苏ICP备112451047180号-6
基于S7-PWM驱动56BYG250B步进电机速度控制系统设计
摘要：本文主要讲了利用S7-PWM控制步进电动机速度系统设计，在设计过程中解决了如何运用PLS脉冲发生器发出PWM脉冲、系统装置机械结构设计、系统电气原理图设计、如何改变EM235中的AIW0地址数据来控制脉冲频率、编制满足系统要求的梯形图程序并能将其正确的仿真。在系统应用方面是将其应用到船舶中去，将系统机械装置中的执行机构来拉动软轴，软轴再推动主机油门，于是就可对船舶的速度进行控制。最后论文的成果是能利用S7-PWM控制步进电动机速度系统来对船舶进行调速。
关键词：S7-PWM；PLS脉冲发生器；EM235；机械结构设计
Based on S7-PWM drive 56BYG250B stepper motor speed control system design
Abstract: This paper is mainly about using S7-PWM motor speed system design, how to use the PLS pulse generator a pulse PWM , system design of mechanical structure , electrical schematic design ,how to change the AIW0 address and data in EM235 to control the pulse frequency ,preparing to meet the requirement of the system and the program of ladder diagram to the right the simulation in the design process. the system is applied to the ship ,the actuator system in mechanical devices to drives to drive shaft, shaft drive host throttle ,so you can control the speed of the ship .Finally ,results of this study are to use S7 –PWM to control the Stepper motor speed control system of the ship .
Keywords: S7-PWM,PLS pulse generator ,EM235,mechanical design
目录
第一章 绪论 1
1.1、论文的研究工作 1
1.2、论文的研究意义 1
1.3、论文选用PWM脉冲的优势 1
第二章 S7-200CPU226PLC控制步进电动机硬件设计 3
2.1、LF90控制杆的简介 3
2.1.1、LF90控制杆的实物图、接线图 3
2.1.2、LF90控制杆的相关参数 3
2.2、S7-200 CPU226 PLC控制步进电动机调速系统装置机械结构设计图（含有成果文件---基于S7-PWM驱动步进电动机速度控制系统机械结构设计图） 4
2.2.1、装置布局图 4
2.2.2、系统控制框图及其工作流程说明 4
2.2.3、执行机构设计图及其传动原理 5
2.2.4、系统在船舶调速中的应用 6
2.3、S7-200CPU226PLC驱动步进电动机调速装置电气原理图（含有成果文件—基于S7-PWM驱动步进电动机速度控制系统电气原理图） 6
第三章 S7—200 CPU226 PLC的选用 7
3.1、PLC的简介 7
3.1.1、PLC的分类与特点 7
3.1.2、PLC的组成 8
3.1.3、PLC控制过程 9
3.2、S7—200PLC的选用 9
3.2.1、S7—200PLC的选择 9
3.2.2、S7—200PLC和EM235模拟量扩展模块的结构图 10
第四章 56BYG250B步进电动机的选用 11
4.1、步进电动机的选用 11
4.1.1、步进电动机的选择 11
4.1.2、56BYG250B步进电动机的结构 11
4.2、56BYG250B步进电动机的特点 11
4.3、56BYG250B步进电动机的相关参数 11
4.4、步进电动机在工业中的应用 12
第五章 SH-20403步进电动机驱动器的选用 13
5.1、步进电动机驱动器的选取 13
5.1.1、步进电动机驱动器的选择及其功能、参数 13
5.1.2、步进电动机驱动器的硬件结构接线图 13
5.2、步进电动机驱动器的特点 14
第六章 S7—200 CPU226 PLC控制步进电动机软件设计 15
6.1、STEP7—Micro/win32编程软件简介 15
6.1.1、STEP7-Micro/win32编程软件的安装 15
6.1.2、STEP7-Micro/Win32软件界面语言的转换 16
6.1.3、STEP7-Micro/win32软件界面的组成说明 17
6.2、梯形图程序设计 19
6.2.1、PWM脉冲的介绍 20
6.2.2、产生PWM脉冲的编程方法 20
6.3.3、控制思想流程图 20
6.3.4、I/O分配及地址分配表 21
6.3.5、梯形图程序 21
6.3.6、梯形图程序执行过程解读 25
第七章 梯形图程序的仿真 26
7.1、S7-200仿真软件V3.0的简介 26
7.2、梯形图程序仿真的过程 26
7.3、步进电动机速度（脉冲频率）调试仿真 34
第八章 总结 38
小结并致谢 39
参考文献 40
毕业设计附录目录 41
第一章 绪论
1.1、论文的研究工作
论文研究的工作主要是设计利用S7—200PLC对步进电动机进行调速的机械装置并把它应用到船舶中去，要实现这个目的必须先选取确定的型号PLC，再加上EM235模拟量模块，然后分析它们的结构和功能，接着就是步进电动机的选取，也相应的研究它的结构和功能，最后就是步进电动机驱动器的选取，了解它的特点、结构，为了方便对步进电动机的速度进行控制，运用了LF90控制杆，对于LF90控制杆，简单的介绍了它的结构和参数，步进电动机还得带动执行机构运动，执行机构的设计也是必不可少的。执行机构装置的结构设计设计好了还要将它们的布局图设计好，相应的电气接线图也是要设计的，最后将它们正确的连接起来。当然这当中还需要控制步进电动机的程序，程序的编制是比较重要的，因为它关乎着电动机是否可以正确的调速。说到编程必须得先掌握基本的指令，然后才能编制出自己想要的程序。编制程序必须要在相应的编程软件里才能编程，这就需要用到STEP7—Micro/win32编程软件，所以还得掌握编程软件的使用。梯形图编制完成，需要检验它是否正确，是否能够完成对步进电动机的调速，最后把它下载到S7-200仿真软件中，检验它能否完成预期的功能。
1.2、论文的研究意义
步进电动机它是能将脉冲转换为机械角位移的装置，脉冲数量的多少决定着它的位移，脉冲的频率决定着它的转速，所以我们可以控制它的脉冲频率来控制它的转速。用PLC控制步进电动机可用于数控机床中的X—Y轴的控制，X—Y绘图仪等等，本论文所设计的机械装置它能够运用到船舶当中去，完成对船舶速度的控制，当然它也可以运用到其他的领域当中去，相信它所带给工业设备控制这一方面的作用是不可估量的。
1.3、论文选用PWM脉冲的优势
PWM即脉冲宽度调制，它可提供连续性变量工作循环输出，其脉冲宽度和脉冲周期可按用户意愿来进行修改。因为它可提供连续性变量输出，输入可由模拟量进行控制，所以它适合于对步进电动机进行连续调速。一般情况下PWM脉冲中的脉冲周期为固定值，主要改变脉冲的脉宽值，这样占空比就发生了变化。PWM的占空比与步进电动机的运行频率成正比，而运行频率与步进电动机的速度也成正比，即占空比的大小与步进电动机的速度成正比。占空比的大小可很方便的由EM235中的AIW0地址来改变，只需将AIW0中的数值存入存储器SM70中即可。所以本论文选用PWM脉冲来控制步进电动机速度。
总结
利用S7-PWM控制56BYG250B步进电机速度控制系统设计已圆满完成，在设计过程中，有遇到种种的问题。从论文中可以看出我是将此系统应用在对船舶的速度控制中，利用步进电动机通过执行机构装置来推动主机油门，进而对船舶的速度进行控制。在这系统设计中，比较困难的是机械结构的设计，它要将此系统硬件结构详细的用图纸来表达，还要对当中的一些物理特性进行选取，这是比较困难的，过程中指导老师给了我很大的帮助，对于我如何来对此系统机械结构的设计给了很大的建议，让我能够很清晰的将这些机械装置以图纸的形式将它记录，其中机械结构当中的一些尺寸、粗糙度、几何公差等等都是经过深思熟虑才设计出来的。对于将此系统应用到船舶当中也是有指导老师很大的帮助。对于系统中PLC的选取、步进电动机的选取、步进驱动器的选取也是专门应对于船舶的，如执行机构拉动软轴所需要的力，这都需要步进电动机来提供，而这时步进电动机的选取就变得相当重要了。此系统的功能应用是可以对船舶进行调速，所以这当中程序的编制也是比较重要的，在程序的编制过程中，也遇到一系列的问题，但经过不懈的努力之后，终于在最后将它所需要的功能给编制出来了。这当然还要形象的将程序的功能所仿真出来，所以还要利用仿真软件将它仿真出来，仿真这一步是必不可少的，因为它可帮助此系统的应用是否实现进行了论证。对于本论文难免有不足之处，希望老师与同学多多指点。
参考文献
【1】 蔡杏山.零起步轻松学西门子S7-200PLC技术【M】.北京：人民邮电出版社，2010.10
【2】 岂兴明.苟晓卫.罗冠龙.PLC与步进伺服快速入门与实践【M】.北京：人民邮电出版社.2011.1
【3】 谢丽萍.王占富.岂兴明.西门子S7-200系列PLC快速入门与实践【M】.北京：人民邮电出版社.2010.5
【4】 王国金.马殷元.吕凤玉.基于PWM变频调速的PLC电梯控制系统设计【J】.兰州交通大学机电技术研究所.2011
【5】 何献忠.基于S7-200PLC的PWM变频调速控制【J】.湖南冶金职业技术学院.2005
【6】 蔡霞.基于PLC的PWM直流调速控制系统【J】.西安航空技术高等专科学校.2011
【7】 刘曼.李岚.S7-200CPU22X系列PLC脉宽可调高速脉冲输出（PWM）的使用【J】.江西机电职业技术学院.2007
【8】 曹志斌.刘文胜.袁澜.周秋燕.PWM整流技术在龙门刨床上的应用【J】.河南科技大学.2008
【9】 张忠南.林义忠.吉慧丹.张海明.PWM方式控制的水轮机电液调速器研究【J】.广西大学机械工程学院.2009
【10】 郭顺华.PIC单片机在全回转舵桨控制中的应用【J】麻城：麻城市翔昕螺旋桨有限公司.2006
【11】 赵瑞旺.李元宗.崔荣华.PLC控制的步进电机在驾驶仪中的应用【J】山西：太原理工大学.2009
【12】 王立红.基于PLC的步进电机行程控制【J】辽宁：辽宁工业大学电气工程学院.2008
【13】 张孝全.沈晓红.PLC在步进电机控制中的应用【J】北京：北京工商大学机械自动化学院.2008
【14】 王彦军.李增生.基于PLC的步进电机控制【J】榆林：榆林学院能源工程学院.2010
【15】 田若秋.基于PLC的步进电动机控制系统设计【J】辽宁：辽宁地质工程职业学院.2010
【16】 喻伟闯.梁承福.基于PLC的步进电机送料系统的设计与实现【J】广西：广西师范大学电子工程学院.2009
【17】 周俊涛.余刃.基于PLC的模糊控制在船舶主机调速系统的应用【J】湖北：海军工程大学船舶与动力学院.2009
【18】 李庭贵.基于PLC和步进电机的立体仓库存储系统精确定位控制设计【J】泸州：泸州职业技术学院.2011
【19】 谢永海.徐哲远.高洪涛.基于PLC驱动控制步进电机的设计与实现【J】吉林：装甲兵技术学院.2010
【20】 袁翔.西门子S7 PLC模拟量输入信号处理简化方法探讨【J】上海;上海宝信软件股份有限公司自动化三部.2006
【21】 陈果.PLC控制步进电机分度的实现与设计【J】洛阳：洛阳LYC轴承有限公司技术中心.2010
【22】 王玉德.刘景斌.韩翠玲.基于PLC的步进电机的驱动控制【J】山东：山东省机电学校.2007
【23】 王红梅.方贵盛.基于PLC与步进电机的气动搬运机械手控制【J】浙江：浙江水利水电专科学校.2009
【24】 马茂东.杨红梅.基于SCM和PLC的两种步进电机控制方法.【J】北京：中国兵器工业标准化研究所.2007
【25】 李移伦.一种基于PLC控制的步进电机防失步运行策略【J】湖南：湖南铁道职业技术学院.2008
【26】 胡晓宇.用PLC控制步进电机【J】广东：广东省佛山市山水区技工学校.2006
摘要：本文主要讲了利用S7-PWM控制步进电动机速度系统设计，在设计过程中解决了如何运用PLS脉冲发生器发出PWM脉冲、系统装置机械结构设计、系统电气原理图设计、如何改变EM235中的AIW0地址数据来控制脉冲频率、编制满足系统要求的梯形图程序并能将其正确的仿真。在系统应用方面是将其应用到船舶中去，将系统机械装置中的执行机构来拉动软轴，软轴再推动主机油门，于是就可对船舶的速度进行控制。最后论文的成果是能利用S7-PWM控制步进电动机速度系统来对船舶进行调速。
关键词：S7-PWM；PLS脉冲发生器；EM235；机械结构设计
Based on S7-PWM drive 56BYG250B stepper motor speed control system design
Abstract: This paper is mainly about using S7-PWM motor speed system design, how to use the PLS pulse generator a pulse PWM , system design of mechanical structure , electrical schematic design ,how to change the AIW0 address and data in EM235 to control the pulse frequency ,preparing to meet the requirement of the system and the program of ladder diagram to the right the simulation in the design process. the system is applied to the ship ,the actuator system in mechanical devices to drives to drive shaft, shaft drive host throttle ,so you can control the speed of the ship .Finally ,results of this study are to use S7 –PWM to control the Stepper motor speed control system of the ship .
Keywords: S7-PWM,PLS pulse generator ,EM235,mechanical design
目录
第一章 绪论 1
1.1、论文的研究工作 1
1.2、论文的研究意义 1
1.3、论文选用PWM脉冲的优势 1
第二章 S7-200CPU226PLC控制步进电动机硬件设计 3
2.1、LF90控制杆的简介 3
2.1.1、LF90控制杆的实物图、接线图 3
2.1.2、LF90控制杆的相关参数 3
2.2、S7-200 CPU226 PLC控制步进电动机调速系统装置机械结构设计图（含有成果文件---基于S7-PWM驱动步进电动机速度控制系统机械结构设计图） 4
2.2.1、装置布局图 4
2.2.2、系统控制框图及其工作流程说明 4
2.2.3、执行机构设计图及其传动原理 5
2.2.4、系统在船舶调速中的应用 6
2.3、S7-200CPU226PLC驱动步进电动机调速装置电气原理图（含有成果文件—基于S7-PWM驱动步进电动机速度控制系统电气原理图） 6
第三章 S7—200 CPU226 PLC的选用 7
3.1、PLC的简介 7
3.1.1、PLC的分类与特点 7
3.1.2、PLC的组成 8
3.1.3、PLC控制过程 9
3.2、S7—200PLC的选用 9
3.2.1、S7—200PLC的选择 9
3.2.2、S7—200PLC和EM235模拟量扩展模块的结构图 10
第四章 56BYG250B步进电动机的选用 11
4.1、步进电动机的选用 11
4.1.1、步进电动机的选择 11
4.1.2、56BYG250B步进电动机的结构 11
4.2、56BYG250B步进电动机的特点 11
4.3、56BYG250B步进电动机的相关参数 11
4.4、步进电动机在工业中的应用 12
第五章 SH-20403步进电动机驱动器的选用 13
5.1、步进电动机驱动器的选取 13
5.1.1、步进电动机驱动器的选择及其功能、参数 13
5.1.2、步进电动机驱动器的硬件结构接线图 13
5.2、步进电动机驱动器的特点 14
第六章 S7—200 CPU226 PLC控制步进电动机软件设计 15
6.1、STEP7—Micro/win32编程软件简介 15
6.1.1、STEP7-Micro/win32编程软件的安装 15
6.1.2、STEP7-Micro/Win32软件界面语言的转换 16
6.1.3、STEP7-Micro/win32软件界面的组成说明 17
6.2、梯形图程序设计 19
6.2.1、PWM脉冲的介绍 20
6.2.2、产生PWM脉冲的编程方法 20
6.3.3、控制思想流程图 20
6.3.4、I/O分配及地址分配表 21
6.3.5、梯形图程序 21
6.3.6、梯形图程序执行过程解读 25
第七章 梯形图程序的仿真 26
7.1、S7-200仿真软件V3.0的简介 26
7.2、梯形图程序仿真的过程 26
7.3、步进电动机速度（脉冲频率）调试仿真 34
第八章 总结 38
小结并致谢 39
参考文献 40
毕业设计附录目录 41
第一章 绪论
1.1、论文的研究工作
论文研究的工作主要是设计利用S7—200PLC对步进电动机进行调速的机械装置并把它应用到船舶中去，要实现这个目的必须先选取确定的型号PLC，再加上EM235模拟量模块，然后分析它们的结构和功能，接着就是步进电动机的选取，也相应的研究它的结构和功能，最后就是步进电动机驱动器的选取，了解它的特点、结构，为了方便对步进电动机的速度进行控制，运用了LF90控制杆，对于LF90控制杆，简单的介绍了它的结构和参数，步进电动机还得带动执行机构运动，执行机构的设计也是必不可少的。执行机构装置的结构设计设计好了还要将它们的布局图设计好，相应的电气接线图也是要设计的，最后将它们正确的连接起来。当然这当中还需要控制步进电动机的程序，程序的编制是比较重要的，因为它关乎着电动机是否可以正确的调速。说到编程必须得先掌握基本的指令，然后才能编制出自己想要的程序。编制程序必须要在相应的编程软件里才能编程，这就需要用到STEP7—Micro/win32编程软件，所以还得掌握编程软件的使用。梯形图编制完成，需要检验它是否正确，是否能够完成对步进电动机的调速，最后把它下载到S7-200仿真软件中，检验它能否完成预期的功能。
1.2、论文的研究意义
步进电动机它是能将脉冲转换为机械角位移的装置，脉冲数量的多少决定着它的位移，脉冲的频率决定着它的转速，所以我们可以控制它的脉冲频率来控制它的转速。用PLC控制步进电动机可用于数控机床中的X—Y轴的控制，X—Y绘图仪等等，本论文所设计的机械装置它能够运用到船舶当中去，完成对船舶速度的控制，当然它也可以运用到其他的领域当中去，相信它所带给工业设备控制这一方面的作用是不可估量的。
1.3、论文选用PWM脉冲的优势
PWM即脉冲宽度调制，它可提供连续性变量工作循环输出，其脉冲宽度和脉冲周期可按用户意愿来进行修改。因为它可提供连续性变量输出，输入可由模拟量进行控制，所以它适合于对步进电动机进行连续调速。一般情况下PWM脉冲中的脉冲周期为固定值，主要改变脉冲的脉宽值，这样占空比就发生了变化。PWM的占空比与步进电动机的运行频率成正比，而运行频率与步进电动机的速度也成正比，即占空比的大小与步进电动机的速度成正比。占空比的大小可很方便的由EM235中的AIW0地址来改变，只需将AIW0中的数值存入存储器SM70中即可。所以本论文选用PWM脉冲来控制步进电动机速度。
总结
利用S7-PWM控制56BYG250B步进电机速度控制系统设计已圆满完成，在设计过程中，有遇到种种的问题。从论文中可以看出我是将此系统应用在对船舶的速度控制中，利用步进电动机通过执行机构装置来推动主机油门，进而对船舶的速度进行控制。在这系统设计中，比较困难的是机械结构的设计，它要将此系统硬件结构详细的用图纸来表达，还要对当中的一些物理特性进行选取，这是比较困难的，过程中指导老师给了我很大的帮助，对于我如何来对此系统机械结构的设计给了很大的建议，让我能够很清晰的将这些机械装置以图纸的形式将它记录，其中机械结构当中的一些尺寸、粗糙度、几何公差等等都是经过深思熟虑才设计出来的。对于将此系统应用到船舶当中也是有指导老师很大的帮助。对于系统中PLC的选取、步进电动机的选取、步进驱动器的选取也是专门应对于船舶的，如执行机构拉动软轴所需要的力，这都需要步进电动机来提供，而这时步进电动机的选取就变得相当重要了。此系统的功能应用是可以对船舶进行调速，所以这当中程序的编制也是比较重要的，在程序的编制过程中，也遇到一系列的问题，但经过不懈的努力之后，终于在最后将它所需要的功能给编制出来了。这当然还要形象的将程序的功能所仿真出来，所以还要利用仿真软件将它仿真出来，仿真这一步是必不可少的，因为它可帮助此系统的应用是否实现进行了论证。对于本论文难免有不足之处，希望老师与同学多多指点。
参考文献
【1】 蔡杏山.零起步轻松学西门子S7-200PLC技术【M】.北京：人民邮电出版社，2010.10
【2】 岂兴明.苟晓卫.罗冠龙.PLC与步进伺服快速入门与实践【M】.北京：人民邮电出版社.2011.1
【3】 谢丽萍.王占富.岂兴明.西门子S7-200系列PLC快速入门与实践【M】.北京：人民邮电出版社.2010.5
【4】 王国金.马殷元.吕凤玉.基于PWM变频调速的PLC电梯控制系统设计【J】.兰州交通大学机电技术研究所.2011
【5】 何献忠.基于S7-200PLC的PWM变频调速控制【J】.湖南冶金职业技术学院.2005
【6】 蔡霞.基于PLC的PWM直流调速控制系统【J】.西安航空技术高等专科学校.2011
【7】 刘曼.李岚.S7-200CPU22X系列PLC脉宽可调高速脉冲输出（PWM）的使用【J】.江西机电职业技术学院.2007
【8】 曹志斌.刘文胜.袁澜.周秋燕.PWM整流技术在龙门刨床上的应用【J】.河南科技大学.2008
【9】 张忠南.林义忠.吉慧丹.张海明.PWM方式控制的水轮机电液调速器研究【J】.广西大学机械工程学院.2009
【10】 郭顺华.PIC单片机在全回转舵桨控制中的应用【J】麻城：麻城市翔昕螺旋桨有限公司.2006
【11】 赵瑞旺.李元宗.崔荣华.PLC控制的步进电机在驾驶仪中的应用【J】山西：太原理工大学.2009
【12】 王立红.基于PLC的步进电机行程控制【J】辽宁：辽宁工业大学电气工程学院.2008
【13】 张孝全.沈晓红.PLC在步进电机控制中的应用【J】北京：北京工商大学机械自动化学院.2008
【14】 王彦军.李增生.基于PLC的步进电机控制【J】榆林：榆林学院能源工程学院.2010
【15】 田若秋.基于PLC的步进电动机控制系统设计【J】辽宁：辽宁地质工程职业学院.2010
【16】 喻伟闯.梁承福.基于PLC的步进电机送料系统的设计与实现【J】广西：广西师范大学电子工程学院.2009
【17】 周俊涛.余刃.基于PLC的模糊控制在船舶主机调速系统的应用【J】湖北：海军工程大学船舶与动力学院.2009
【18】 李庭贵.基于PLC和步进电机的立体仓库存储系统精确定位控制设计【J】泸州：泸州职业技术学院.2011
【19】 谢永海.徐哲远.高洪涛.基于PLC驱动控制步进电机的设计与实现【J】吉林：装甲兵技术学院.2010
【20】 袁翔.西门子S7 PLC模拟量输入信号处理简化方法探讨【J】上海;上海宝信软件股份有限公司自动化三部.2006
【21】 陈果.PLC控制步进电机分度的实现与设计【J】洛阳：洛阳LYC轴承有限公司技术中心.2010
【22】 王玉德.刘景斌.韩翠玲.基于PLC的步进电机的驱动控制【J】山东：山东省机电学校.2007
【23】 王红梅.方贵盛.基于PLC与步进电机的气动搬运机械手控制【J】浙江：浙江水利水电专科学校.2009
【24】 马茂东.杨红梅.基于SCM和PLC的两种步进电机控制方法.【J】北京：中国兵器工业标准化研究所.2007
【25】 李移伦.一种基于PLC控制的步进电机防失步运行策略【J】湖南：湖南铁道职业技术学院.2008
【26】 胡晓宇.用PLC控制步进电机【J】广东：广东省佛山市山水区技工学校.2006