基于PLC的步进电机组态监控系统设计 Stepping motor based on PLC configuration monitoring system design总计：毕业设计（论文）42 页表 格： 9 个插 图 ： 48 幅 基于PLC的步进电机组态监控系统设计 Stepping motor based on PLC configuration monitoring system design学 院（系）： 电气工程与自动化学院专 业： 电气工程及其自动化学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师（职称）： ）评 阅 教 师：完 成 日 期： 基于PLC的步进电机组态监控系统设计 摘 要 本设计旨在构建步进电机组态监控系统。以力控组态软件为开发界面，以PLC、变频器、步进电机、异步电机为监控对象，通过系列的通讯协定和对象、脚本编辑完成系统设计。实现监控效果从上位机界面向PLC、变频器发送多种控制信号，使异步电机完成相应动作。同时步进电机始终对异步电机运转状态进行跟随，并将各对象工作状态实时显示在监控界面之上 。充分体现出组态监控系统在实际运用中的高效、直观、便捷的优点。关键词 步进电机；组态监控系统；可编程控制器；变频器；编码器Design of Configuration and Monitoring System for the PLC - based stepper motor Abstract: This is designed to build a stepper motor configuration monitoring system . Power control configuration software for the development of interfaces, PLC, inverter, stepper motor, induction motor for monitoring , through a series of protocols and objects , the script editor to complete the system design . Monitoring performance - from the host computer interface to the PLC, inverter send a variety of control signals, the induction motor to complete the action . Stepper motor is always running condition of the induction motor to follow, and object working status real-time display above the control interface . Fully embodies the advantages of the configuration monitoring system is efficient in practical use , intuitive, and convenient . Key words: Stepper motor ; configuration monitoring system ; programmable controller ; inverter; encoder目 录1 引言11.1 课题研究的背景及意义11.2 本课题所涉及的问题在国内外研究的现状21.3 设计要求及解决方案21.4 系统设计的可行性分析52 基于PLC的步进电机组态监控系统硬件选型52.1 步进电机的工作原理52.2 步进电机的基本参数特点及选型62.3 PLC选型102.4变频器选型132.5 旋转编码器的选型143 控制任务的实现173.1 硬件系统组建173.2 PLC与变频器之间的通信连接203.3 上位机组态监控设计243.3.1 新建工程项目253.3.2 创建组态界面263.3.3 定义I/O设备273.3.4 创建实时数据库293.3.5 动态连接313.3.6 脚本编辑354 组态监控系统误差分析与改善384.1 组态监控系统调试结果384.1.1 步进电机对异步电机的理论跟踪效果384.1.2 实际检测结果384.2 误差分析与改善404.2.1 速度信号检测误差及改善404.2.2 PLC程序算法引起的误差及改进方法41结束语42参 考 文 献43附录442.2.1 DVP-40ES系列PLC配线连接442.2.2 WPLSoft软件442.2.3 参数设置45III1 引言1.1 课题研究的背景及意义目前，随着微电子技术和计算机技术的发展，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。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一些。利用可编程序控制器（即 P L C 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，加速了机电一体化的实现。用PLC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。由可编程序控制器性高、维护方便、开发周期短，这种步进电机更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完和微机组成的步进电机逻辑控制系统，正快速的发展着。采用PLC控制的步进电机可靠成更为复杂的控制任务，已成为步进电机的发展方向。本设计为模拟应用型系统项目，以PLC作为控制系统的核心，用组态软件对系统进行监控，充分发挥组态软件适应性强、维护方便、易于扩展、经济的特点。基于步进电机良好的控制和准确定位特性，被广泛应用在精确定位方面，诸如数控机床，绘图机，自动控制计算装置等自动控制领域。PLC作为简单化了的计算机，功能完备灵活，控制系统简单易懂，价格便宜，可现场修改程序，体积小，便于维护等优点，在全世界广泛应用，为生产生活带来巨大的效益方面。因此，通过研究用PLC来控制步进电机，既可实现精确定位控制，又能降低控制成本，还有利于维护。以往的步进电机血药靠驱动器来控制，随着技术的发展与不断完善，PLC具有了通过自身输出脉冲直接控制步进电机运动，这样就有利于步进电机的精确控制。我们国家的步进控制系统的研究较国外晚一些，但是也推出了一些比较好的步进控制系统。但跟国外还是有差距的，主要体现在控制的精度上，随着国内经济的发展，国内设备对控制精度的要求越来越高，现成的控制系统仍有许多需要改进和完善的地方，因此要不断地改进和技术革新。在国内，步进电机在工农业方面的应用越来越广泛。本课题研究意义：本课题以台达DVP40ES型PLC为核心控制器，以计算机为人机交互界面，以组态软件为开发平台，通过对步进电机跟踪异步电机运行的设计、PLC控制程序设计及计算机程序设计，主要锻炼学生的控制系统的设计能力，PLC程序设计能力，计算机程序设计能力,组态软件的监控学习及综合应用能力设计。1.2 本课题所涉及的问题在国内外研究的现状国内研究状况：我国在步进电机研究方面起步较晚，但随着经济的飞速发展，城市化进程十分迅速，对电机的需求也与日俱增。现在，我国的电机行业已经具备了很强的生产能力，技术水平和产品质量正在稳步提高。在组态软件方面，自2000年以来，国内监控组态软件产品、技术、市场都取得了飞快的发展，应用领域日益拓展，用户和应用工程师数量不断增多。其中为人们广为熟知的有世纪星、三维力控、组态王等，已得到全面的推广和应用。 国外研究状况：20世纪初，随着船舶工业的发展，使得步进电机的技术得到了长足的进步。到了80年代后期，由于廉价的微型计算计以多功能的形态出现，步进电机的控制方式更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件或是集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，而且一旦定型后，要改变控制方式就要重新设计电路。计算机则通过软件来控制步进电机，更好地发挥出电机的潜力。因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化时代趋势。 本课题主要问题：通过系统设计，要熟练掌握PLC和组态软件应用系统的开发过程，学习如何分析整个系统并建立模型，旋转编码器的种类和使用方法，学习编写程序并使用组态软件设计模拟监控系统的方法。设计过程中，PLC的工作原理，组态软件学习，旋转编码器的应用以及各硬件之间的链接是难点也是重点，希望自己从设计中认识到不足，提高自己解决实际问题的能力。1.3 设计要求及解决方案 本课题的设计要求： (1)学习PLC的步进电机控制系统，并掌握组态软件的组态方法。 (2)设计组态仿真的画面、程序以及与PLC的通信等。 (3)完成PLC编程及仿真和步进电机控制系统的仿真。 (4)运行系统，监视系统运行过程，对运行结果进行分析。 步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差特点，使得在速度、位置等控制领域步进电机来控制变得非常的简单。 可编程控制器（Programmable Controller）控制步进电机可以降低步进电机的转速，增加步进精确性，同时也减小了谐振问题，在低速时，更能改善步进电机的性能，是步进电机驱动的一种较好的选择。PLC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。 本次设计选用的设备有异步电机（一台）、五相步进电机驱动器（一台）、五相步进电机（一台）、台达VFD007M43B型变频器（一个）、台达DVP40ES00T2型PLC一台）、旋转编码器（两台）；需要实现基于PLC的步进电机对异步电机的实时跟随动作如：正转、反转，加速，减速，匀速，并通过人机对话在组态界面上显示模拟的动态效果。任何设计无不是为了解决实际生产、生活中的实际问题，而针对不同问题的解决，可灵活选用不同的控制方案。实际生产中往往要求组态监控系统不仅完成监控任务，同时也需要达到一定的控制功能。本课题研究的思路：当给系统通上电源时，点击开始按钮，按正转按钮，异步电机开始转动，利用变频器设置一速度驱动三相异步电机，旋转编码器1测出该速度传给台达PLC的寄存器1，PLC发出一定的脉冲控制五相步进电机驱动器，驱动五相步进电机，再利用旋转编码器2测出五相步进电机的速度，传给PLC的寄存器2，下载到组态软件的变量连到