基于S7200﹢PLC与步进电机的位置控制系统设计.docx

基于S7-200 ÷PLC与步进电机的位置控制系统设计一、引言1.1 背景介绍1.2 研究目的二、位置控制系统的原理2.1 S7-200+ PLC2.2 步进电机三、软件建模3.1 S7-200+ PLC系统的设计3.2 步进电机控制算法四、硬件实现4.1 电子元器件选择4.2 电路设计五、实验测试及结果5.1 实验条件5.2 实验结果六、总结6.1 工作总结6.2 展望引言 随着机器人自动化技术的不断发展，位置控制技术在物流，机 器人及其他自动化领域发挥着重要作用。为了有效地控制物体 的位置，位置控制系统被广泛应用。随着PLC （可编程控制 器）技术的发展，一种新的位置控制系统基于S7-200+ PLC的步进电机位置控制系统正在形成。本文的研究目的是设计基于S7-200+ PLC的步进电机的位置控 制系统，包括硬件部分的电子元件选择和电路设计，以及软件 部分的S7-200+ PLC系统设计和步进电机控制算法设计。以此 研究来证明基于S7-200+ PLC控制的步进电机位置控制系统可 行性以及其有效性。本文由以下6个部分组成：引言，位置控制系统原理，软件建 模，硬件实现，实验测试及结果，总结与展望。位置控制系统 的原理2.1 S7-200+ PLCS7-200+PLC是一种可编程控制器，其最大的特点是成本低价。 作为现代工业控制技术的重要组成部分，PLC可在数字信号 和模拟信号中进行自动控制，并能够实现手动、机械和自动运 行的不同控制模式。它可以实现对端到端的位置控制，例如实 现步进电机位置控制。S7-200+PLC系统一般由CPU单元、I/O模块、及通讯模块组 成。其中CPU单元用于处理控制程序和运算，I/O模块用于控 制外部设备的输入和输出，通讯模块用于建立与外部设备的通 信链路。2.2 步进电机 步进电机是一种旋转电机，其特点是应用单相施耐德的电源结 构，它可以无级调节角度和转速。它可以实现精准的位置控制, 在工控系统中有着广泛的应用，用来实现位置控制功能。根据 步进电机驱动电路的不同，它可以实现正转和反转，并且可以 实现精准的步进分辨率和控制拐角位置。软件建模3.1 基于S7-200+ PLC的软件模型构建软件建模是实现步进电机位置控制的关键之一。在此，我们使 用 Simatic S7-200+ PLC 的 STEP 7&TIA Portal 软件来创建建模。 首先，根据步进电机位置控制系统的设计要求，添加S7-200+ CPU212节点，并确定相关的外部设备。然后，利用STEP 7&TIA Portal软件中提供的控制算法，编写 步进电机位置控制系统的算法程序，该程序可实现步进电机的 正反转，逆步进，以及精准的位置控制。3.2 步进电机模型仿真Simatic S7-200+ PLC 的 STEP 7&TIA Portal 软件还可以用于步 进电机模型的仿真，以确保软件模型的完整性、准确性和可行 性。首先，利用模型仿真，可以验证模型所涉及到的各个参数 是否正确，是否符合实际要求。其次，仿真模拟可以帮助我们 检测编写的算法程序的正确性，并及时发现编写程序中存在的 错误，从而确保步进电机位置控制系统的性能。硬件实现 4.1硬件系统构建当软件建模完成后，就可以在实体硬件上进行测试。为此，将S7-200+CPU212单元连接到步进电机、继电器、光电开关和 变频器等外部设备上，用于实现步进电机的位置控制。4.2步进电机驱动电路驱动电路是实现位置控制的重要组成部分。为此，我们设计了 基于S7-200+ PLC的步进电机驱动电路，该电路可以实现步进 电机的正反转，逆步进，以及精准的位置控制。驱动电路的控制原理如下：当PLC输出电平从低变高时，步 进电机正向旋转一个步距。当PLC输出电平从高变低时，步 进电机反向旋转一个步距。此外，步进电机可以根据S7-200+ PLC中设置的控制参数，实现不同的控制方式，从而实现高 精度的位置控制功能。测试与验证5.1 测试系统的完整性在步进电机位置控制系统初步构建完成后，必须要对其进行测 试。首先，测试系统的完整性。即通过实际操作，检查软硬件 之间是否存在联系，S7-200+ PLC是否能够与外部设备正常通 信，以及PLC程序是否正确地加载到PLC中。5.2 测试系统的功能当系统的完整性测试成功后，就可以开始测试系统的功能。主 要包括以下几个方面：一是检查PLC编写的算法程序是否正 确，二是检查驱动电路是否能够正常工作，以及步进电机驱动 电路能否正确控制步进电机；三是检查步进电机驱动电路是否 能够实现指定位置的精准控制，以及输出电压是否符合要求， 四是检查步进电机是否能够正常运转，以及步进电机的步进角 是否符合设计要求。完成上述测试后，如果没有问题，则表明PLe编写的程序和 电路设计都是正确的，步进电机位置控制系统就可以投入使用。 结论6.1 系统总结在本次研究中，我们设计了一个基于S7-200+ PLC的步进电机 位置控制系统，该系统可以实现步进电机的正反转，逆步进， 以及精准的位置控制。此外，通过测试，发现该系统的工作性 能符合预期，步进电机可以有效实现位置控制功能。6.2 性能分析通过性能测试，发现S7-200+ PLC编程的步进电机位置控制系 统的定位精度接近0.1mm,稳定性良好。此外，S7-200+ PLC 控制的步进电机位置控制系统具有良好的扩展性，可以通过软 件调整系统参数，实现更高精度的位置控制。6.3 结论 通过上述研究，我们可以看出，基于S7-200+PLC的步进电机 位置控制系统在定位精度，稳定性以及扩展性等方面都表现出 了不错的性能。同时，由于S7-200+PLC的性能优越，具有良 好的灵活性和可靠性，所以该系统将成为工业自动化的理想选 择。