Transcript PLC控制步进电机实训

PLC控制系统调试与维修
PLC控制步进电机实训
电子信息工程系
黄有全
1. 教学思想
1.1 自动化专业人才培养目标
人才定位：胜任电气自动化领域的系统运行维护、
安装调试、技术改造、生产与管理、产品销售与
服务等岗位的应用型技术人才。
德智体美协调发展。具备遵纪守法、爱岗敬
业、团结协作精神、“爱众亲仁”品质和职业道
德 。掌握人文知识、专业基础知识、电气自动
化专业知识。拥有社交和组织管理能力，使用仪
器仪表工具的技能，电气自动化控制系统运行维
护、安装调试、技术改造以及产品服务的能力。
1.2 《PLC技术》课程在实现人才培养目标
中的地位及作用
人才培养目标
系统运行维护、安装调试、技术改造、生产管理、销售服务
核
心
课
程
基
础
课
程
控制系统
微机、单片机技术
PLC技术
电气控制技术
自动检测技术
电子基础课程
电工、模电、数电
专业基础课程
电机、自控原理、
电力电子技术
企业中的主要生产设备大部分是由PLC进行
控制的(格兰仕、三一重工等)。只要从事电气
自动化相关工作，就必须懂得PLC技术。所以
《PLC技术》课程在电气自动化专业中具有：
核心地位和关键作用
1.3 本堂课在专业核心能力培养中的
地位和作用
在完成了PLC技术的基础知识、控制程序设
计方法和系统设计方法等理论知识的教学任务
后，本堂课的任务是训练学生对PLC控制系统的
综合分析、控制程序设计和系统调试的技能。
而这种能力正是电气自动化培养目标－－电气
控制及其自动化领域的系统运行、安装、调试、
维护、技术改造、生产与管理、产品销售与技
术服务－－需要的核心能力之一。
1.4 本堂课的主要知识点、能力点、素质
点
1.4.1 知识点
步进电机的工作原理；
步进电机接线方式。
1.4.2 能力点
控制对象的综合分析能力；
器件端口特性判断和连接能力；
顺序功能图程序设计法的应用能力。（核心能力）
1.4.3 素质点
养成分析问题时的严密科学观；
训练处理复杂问题时的科学分析方法；
培育对技术美的热爱和追求精神。
1.5
难点和重点及其突破方法
步进电机进行控制，必须明白它的结构和
工作原理。没有见过步进电机内部结构的学生
很难理解和想像其工作原理。因此步进电机的
结构和工作原理就是本堂课的难点。通过多媒
体图片、图形和工作过程动画对难点进行突破。
教学重点是PLC对步进电机的控制程序的
设计、编写和调试。教学过程中采用四拍控制
程序设计示范、个别指导和课堂强制测验等方
法推进重点教学内容的完成。通过教师演示步
进电机四拍工作方式的控制程序的设计、调试
方法和技巧，推动八拍工作方式程序设计、调
试的学习和训练。
2.
教学设计
教学对象分析: 教学对象是05级电气自动化专业四个班。
他们对《PLC技术》兴趣浓厚。班级之间基础不平衡，班级
内学生之间也有差距，教学设计必须有针对性。
2.1 实践教学方案设计
详细教学方案见教案
2.2 教学方式和手段的运用
多媒体课件教学；
动画演示；
PLC控制程序设计和调试示范。
2.3 教学方法
演示教学法：通过动画演示突破教学难点；
案例教学法：通过步进电机四拍控制程序设计案
例，推动教学重点任务的完成。
层次教学法：根据学生的不同基础，设计不同层
次的任务，基础一般的学生能独立
完成实训而体会到成就感，基础好
的学生有追求控制完美的空间并体
验技术美感。
2.4 学法指导
理论联系实践：
用PLC控制程序设计理论指导步进电机控制
实践，完成了具体的控制任务；反过来，通过
步进电机控制实践，更加深刻理解和掌握了控
制程序设计方法和技巧。
讨论学习法：
小组讨论可以拓宽视野，碰撞出火花，产
生新的编程思想；也易于发现编程中出现的错
误。
2.5 创新点
1、通过本次实训，将PLC技术课程的主要知识点和技能
点进行整合和提升。
步进电机工作原理
步进电机控制要求
PLC控制程序设计方法
四拍单方向控制
步进电机
控制系统
分析和方
案设计
四拍双向控制可调速控制
八拍双向顺序可调速控制
八拍双向移位可调速控制
融合提升PLC技术课程的知识和技能
2、结合了职业资格高级证书的考核要求。高级电
工证考试大纲中，PLC控制程序设计是重要内容。
3.
实训教案
PLC控制步进电机实训
电子信息工程系 黄有全
一、 实训目的：
（1分钟）(讲解)
1. 掌握步进电机的结构和工作原理；
2. 掌握PLC对步进电机控制程序的设计、
编写和调试的方法和技巧。
二、实训仪器：
（1分钟）(讲解)
可编程控制器实验箱
一台
装有编程软件的计算机 一台
三、实训原理： （8分钟）(讲解－演示)
1.步进电机的结构和工作原理
步进电机应用领域涉及机器人,工业电子自动化设备,
医疗器械,广告器材,舞台灯光设备设备,印刷设备,纺织
机械,计算机外部应用等等
。
步进电机是一种将电脉冲转化
为角位移的执行机构。当步进驱动
器接收到一个脉冲信号，它就驱动
步进电机按设定的方向转动一个固
定的角度（及步进角）。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。
2.
步进电机的结构和工作原理
（实训的难点）
（1）步进电机的结构 b
2b
a
2a
1a
a
1b
b
（2）步进电机的工作时序
• 四拍工作时序
正转
1a
0
1
2
3
0
3
2
1
1b
2a
2b
反转
步进电机转动过程示意图
步进电机四拍运
行工作示意图
步进电机四拍工作示意图
（3）步进电机八拍正反转时序
正转 0
1a
1
2
3
4
5
6
7
7
6
5
4
3 2
1
1b
2a
2b
反转 0
步进电机转动过程示意图
八拍转动工作过程
步进电机八拍工作示意图
（4）PLC与步进电机的控制接线
方向
I0.0
Q0.0
I0.1
Q0.1
I0.2
Q0.2
b
1M
24v
1L
S7-200 PLC
2a
a
a
1a
1b
Q0.3
24v
2b
b
四、实训内容和步骤
（一）步进电机的PLC控制程序设计（重点）
• 1. 控制程序设计要求
• （1）控制四相步进电机以四拍（必做）和八拍运行
方式。
• （2）通过钮子开关控制步进电机的方向，当钮子开
关 闭合是正转，钮子开关断开是反转。
• （3）步进电机的速度可以用按键调节。（每步延时
0.1s到4s可调节，步长值为0.1秒）。（能力拓展）
• 2. 步进电机运行方式的控制
•
步进电机的转速与输入脉冲频率成正比，频率
越大，转速越高，四相步进电机有四拍、八拍等方
式。按照相序表给定的值对各绕组轮流加电。下面
给出步进电机相序表和参考控制流程图。
四
拍
单
向
顺
序
控
制
功
能
图
SM0.1
M8.0
I0.0
M0.0
Q0.0，T37
T37
M0.1
Q0.1,T38
T38
M0.2
Q0.2,T39
T39
M0.3
T40
Q0.3,T40
步进电机八拍工作相序表
正转
反转
0
1
2
3 4
5
6
7
0
7
6
5
3
2
1
4
1
1a(Q0.0) 1 1
1b(Q0.1)
2a(Q0.2)
2b(Q0.3)
1
1
1
1 1 1
1
1 1
SM0.1
M10.0
八
拍
参
考
控
制
方
式
一
ZZ
FZ
M0.0
Q0.0,T37
T37
M0.1
T38
Q0.1,T39
T40
Q0.0,Q0.3,T46
M1.2
Q0.3,T47
T47
M0.3 Q0.1,Q0.2,T40
T40
M1.3 Q0.3,Q0.2,T48
T48
Q0.2,T41
T41
M1.4
Q0.2,T49
T49
M0.5 Q0.2,Q0.3,T42
T42
M1.5
Q0.2,Q0.1,T50
T50
Q0.3,T43
T43
M0.7 Q0.0,Q0.3,T44
T44
M1.1
T46
M0.2
M0.6
Q0.0,T45
T45
Q0.0,Q0.1,T38
M0.4
M1.0
M1.6
Q0.1,T51
T51
M1.7
T52
Q0.0,Q0.1,T52
参考控制方式二：循环右移位控制
VB0
1
1
1
Q0.0
1a
Q0.1
1b
Q0.2
2a
Q0.3
2b
VB1
1
1
1
VB2
1
1
1
VB3
1
1
1
参考控制方式三：循环左移位
VB0
1
1
1
Q0.0
1a
Q0.1
1b
Q0.2
2a
Q0.3
2b
VB1
1
1
1
VB2
1
1
1
VB3
1
1
1
3.步进电机四拍单方向控制程序
设计示范
控制程序设计示范，10分钟
（二）步进电机控制实训步骤
巡
回
1、根据步进电机控制流程图，在PLC编程软件上
指
设计、编写梯形图程序，编译，下载到PLC中。
导
和
2、判断步进电机的端口接线方式，连接与PLC之
个
间的导线和PLC的输入按钮接线。
别
辅
3、运行PLC控制程序，启动步进电机。观察步进
导
电机的运行是否符合程序设计预期。如果不符合
，
预期结果，分析并查找原因，进行修改。
时
间
4、改进和提高：用“增加”和“减少”按钮，调 65
节每步时间在0.1～4秒之间变化，步长值为0.1秒。分
钟
五、总结与思考（5分钟）（讲授）
1. 实训总结：对实训过程中的出现的好的
现象和不足进行点评，并提出整改意见。
2. 思考：步进电机可以用来精确定位。请
设计一段控制程序，使得每按一次按键，步
进电机顺时针方向转动540°步进角。
3. 实验报告要求：
1）分析步进电机控制系统并画出硬件接线图；
2）写出主要设计思路，工作原理；
3）给出调试出现的问题及解决方法，结果；
4）提交程序清单。