PLC實現(xiàn)步進電機的正反轉(zhuǎn)及調(diào)整控制

1、 .WORD完美格式. 實訓(xùn)課題三 PLC實現(xiàn)步進電機正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制一、實驗?zāi)康?、掌握步進電機的工作原理2、掌握帶驅(qū)動電源的步進電機的控制方法3、掌握DECO指令實現(xiàn)步進電機正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制的程序二、實訓(xùn)儀器和設(shè)備1、FX2N-48MR PLC一臺2、兩相四拍帶驅(qū)動電源的步進電機一套3、正反切換開關(guān)、起停開關(guān)、增減速開關(guān)各一個三、步進電機工作原理步進電機是純粹的數(shù)字控制電動機，它將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，圖3-1是一個三相反應(yīng)式步進電機結(jié)圖。從圖中可以看出，它分成轉(zhuǎn)子和定子兩部分。定子是由硅鋼片疊成，定子上有六個磁極（大極），每兩個相對的磁極（N、

2、S極）組成一對。共有3對。每對磁極都繞有同一繞組，也即形成1相，這樣三對磁極有3個繞組，形成三相?？梢缘贸?，三相步進電機有3對磁極、3相繞組；四相步進電機有4對磁極、四相繞組，依此類推。反應(yīng)式步進電動機的動力來自于電磁力。在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被強行推動到最大磁導(dǎo)率（或者最小磁阻）的位置，如圖3-1（a）所示，定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊的位置，并處于平衡狀態(tài)。對三相異步電動機來說，當某一相的磁極處于最大導(dǎo)磁位置時，另外兩相相必處于非最大導(dǎo)磁位置，如圖3-1（b）所示，即定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒不對齊的位置。把定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊的狀態(tài)稱為對齒，把定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒不對齊的狀態(tài)稱為錯齒。錯齒的存在是步進

3、電機能夠旋轉(zhuǎn)的前提條件，所以，在步進電機的結(jié)構(gòu)中必須保證有錯齒的存在，也就是說，當某一相處于對齒狀態(tài)時，其它繞組必須處于錯齒狀態(tài)。本實驗的電機采用兩相混合式步進電機，其內(nèi)部上下是兩個磁鐵，中間是線圈，通了直流電以后，就成了電磁鐵，被上下的磁鐵吸引后就產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn)。因為中間連接的電磁鐵的兩根線不是直接連接的，是采用在轉(zhuǎn)軸的位置用一根滑動的接觸片。這樣如果電磁鐵轉(zhuǎn)過了頭，原先連接電磁鐵的兩根線剛好就相反了，所以電磁鐵的N極S極就和以前相反了。但是電機上下的磁鐵是不變的，所以又可以繼續(xù)吸引中間的電磁鐵。當電磁鐵繼續(xù)轉(zhuǎn)，由于慣性又轉(zhuǎn)過了頭，所以電極又相反了。重復(fù)上述過程就步進電機轉(zhuǎn)了。根據(jù)這個原理，如圖

4、3-2所示，兩相步進電機的轉(zhuǎn)動步驟，以正轉(zhuǎn)為例：由圖可見，現(xiàn)相異步電機正轉(zhuǎn)過程分為四個步驟，即A相正方向電流、B相正方向電流、A向反方向電流和B相反方向電流。反轉(zhuǎn)工作的順序與之相反。A、B兩相線圈不是固定的電流方向，這與其它步進電機的控制邏輯有所不同。因此，控制步進電機轉(zhuǎn)動時，必須考慮用換相的思路設(shè)計實驗線路。可以根據(jù)模擬驅(qū)動電路的功能和plc必須的邏輯關(guān)系進行程序設(shè)計。四、采用步進電機驅(qū)動器的控制方式利用步進電機驅(qū)動器可以通過PLC的高速輸出信號控制步進電機的運動方向、運行速度、運行步數(shù)等狀態(tài)。其中：步進電機的方向控制，只需要通過控制U/D端的On和Off就能決定電機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；將光耦隔離

5、的脈沖信號輸入到CP端就能決定步進電機的速度和步數(shù)；控制FREE信號就能使電機處于自由狀態(tài)。因此PLC的控制程序相當簡單，只需通過PLC的輸出就能控制步進電機的方向、轉(zhuǎn)速和步數(shù)。不必通過PLC控制電機換相的邏輯關(guān)系，也不必另外添加驅(qū)動電路。實訓(xùn)面板見圖3-4，梯形圖見圖3-5。本程序是利用D0的變化，改變T0的定時間隔，從而改變步進電機的轉(zhuǎn)速。通過兩個觸點比較指令使得D0只能在1050之間變化，從而控制步進間隔是1S5S之間，I/O分配表見表3-1。表3-1 I/O分配表輸入點輸出點X0正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)方向Y0電機控制脈沖X1電機轉(zhuǎn)動Y1正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)運行X2電機停止X4頻率增加X5頻率減少 圖3-5

6、梯形圖五、采用PLC直接控制步進電機方式對于兩相步進電機控制，根據(jù)其工作原理，必須考慮其換向的控制方式，因此將其步驟用代號分解，則為：實現(xiàn)電流方向A+A-、實現(xiàn)電流方向B+B-、實現(xiàn)電流方向A-A+、實現(xiàn)電流方向B-B+。如果反轉(zhuǎn)則按照、的順序控制。PLC的I/O分配表按照表3-2，分配圖按照圖3-6，梯形圖見圖3-7。表3-2 PLC的I/O分配表輸入點輸出點X0正轉(zhuǎn)運行COM1DC+12VX1反轉(zhuǎn)運行Y0A+X2自動/手動Y1B+X3單步運行Y2A-X4頻率增加Y3B-X5頻率減少COM2DC+12V GNDY4A-Y5B-Y6A+Y7B+步進電機正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制的梯形圖如圖3-7所示，程

7、序中采用積算定時器T246為脈沖發(fā)生器，因系統(tǒng)配置的PLC為繼電器輸出類型，其通斷頻率過高有可能損壞PLC，故設(shè)定范圍為K200ms1000ms，則步進電機可獲得110步/秒的變速范圍，（X0為ON時，正轉(zhuǎn)，X1為ON時；反轉(zhuǎn)）。X0為ON時，輸出正脈沖列，步進電機正轉(zhuǎn)。當X0為ON時，T246以D0值為預(yù)置值開始計時，時間到，T246導(dǎo)通，執(zhí)行DECO指令，根據(jù)D1數(shù)值（首次為0），指定M10輸出，Y0、Y4為ON，步進電機A相通電，且實現(xiàn)電流方向A+A-；D1加1，然后，T246馬上自行復(fù)位，重新計時，時間到，T246又導(dǎo)通，再執(zhí)行DECO指令，根據(jù)D1數(shù)值（此次為1），指定M11輸出，Y

8、1、Y5為ON，步進電機B相通電，且實現(xiàn)電流方向B+B-；D1加1，T246馬上又自行復(fù)位，重新計數(shù)，時間到，T246又導(dǎo)通，再執(zhí)行DECO指令，根據(jù)D1數(shù)值（此次為2），指定M12輸出，Y2、Y6為ON，步進電機A相通電，且實現(xiàn)電流方向A-A+；D1加1，T246馬上又自行復(fù)位，重新計時，時間到，T246又導(dǎo)通，再執(zhí)行DECO命令，根據(jù)D1數(shù)值（此次為3），指定M13輸出，Y3、Y7為ON，步進電機B相通電，且實現(xiàn)電流方向B-B+；當M13為ON，D1復(fù)位，重新開始新一輪正脈沖系列的產(chǎn)生。X1為ON時，輸出反脈沖列，步進電機正轉(zhuǎn)。當X1為ON時，T246以D0值為預(yù)置值開始計時，時間到，T2

9、46導(dǎo)通，執(zhí)行DECO指令，根據(jù)D1數(shù)值（首次為0），指定M10輸出，Y3、Y7為ON，步進電機B相通電，且實現(xiàn)電流方向B-B+；依此類推，完成實現(xiàn)A相反方向電流、B相正方向電流、A相正方向電流三個脈沖列輸出；當M13為ON，D1復(fù)位，重新開始新一輪正脈沖系列的產(chǎn)生。當X2為ON時，程序由自動轉(zhuǎn)為手動模式，當X0（X1）為ON時，每點動一次X3，對D1數(shù)值（首次為0）加1，分別指定M10、M11、M12及M13輸出，從而完成一輪正（反）脈沖系列的產(chǎn)生。第73步中，當X4為ON，M8012為ON，M4為ON，且D0當前值<K1000，則D0即加1。第88步中，當X5為ON，M8012為ON，M4為ON，且D0>K200，由D0即減1。六、程序調(diào)試及執(zhí)行調(diào)速時按X4或X5按鈕，觀察D0的變化，當變化值為所需速度時釋放。如動作情況與控制要求一致表明程序正確，保存程序。如果發(fā)現(xiàn)程序運行與控制要求不符，應(yīng)仔細分析，找出原因，重新修改，直到程序與控制要求相符為止。七、實訓(xùn)思考練習(xí)題如果調(diào)速需經(jīng)常進行，可將D0的內(nèi)容顯示出來，試設(shè)想方案，修改程序，并實驗。 圖3-7 步進電機正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制程序說明1、步驟0，指定脈沖序列輸出順序移位值；2、當X0為ON，輸出正脈沖序列，電機正轉(zhuǎn)；當X1為ON，輸出負脈沖序列，電機反轉(zhuǎn)；3、當X2為ON，