PLC與步進(jìn)電機的運動控制

1、PLC與步進(jìn)電機的運動控制S7-200 PLC、變頻器與觸摸屏綜合應(yīng)用、變頻器與觸摸屏綜合應(yīng)用多媒體教學(xué)光盤多媒體教學(xué)光盤第第5講講 PLC與步進(jìn)電機的運動控制與步進(jìn)電機的運動控制 一、運動小車裝置介紹一、運動小車裝置介紹二、運動控制與步進(jìn)電機二、運動控制與步進(jìn)電機 三、光柵尺三、光柵尺四、基于四、基于PLC與步進(jìn)電機的小車自動往返控制與步進(jìn)電機的小車自動往返控制五、基于五、基于PLC與步進(jìn)電機的位置閉環(huán)控制與步進(jìn)電機的位置閉環(huán)控制一、運動小車裝置介紹一、運動小車裝置介紹二、運動控制與步進(jìn)電機二、運動控制與步進(jìn)電機 1、運動控制、運動控制 （1）運動控制系統(tǒng)簡介 運動控制系統(tǒng)是一門有關(guān)如何對物

2、體位置和速度進(jìn)行精密控制的技術(shù)，典型的運動控制系統(tǒng)由三部分組成：控制部分、驅(qū)動部分和執(zhí)行部分。 步進(jìn)電機的運行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動，這種裝置就是步進(jìn)電機驅(qū)動器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號，加以放大以驅(qū)動步進(jìn)電機。步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比，控制步進(jìn)電機脈沖信號的頻率，可以對電機精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個數(shù)，可以對電機精確定位。 （2）常用術(shù)語 步進(jìn)角：每輸入一個電脈沖信號時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步進(jìn)角。步進(jìn)角的大小可直接影響電機的運行精度。 整步：最基本的驅(qū)動方式，這種驅(qū)動方式的每個脈沖使電機移動一個基本步矩角。例如：標(biāo)準(zhǔn)兩相電機的一圈共有200個步矩角，則整步驅(qū)動方式下，每個脈沖使

3、電機移動1.8。 半步：在單相激磁時，電機轉(zhuǎn)軸停至整步位置上，驅(qū)動器收到下一個脈沖后，如給另一相激磁且保持原來相繼續(xù)處在激磁狀態(tài)，則電機轉(zhuǎn)軸將移動半個基本步矩角，停在相鄰兩個整步位置的中間。如此循環(huán)地對兩相線圈進(jìn)行單相然后兩相激磁，步進(jìn)電機將以每個脈沖半個基本步矩角的方式轉(zhuǎn)動。 細(xì)分細(xì)分：細(xì)分就是指電機運行時的實際步矩角是基本步矩角的幾分之一。如：驅(qū)動器工作在10細(xì)分狀態(tài)時，其步矩角只為電機固有步矩角的十分之一，也就是說：當(dāng)驅(qū)動器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖，電機轉(zhuǎn)動1.8，而用細(xì)分驅(qū)動器工作在10細(xì)分狀態(tài)時，電機只轉(zhuǎn)動了0.18。細(xì)分功能完全是由驅(qū)動器靠精度控制電機的相

4、電流所產(chǎn)生的，與電機無關(guān)。2、步進(jìn)電機、步進(jìn)電機 （1）步進(jìn)電機的選型 a、驅(qū)動器的電流。電流是判斷驅(qū)動器能力大小的依據(jù)，是選擇驅(qū)動器的重要指標(biāo)之一，通常驅(qū)動器的最大額定電流要略大于電機的額定電流，通常驅(qū)動器有2.0、35、6.0和8.0A。 b、驅(qū)動器的供電電壓。供電電壓是判斷驅(qū)動器升速能力的標(biāo)志，常規(guī)電壓供給有24V（DC）、40V（DC）、60V（DC）、80V（DC）、110V（AC）、220V（AC）等。 c、驅(qū)動器的細(xì)分。細(xì)分是控制精度的標(biāo)志，通過增大細(xì)分能改善精度。步進(jìn)電機都有低頻振蕩的特點，如果電機需要工作在低頻共振區(qū)工作，細(xì)分驅(qū)動器是很好的選擇。此外，細(xì)分和不細(xì)分相比，輸出轉(zhuǎn)

5、矩對各種電機都有不同程度的提升。（2）步進(jìn)電機驅(qū)動器本系統(tǒng)中采用兩相混合式步進(jìn)電機驅(qū)動器 YKA2404MC 細(xì)分驅(qū)動器，其外形如圖所示。 （3）步進(jìn)電機驅(qū)動器的端子與接線（4）步進(jìn)電機驅(qū)動器的細(xì)分設(shè)定YKA2404MC步進(jìn)電機驅(qū)動器共有6個細(xì)分設(shè)定開關(guān)。 三、光柵尺三、光柵尺 光柵尺是用來檢測位移的元件，下面以型號為KA-300為例介紹光柵尺的使用。該光柵尺輸出信號為脈沖信號，通過PLC對該高速脈沖進(jìn)行高速計數(shù)即可實現(xiàn)位移的檢測。 KA-300光柵尺的參數(shù)，該光柵尺在物理位置上有三個Z相脈沖輸出點，相臨兩點的距離為50mm，Z相每發(fā)出一個脈沖，A相或B相就發(fā)出2500個脈沖。 可通過A相與B

6、相的超前與滯后來分析物體運行的方向。通過PLC對A相或B相的脈沖計數(shù)就可以計算出物體所在的位置。A相、B相正交脈沖與Z相脈沖波形圖如圖所示，在該圖中，A相脈沖超前于B相脈沖。光柵尺與PLC按如圖進(jìn)行連接。 四、基于四、基于PLC與步進(jìn)電機的小車自動往返控制與步進(jìn)電機的小車自動往返控制項目一：步進(jìn)電機正反轉(zhuǎn)控制項目一：步進(jìn)電機正反轉(zhuǎn)控制 用S7-200 PLC控制步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。把步進(jìn)電機驅(qū)動器的D2設(shè)置為OFF，即PU為步進(jìn)脈沖信號，DR為方向控制信號。PLC的Q0.0輸出高速脈沖至步進(jìn)電機驅(qū)動器的PU端，Q0.1控制步進(jìn)電機反轉(zhuǎn)。對應(yīng)小車的運行各輸出點分配如下：正轉(zhuǎn)啟動，I0.0；反轉(zhuǎn)啟

7、動，I0.1；向左運行，Q0.0發(fā)脈沖，Q0.1為OFF；向右運行，Q0.0發(fā)脈沖，Q0.1為ON；停止，Q0.0停止發(fā)脈沖，Q0.1為OFF?？刂瞥绦蛉鐖D所示。項目二：運動小車自動往返控制。項目二：運動小車自動往返控制。 按下啟動按鈕后，要求小車能自動往返運行。按下停止按鈕或碰到左右極限開關(guān)，小車自動停止。 I/O分配如表示。設(shè)Q0.1為OFF時小車往左運行，為ON時小車往右運行。五、基于五、基于PLC與步進(jìn)電機的位置閉環(huán)控制與步進(jìn)電機的位置閉環(huán)控制 用PLC的Q0.0向步進(jìn)電機發(fā)出高速脈沖串，步進(jìn)電機驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機帶動小車運行。小車運行軌跡上安裝有位移檢測的DA-300光柵尺，在軌道上

8、安裝有左、右限位開關(guān)和原點開關(guān)，從原點至右行程限位開關(guān)距離小于光柵尺的測量距離。編程實現(xiàn)以下功能：（1）按下回原點按鈕，小車運行至原點后停止，此時小車所處的位置坐標(biāo)為0。系統(tǒng)啟動運行時，首先必須找一次原點位置。（2）當(dāng)小車碰到左限位或右限位開關(guān)動作時，小車應(yīng)立即停止。 （3）設(shè)定A位置對應(yīng)坐標(biāo)值。按下啟動按鈕，小車自動運行到A點后停止5s，再自動返回到原點位置結(jié)束。運行過程中若按停止按鈕則小車立即停止，運行過程結(jié)束。 （4）用光柵尺來檢測小車位移。 （5）設(shè)小車的有效運行軌道為200mm，原點位置坐標(biāo)為0點。 I/O分配及接線圖如圖所示。Q0.0輸出高速脈沖控制小車運行速度，Q0.1控制小車的運行方向。Q0.1為OFF時小車往左運行，為ON時小車往右運行。 分析：用A、B相正交高速計數(shù)器對光柵尺的A、B相輸出脈沖進(jìn)行高速計數(shù)。對高速計數(shù)器選擇4X計數(shù)速率。則高速計數(shù)器從0計數(shù)到10 000個脈沖對應(yīng)的位移變化為50mm，所以1mm對應(yīng)的脈沖數(shù)為200個。若設(shè)定A位置的坐標(biāo)值為60mm，則對應(yīng)的高速計數(shù)器的當(dāng)前值為12 000。 設(shè)A點位置通過元件VD0設(shè)定，數(shù)據(jù)范圍為0200mm。按下啟動按鈕，比較小車當(dāng)前所在位置和A點位置坐標(biāo)，若小車當(dāng)前所在位置大于A點位置坐標(biāo)，則控制小車向右運行，運行到兩個位置值相等時產(chǎn)生一個中斷，使小車立即停止。若小車當(dāng)前所在位置小于A點位置坐標(biāo)，則