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基于158GA1现代电气控制系统装置的步进电机运动小车控制应用案列的设计

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软件简介

 摘要:随着社会主义市场经济的繁华和发展,各个工厂开始采用步进电机与伺服电机控制生产线。各企业为了达到对控制某个部位的控制目的,而其中伺服电机过于昂贵,所以为了节省成本常采用步进电机来进行控制(如自动售货机,打印机,3D打印机,学校教学等)。目前市面上常用的步进电机有二相、三相、四相、五相步进电机,步进电机走的步数,正反转以及工作频率等等均可以使用PLC(可编程控制器)通过共阴极、共阳极接法来驱动步进电机驱动器来进行控制(步进电机驱动器本身有正反转、细分、节流、脱机使能等)。使用PLC控制步进电机的原因在于它有专业的脉冲寄存器可对步进电机发送的脉冲数进行监控实时反馈步进电机的位置等,且电平相对一般控制器来说相对稳定,并且在工控领域内PLC相较于单片机具有使用方便,运行可靠,控制程序设计简单等优点。
关键词:可编程控制器;步进电机;编码器

一、课题研究的意义
步进电机的本质是无刷电机的进一步优化,步进电机最早是在1920年代由英国人所开发。1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,对于数字化的控制变得更为容易。本质上步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机,是现代数字程序控制系统中的主要执行元件,往后经过不断改良,使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中,我们很容易发现步进电机的踪迹,尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。广泛应用民用领域(如自动售货机,打印机,3D打印机,学校教学,智能家居等)与工控领域(自动化生产线),三相步进电机的角距大概为1.5度,人们可通过对PWM的调节来改变定子上的磁力致使步进电机的角度做更进一步的细分让它可以做出更小的角度
二.设计流程
(一)步进电机运动小车控制的控制要求
第一步系统通过“触摸屏”设置小车的运行距离及运行周期,注意此处小车的运行单位为毫米,在设置完成前面两部后按下启动按钮进入自动运行,小车开始从初始位置1(电涡流传感器1)开始向右快速运行到达位置2(电涡流传感器2),到达位置后小车暂停3s。
第二步3s后再以低速运行向右进给至设置距离,暂停2s(期间若到达位置3(电涡流传感器3)则停止工作并报警“越程”)。
第三步在距离位置25mm与设置距离位置区域反复运行3个周期。期间若到达位置3(电涡流传感器3)则不会发生报警。但若碰触到轨道的最大极限(左右两个限位开关)时小车停止工作。
第四步完成后暂停5s,最后自动返回初始位置1(电涡流传感器1)。
第五步返回站点1后,小车运行周期若是没到达设置的运行周期那么小车重复上一个周期的运动直至小车运行周期达到设置周期。
第六步在此期间通过触摸屏上的数据令我们知道小车的运行距离。
第七步若小车在运行状态下按下停止按钮(触摸屏上设置),小车无论运行到何处立即停止。
第八步在小车停止的状态下或工作状态下按下复位按钮小车则立即返回站点1(电涡流传感器1)并停止工作。
小车示意图如图1所示。
图1 小车示意图
(二)设计流程
在本次的毕业设计中我们先后经历了理解题目,确定所需零部件,构思框架,设置好I/O,调整工艺(因为在工作时我们缺少扎带所以并未安装)向老师索要触摸屏,步进电机资料,驱动器接线图,三菱FX3U32MT系列的PLC等一系列的毕业设计所需的硬件后开始执行任务。
设计构思流程图如图2所示,小车工作流程图如图3所示。


图2 构思流程图

图3 小车工作流程图
三、硬件设计
(一)元器件简介
1. 小车
小车的机构由两个滑动导轨以及一个丝杆滑块组成,以丝杆滑块的左右平移模拟成小车运动的样子,再由步进电机通过连键器连接,经由步进电机的旋转制成小车的动力机构。小车结构如图4所示。

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