具体信号，分别为步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR与脱机信号FREE。
脱机信号FREE属于低电平有效，此时电机会处在无力矩状态。
如果FREE端处于高电平或者悬空不接的状态时，电机仍然维持正常运行的状态。
步进电机驱动器相应的具体电气技术数据如表2所示。
表2 步进电机驱动器的电气技术数据
驱动器型号相数类别细分数最大相电流工作电流
SH-2H057 2/4 混合式二相八拍 3.0A DC（24V-40V）
3.控制功能设计
手动模式可以控制步进电机的具体运行，通过PLC操作程序能够从外部输入具体的脉冲数值，而且可以有效地实现正反转的运行目的。
系统运行所经过的路线根据相应的包络控制电机运行，在包络之中数值分析运行的脉冲总数是1000个脉冲，相应的起动频率是500Hz，最大脉冲频率是1000Hz，这要求PLC 控制系统中的高级指令PTO发生器应当包含三段管线，因为在包络之中的数值是使用周期而并非使用频率具体表示的，需要把频率数值转变成为周期数值[3]。
初始周期是2000μs，最高频率的周期是1000μs，然而对于第一段包络线而言，脉冲发生器调整脉冲周期相应的增量值为：
周期的增量值=（ECT-ICT）/Q
=（1000-2000）/110
=-9μs/周期
在上式中的ETC、ICT与Q分别表示这段最高频率的周期、初始周期与脉
冲数这三个参数。
从以上的计算过程可得到给定了的初始频率、运行频率与行程。
根据具体的公式能够计算出频率上升相应的斜率，基于这种原则，在操作子程序中设置外部给定的三个具体变量，分别为初始频率、运行频率与脉冲数，从而可以计算出各段相应的运行脉冲数，根据这原理可以达到对控制程序的设计目的。
4.PLC程序设计
PLC的I/O分配表如表3所示。
表3 系统的I/O分配表
PLC端实验板端注释
I0.0 SW0 停止
I0.1 SW1 启动
I0.2 SW2 加脉冲数
I0.3 SW3 减脉冲数
PLC端电机驱动器端注释
Q0.0 脉冲（CP）P LC输出脉冲
Q0.2 方向（DIR）电机运行方向控制
4.1.主程序
主程序在整个程序中属于支架部分，同时改变三个变量参数值的相应位置。
设置网络1作为停止程序，由于停止指令的优先等级比较高，因此把停止指令设置在网络1。
设置网络2作为启动指令，即是脉冲相应的计算输出。
设置网络3与4分别为脉冲数的加、减指令，每次进行加、减的数值则为步进电机相应的行程。
设置网络5为数据类型的转换操作，可以为后续计算继续使用。
另外包含了2个调用子程序，即为脉冲相应的计算输出程序与停止程序。
如果触点I0.2每进行一次闭合时，脉冲个数相应的设定值需要从0开始逐渐增加到1000，如果触点I0.3每进行一次闭合时，脉冲个数相应的设定值会从当前值减少到1000。
如果触点I0.1闭合时，则会调用脉冲相应的计算输出程序，启动3段包络线从而控制电机运行。
如果触点I0.0闭合，则会调用停止程序，进行电机的停止操作，对于控制系统达到复位目的。
4.2.脉冲的计算输出程序
脉冲相应的计算输出程序属于其中的一个子程序，其是根据具体的公式计算
出的周期增量值，与主程序当中的三个变量，分别为初始频率、运行频率与脉冲数，再根据公式计算出三段包络线所需要使用的数据。
最后需要进行输出脉冲，从而可以驱动步进电机运行。
4.3.停止程序
停止程序的功能是停止步进电机的运行状态，把SMB67的参数设置为0，即为不启动脉冲输出，把步进电机相应的当前值VD1200与VD10进行清零处理。
5.结束语
通过本文的研究设计，从步进电机、步进电机驱动器与总体控制功能等方面着手分析，在硬件系统上对于PLC、步进电机与步进电机驱动器进行型号的合适选取，最后设置编制出PLC控制程序通过PLC所发出高速脉冲实现对步进电机进行加减速控制的目的。
参考文献
[1] 胡幸鸣.电机及拖动基础[M].北京：机械工业出版社，2008.
[2] 徐国林.PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3] 王侃夫.数控机床控制技术与系统[M].北京：机械工业出版社，2009.。