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（优秀毕业全套设计）基于S7200PLC步进电机调速控制步进驱动控制系统设计（整套下载）

递信号，使外部电路与之间无电路联系，有效地抑制了外部干扰源对的影响，同时，还可防止外部高电压窜入模块。滤波是抗干扰的另主要措施，在的模块和电源电路中，设置了多种滤波电路，对高频干扰信号有很好的抑制作用。软件方面，设置故障检测与诊断程序。釆用以上抗干扰措施后，般无故障平均时间可达到万〜万小时。编程方法简单，容易掌握。配备有易于掌握和接受的梯形图语言。该语言编程表达方式和元件的符号与继电器控制电路原理图相当接近。控制系统的设计安装调试和维修方便。用软件功能取代了继电器控制系统中大量的计数器等部件时间继电器中间继电器，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。的用户程序大都可以在实验室模拟调试，调试好后再将控制系统安装到生产现场，进行联机统调。在维修方面，的故障率很低，且有完善的诊断和实现功能，旦外部的输入装置和执行机构发生故障，就可根据上发光二极管或编程器上提供的信息，快速查明原因。若是本身问题，则可更换模块，快速排除故障，维修极为方便。质量小体积小功耗低，由于是将微电子技术应用于工业控制设备的新型产品，因而结构紧凑，坚固，体积小，质量小，功耗低，而且具有很好的抗震性和适应环境温度湿度变化的能力。因此，很容易装入机械设备内部，是实现机电体化较理想的控制设备。控制系统既具有较高的控制精度，良好的控制性能，又能稳定可靠地工作。.技术在步进电机控制中的应用随计算着微电子技术发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制顺序控制的范围。继续沿着小型化的方向发展。随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小。对电动机进行综合设计。即把转子位置传感器，减速齿轮等和电动机本体综合设计在起，这样使其能方便地组成个闭环系统，因而具有更加优越的控制性。向五相和三相电动机方向发展，目前广泛应用的二相和四相电动机，其振动和噪声较大，而五相和三相电动机具有优势性。而就这两种电动机而言，五相电动机的驱动电路比三相电动机复杂，因此三相电动机系统的性能价格比要比五相电动机更好些。目前利用可编程序控制器即技术可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作，它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电体化的实现。用对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，现对步进电机的控制。步进电机是种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件，每当对其施加个电脉冲时，其输出轴便转过个固定的角度。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数即脉冲频率成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的频率数量及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的速度输出位移量和转向。直接控制步进电机系统由和步进电机组成，具有实时刷新技术，输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分配能有很高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。并且，有采用大功率晶体管的输出端口，能够满足步进电机各相绕组数级脉冲电压级脉冲电流的驱动要求。控制步进电机工作方式的选择.常见的步进电机的工作方式常见的步进电机的工作方式有以下三种.三相单三拍图.三相单三拍工作方式时序图.三相双三拍图.三相双三拍工作方式时序图.三相六拍图.三相六拍工作方式时序图.步进电机控制原理控制步进电机换向顺序通电换向这过程称为脉冲分配。例如三相步进电机的三相三拍工作方式，其各相通电顺序为，通电控制脉冲必须严格按照这顺序分别控制相的通断。控制步进电机的转向如果给定工作方式正序通电换相，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。控制步进电机的速度每次给步进电机发个控制脉冲，它就转动步。两个脉冲的间隔时间越短，步进电机就转动得越快。调节发出的脉冲频率，就能对步进电机进行调速控制。.控制步进电机的方法在本设计中使用控制步进电机，可使用产生控制步进电机所需要的各种时序的脉冲。三相步进电机可采用三种工作方式三相单三拍，三相双三拍，三相单六拍。这三种方式的主要区别是电机绕组的通电放电时间不同。工作方式是单三拍时通电时间最短，双三拍时允许放电时间最短，六拍时通电时间和放电时间最长。因此，同脉冲频率时，六拍的工作方式出力最大。而且，电机是三拍的工作方式时，其分辨率为度，六拍的工作方式时，分辨率是.度。所以，在本课题中，我们采用三相六拍的工作方式，在这种控制方式下工作，步进电机的运行特性好，步进电机分辨率最高。三相六拍步进电机是典型径向分相单定子反应式伺服电机。其结构原理图与普通电机样,分为转子和定子两个部分,其中定子又可分为定子绕组和定子铁芯。定子铁芯由电工钢片叠压而成。定子绕组绕制在定子铁芯上,六个均匀分布齿上的线圈,在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在起,构成相控制绕组。三相步进电机可构成三相控制绕组,若任相绕组通电,便形成组定子磁极。在定子的每个磁极上,即定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿,齿槽等宽,齿间夹角为,转子上没有绕组,只有均匀分布的个小齿,齿槽也是等宽的,齿间夹角也是,与磁极上的小齿致。此外,三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开齿距,。当相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时,相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮齿距角,相磁极齿超前或滞后转子齿齿距角。三相六拍步进电机的工作原理当相绕组通电时,转子的齿与定子上的齿对齐。若相断电,相通电,由于磁力的作用,转子的齿与定子上的齿对齐,转子沿顺时针方向转过,如果控制线路不停地按的循环顺序控制步进电机绕组的通电断电,步进电机的转子便不停地顺时针转动,这是三相三拍工作原理。而当同时通电时,由于两个磁力的作用,定子绕组的通电状态每改变次,转子转过.，原理与三相三拍相同,从而形成三相六拍,其通电顺序为正转反转可根据步进电机的工作方式，以及所要求的频率步进电机的速度，画出各相的时序图。并使用产生各种时序的脉冲。例如本设计采用西门子控制三相步进电机的过程。图.三相单六拍正向时序图.控制步进电机的设计思路典型的步进电机控制系统如图.所示图.典型的步进电机控制系统步进电动机是种将数字脉冲信号转换成线位移或者角位移的数模转换元件。在经历了个大的发展阶段后，日前其发展趋向平缓。然而，其基本原理是不变的，即是种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件，每当对其施加个电脉冲时，其输出转过个固定的角度。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的脉冲顺序有关。所以只要控制指令脉冲的数量频率及电机绕组通电的顺序，便可控制步进电机的输出位移量速度和转向。步进电机的机理是基于最基本的电磁铁作用，可简单地定义为，根据输人的脉冲信号，每改变次励磁状态就前进定角度或长度，若不改变励磁状态则保持定位置而静止的电动机从广义上讲，步进电动机是种受电脉冲信号控制的无刷式直流电机，也可看作是在定频率范围内转速与控制脉冲频率同步的同步电动机。步进电机的控制和驱动方法很多，按照使用的控制装置来分可以分为普通集成工业控制机控制电路控制可编程控制器控制单片机控制等几种按照控制结构可分为硬脉冲生成器硬脉冲分配结构硬硬结构软脉冲生成器软脉冲分配器结构软软结构软脉冲生成器硬脉冲分配器结构软硬结构。硬硬结构如图.所示，这种步进电机的控制驱动系统由硬件电路脉冲生成器硬件电路脉冲分配器驱动器组成。这种控制驱动方式运行速度比较快，但是功能单，电路复杂。软软结构如图.所示，这种步进电机的控制驱动系统由软件程序脉冲生成器软件程序脉冲分配器驱动器组成，而软件脉冲生成器和脉冲分配器都有微处理器或微控制器通过编程实现。用工业控制机单片机可编程序控制器控制步进电机普通个人计算机般均可采用这种结构。这种控制驱动方法电路结构简单可以实现复杂的功能，但是占用时间多，给微处理器运行其他工作造成困难。软硬结构如图.所示，这种步进电机的控制驱动系统由软件脉冲生成器硬件脉冲分配器和硬件驱动器组成。硬件脉冲分配器是通过脉冲分配器芯片来实现通电换相控制的。这种控制驱动方法电路结构简单可以实现复杂的功能，同时占用时间较少，用可编程控制器全部实现了驱动器和控制器的功能。在中，由软件代替了脉冲生成器和脉冲分配器，直接对步进电机进行并行控制，并且由输出端口直接驱动步进电机。如图.所示，这是种软软结构，脉冲生成器和脉冲分配器均有可编程序控制器程序实现。图.硬硬结构控制图.软软结构控制图.软硬结构控制控制步进电机硬件设计步进电机的控制和驱动方法很多，按照使用的控制装置来分可以分为普通集成电路控制单片机控制工业控制机控制可编程控制器控制等几种。本设计选用西门子通过控制驱动器来控制步进电机。.的介绍是德国西门子公司生产的种小型整体式，其许多功能可达到大中型的水平，而价格却与小型的样，因此，它经推出，就受到了广泛的关注。在年以前，西门子在中国市场的产品主要是大中型，日本的小型占据了中国大部分的市场份额。在推出后，这种情况得到了明显的改善，最近几年来的小型市场上成为了主流产品。西门子最早的小型产品是在上世纪末推出的系列的，但很快就被系列的产品所取代了。由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。现在最新版的系列是在年推出的，它的主要特点是较高的可靠性丰富的指令集丰富的内置集成功能实时特性强和强大的通信能力。从模块的功能来看，系列小型发展至今，大致经历了两代第代产品，其模块为，主机都可进行扩展，它具有四种不同配置的单元和，本书不介绍该产品。第二代产品，其模块为，主机都可进行扩展，它具有五种不同配置的单元和和，除之外，其它都可加扩展模块，是目前小型的主流产品。本书将介绍系列产品。对于每个型号，西门子厂家都提供有产品货号，根据产品货号可以购买到指定类型的。系列具有不同的技术性能，使用于不同要求的控制系统用户程序和数据存储容量较小，有定的高速计数处理能力，适合用于点数少的控制系统。和相比，它可以进行定模拟量的控制，可以连接个扩展模块，应用更为广泛。和前两者相比，存储容量扩大了倍，有内置时钟，它有更强的模拟量和高速计数的处理能力，使用很普遍。和相比，增加了通信口的数量，通信能力大大增强，可用于点数较多要求较高的小型或中型控制系统。它是西门子公司推出的款增强型主机，主要在用户程序和数据存储容量上进行了扩展，其他指标和相同。硬件系统属于小型，其主机的基本结构是整体式，主机上有定数量的输入输出点，个主机单元就是个系统。它还可以进行灵活的扩展，如果点不够，则可增加扩展模块如果需要其他特殊功能，如特殊通信或定位控制等，则可以增加相应的功能模块。个完整的系统组成如图.所示图.系统组成主机单元主机单元，又称基本单元或模块。它由存储器基本输入输出点和电源等组成，是的主要部分。实际上它就是个完整的控制系统，可以单独完成定的控制任务。扩展单元扩展单元，又称扩展模块。当主机点数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种模块。根据点数不同性质不同供电电压不同，扩展模块有多种类型。每个所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的点数是由多种因素共同决定的。特殊功能模块当需要完成些特殊功能的控制任务时，需要扩展功能模块。它们是完成种特殊控制任务的些装置，如运动特殊通信模块控制模块等。相关设备相关设备是为充分和方便利用系统的硬件和软件资源而开发使用的些设备，主要有人机操作界面编程设备和网