《LC控制步進(jìn)電機(jī)》word版

1、 PLC控制步進(jìn)電機(jī)基于PLC的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制一、 步進(jìn)電機(jī)工作原理 1. 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置

2、等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單 2. 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理及結(jié)構(gòu) 電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi)。0、1/3、2/3,即A與齒1相對(duì)齊，B與齒2向右錯(cuò)開(kāi)1/3，C與齒3向右錯(cuò)開(kāi)2/3，A與齒5相對(duì)齊，（A就是A，齒5就是齒1） 3. 旋轉(zhuǎn) 如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1與A對(duì)齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力，以下均同）。如B相通電，A，C相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3，此時(shí)齒3與C偏移為1/3，齒4與A偏移（-1/3）=2/3。如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3，此時(shí)齒4與

3、A偏移為1/3對(duì)齊。 如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3 這樣經(jīng)過(guò)A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按A，B，C，A通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ) 拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C

4、-CD-D-DA-A. 步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用表示。=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。 4. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特征 1) 運(yùn)轉(zhuǎn)需要的三要素：控制器、驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 以上三部分是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的三部分?？刂破饔纸忻}沖產(chǎn)生器，目前主要有PLC、單片機(jī)、運(yùn)動(dòng)板卡等等。 2) 運(yùn)轉(zhuǎn)量與脈沖數(shù)的比例關(guān)系 二、 西門(mén)子S7-200 CPU 224 XP CN 本機(jī)集成14輸入/10輸出共14個(gè)數(shù)字量I/

5、O點(diǎn)。2輸入/1輸出3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或38路模擬量I/O點(diǎn)。22K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30KHz高速計(jì)數(shù)器，2個(gè)獨(dú)立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個(gè)RS458通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)能力的控制器。三、 三相異步電動(dòng)機(jī)DF3A驅(qū)動(dòng)器 1.產(chǎn)品特點(diǎn) 可靠性高:數(shù)字技術(shù)和單片機(jī)的應(yīng)用,使得驅(qū)動(dòng)器線路簡(jiǎn)單可靠;合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、防護(hù)性能好；短路、過(guò)流、超溫、欠壓保護(hù)線路提供全面、可靠的保護(hù)、大大提高了步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的可靠性。

6、低速性能好：引入單片機(jī)進(jìn)行軟環(huán)分及矢量細(xì)分，實(shí)現(xiàn)1:1平滑細(xì)分及5、10、20倍矢量細(xì)分，使得步進(jìn)電機(jī)低速運(yùn)行平穩(wěn)，避免振蕩及失步。矢量細(xì)分技術(shù)的應(yīng)用，使得與m級(jí)位置控制器配套的步進(jìn)系統(tǒng)輸出精度接近m級(jí)。高速性能優(yōu)：輸入信號(hào)頻率不大于250kHz（20細(xì)分時(shí)），輸出電流頻率可達(dá)15kH。由于采用單高壓（300V）恒流斬波，高速特性好，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)空載運(yùn)行最高速不低于7.0mm/min適用面廣：輸出電流3A10A可調(diào)，可驅(qū)動(dòng)90BF、110BF、130BF步進(jìn)電機(jī)，輸出轉(zhuǎn)矩2Nm25Nm。 2.主要技術(shù)參數(shù) 四、 PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接口原理圖五、 PLC控制實(shí)例的流程圖及梯形圖 1. 控制要

7、求 1) 要求點(diǎn)機(jī)能正反轉(zhuǎn) 2) 電機(jī)有高低速兩檔 3) 電機(jī)位移和距離有兩檔 4) 要求說(shuō)明用PLS原理 5) 所有換擋均需要在電機(jī)停止時(shí)進(jìn)行 2. 流程圖 3. 梯形圖| 管理 | 設(shè)為最佳回復(fù)上面的“PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接口原理圖 ”太大顯示不全，下面是縮小版的！| 管理 | 設(shè)為最佳回復(fù)|步進(jìn)電機(jī)的定位控制plc輸出的集成脈沖可通過(guò)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行定位控制。關(guān)于定位控制，調(diào)節(jié)和控制操作之間存在一些區(qū)別。步進(jìn)電機(jī)不需要連續(xù)的位置控制，而在控制操作中得到應(yīng)用。在以下的程序例子中，借助于cpu214所產(chǎn)生的集成脈沖輸出，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)的位置控制。雖然這種類型的定位控制不需要參考點(diǎn)，本例

8、還是粗略地描述了確定參考點(diǎn)的簡(jiǎn)單步驟。因?yàn)閷?shí)際上它總是相對(duì)一根軸確定一個(gè)固定的參考點(diǎn)，因此，用戶借助于一個(gè)輸入字節(jié)的對(duì)偶碼(dual coding)給cpu指定定位角度。用戶程序根據(jù)該碼計(jì)算出所需的定位步數(shù)，再由cpu輸出相關(guān)個(gè)數(shù)的控制脈沖。1、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖1所示： 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2、 硬件配置 如表1所示：3、軟件結(jié)構(gòu) 3.1 plc的輸入信號(hào)與輸出信號(hào) plc的部分輸入信號(hào)與輸出信號(hào)，以及標(biāo)志位如表2所示。3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) plc的程序框圖如圖2所示。 3.3 初始化 在程序的第一個(gè)掃描周期(sm0.1=1)，初始化重要參數(shù)。選擇旋轉(zhuǎn)方向和解除聯(lián)鎖。 3.4 設(shè)置和取消參考點(diǎn) 如果

9、還沒(méi)有確定參考點(diǎn)，那么參考點(diǎn)曲線應(yīng)從按“start”按扭(i1.0)開(kāi)始。cpu有可能輸出最大數(shù)量的控制脈沖。在所需的參考點(diǎn)，按“設(shè)置/取消參考點(diǎn)”開(kāi)關(guān)(i1.4)后，首先調(diào)用停止電機(jī)的子程序。然后，將參考點(diǎn)標(biāo)志位m0.3置成1，再把新的操作模式“定位控制激活”顯示在輸出端q1.0。 如果i1.4的開(kāi)關(guān)已激活，而且“定位控制”也被激活(m0.3=1)，則切換到“參考點(diǎn)曲線”參考點(diǎn)曲線。在子程序1中，將m0.3置成0，并取消“定位控制激活”的顯示(q1.0=0)。此外，控制還為輸出最大數(shù)量的控制脈沖做準(zhǔn)備。當(dāng)再次激活i1.4開(kāi)關(guān)，便在兩個(gè)模式之間切換。如果此信號(hào)產(chǎn)生，同時(shí)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，那么電機(jī)就自

10、動(dòng)停止。 實(shí)際上，一個(gè)與驅(qū)動(dòng)器連接的參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)將代替手動(dòng)操作切換開(kāi)關(guān)的使用，所以，參考點(diǎn)標(biāo)志能解決模式切換。 3.5 定位控制 如果確定了一個(gè)參考點(diǎn)(m0.3=1)而且沒(méi)有聯(lián)鎖，那么就執(zhí)行相對(duì)的定位控制。在子程序2中，控制器從輸入字節(jié)ibo讀出對(duì)偶碼方式的定位角度后，再存入字節(jié)mb11。與此角度有關(guān)的脈沖數(shù)，根據(jù)下面的公式計(jì)算: n=/360s 式中:n-控制脈沖數(shù) -旋轉(zhuǎn)角度 s-每轉(zhuǎn)所需的步數(shù) 該程序所使用的步進(jìn)電機(jī)采用半步操作方式(s=1000)。在子程序3中循環(huán)計(jì)算步數(shù)，如果現(xiàn)在按“start”按鈕(i1.0)，cpu將從輸出端q0.0輸出所計(jì)算的控制脈沖個(gè)數(shù)，而且電機(jī)將根據(jù)相應(yīng)的步數(shù)

11、來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在內(nèi)部將“電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)”的標(biāo)志位m0.1置成1。 在完整的脈沖輸出之后，執(zhí)行中斷程序0，此程序?qū)0.1置成0，以便能夠再次起動(dòng)電機(jī)。 3.6 停止電機(jī) 按“stop”(停止)按扭(i1.1)，可在任何時(shí)候停止電機(jī)。執(zhí)行子程序0中與此有關(guān)的指令。4、 程序和注釋 /標(biāo)題:用脈沖輸出進(jìn)行定位控制 /主程序 ld sm0.1 /僅首次掃描周期sm0.1才為1。 r m0.0，128 /md0至md12復(fù)位 atch 0，19 /把中斷程序0分配給中斷事件19(脈沖串終止) eni /允許中斷 /脈沖輸出功能的初始化 movw 500，smw68 /脈沖周期t=500us movw 0,smw

12、70 /脈沖寬度為0(脈沖調(diào)制) movd 429496700，smd72 /為參考點(diǎn)設(shè)定的最大脈沖數(shù) /設(shè)置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) ldn m0.1 /若電機(jī)停止 a i1.5 /且旋轉(zhuǎn)方向開(kāi)關(guān)=1 s q0.2，1 /則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(q0.2=1) /設(shè)置順時(shí)針旋轉(zhuǎn) ldn m0.1 /若電機(jī)停止 an i1.5 /且旋轉(zhuǎn)方向開(kāi)關(guān)=0 r q0.2，1 /則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(q0.2=0) /聯(lián)鎖 ld i1.1 /若按“stop”(停止)按鈕 s m0.2，1 /則激活聯(lián)鎖(m0.2=1) /解除聯(lián)鎖 ldn i1.1 /若“start”(啟動(dòng))按鈕松開(kāi) an i1.0/且“stop”(停止)按鈕松開(kāi) r

13、m0.2，1 /則解除聯(lián)鎖(m0.2=0)/確定操作模式(參考點(diǎn)定位控制) ld i1.4 /若按“設(shè)置/取消參考點(diǎn)”按鈕 eu /上升沿 call 1 /則調(diào)用子程序1 /啟動(dòng)電機(jī) ld i1.0 /若按“start”(啟動(dòng))按鈕 eu /上升沿 an m0.1 /且電機(jī)停止 an m0.2 /且無(wú)聯(lián)鎖 ad smd72，1 /且步數(shù)1，則 movb 16#85，smb67 /置脈沖輸出功能(pto)的控制位 pls 0 /啟動(dòng)脈沖輸出(q0.0) s m0.1，1 /“電機(jī)運(yùn)行”標(biāo)志位置位(m0.1=1) /定位控制 ld m0.3 /若已激活“定位控制” 操作模式 an m0.1 /且電

14、機(jī)停止 call 2 /則調(diào)用子程序2 /停止電機(jī) ld i1.1 /若按“stop”(停止)按鈕 eu /上升沿 a m0.1 /且電機(jī)運(yùn)行，則 call 0 /則調(diào)用子程序0 mend /主程序結(jié)束 /子程序1 sbr 0 /子程序0停止電機(jī) movb 16#cb，smb67 /激活脈寬調(diào)制 pls 0 /停止輸出脈沖到q0.0 r m0.1，1 /“電機(jī)運(yùn)行”標(biāo)志位復(fù)位(m0.1=0) ret /子程序0結(jié)束 sbr1 /子程序1，“確定操作模式” ld m0.1 /若電機(jī)運(yùn)行 call 0 /則調(diào)用子程序0，停止電機(jī) /申請(qǐng)“參考點(diǎn)曲線” ld m0.3 /若已激活“定位控制”，則 r

15、 m0.3，1 /參考點(diǎn)標(biāo)志位;復(fù)位(m0.3=0) r q1.0，1 /取消“定位控制激活”信息(q1.0=0) movd 429496700，smd72 /為新的“參考點(diǎn)曲線”設(shè)定最大的脈沖數(shù)。 cret /條件返回到主程序。 /申請(qǐng)“定位控制” ldn m0.3 /若未設(shè)置參考點(diǎn)(m0.3=0)，則 s m0.3，1 /參考點(diǎn)標(biāo)志位置位(m0.3=1) s q1.0，1 /輸出“定位控制激活”信息(q1.0=1) ret /子程序1結(jié)束 /子程序2 sbr2 /子程序2，“定位控制” movb ib0，mb11 /把定位角度從ibo拷到md8的最低有效字節(jié)mb11。 r m8.0，24

16、/mb8至mb10清零 div 9，md8 /角度/9=q1+r1 movw mw8，mw14 /把r1存入md12 mul 25，md8 /q125md8 mul 25，md12 div 9，md12 / r1259= q2+r2 call 3 /在子程序3中循環(huán)步數(shù) movw 0，mw12 /刪除r2 +d md12，md8 /把步數(shù)寫(xiě)入md8 movd md8，smd72 /把步數(shù)傳到smd72 ret /子程序2結(jié)束 /子程序3 sbr3 /子程序3，“循環(huán)步數(shù)” ldwmw12，5 /如果r259，則 incw mw14 /步數(shù)增加1。 ret /子程序3結(jié)束 /中斷程序0，“脈沖輸

17、出終止” int0 /中斷程序0 r m0.1，1 /“電機(jī)運(yùn)行”標(biāo)志位復(fù)位(m0.1=0) ret /子程序0結(jié)束 | 管理 | 設(shè)為最佳回復(fù)。 | 管理 | 設(shè)為最佳回復(fù)| 管理 | 設(shè)為最佳回復(fù)| 管理 | 設(shè)為最佳回復(fù) 基于PLC的步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、控制要求： 能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)和停止、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)及改變轉(zhuǎn)速。 能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的單四拍、雙四拍、單雙八拍運(yùn)行。 當(dāng)按下按鈕SB1時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以單四拍方式和500MS/步的頻率順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行30步后停止； 當(dāng)按下按鈕SB2時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以單四拍方式和500MS/步的頻率逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行30步后停止； 當(dāng)按下按鈕SB3時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以

18、雙四拍方式和500MS/步的頻率順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行30步后停止； 當(dāng)按下按鈕SB4時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以雙四拍方式和500MS/步的頻率和逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行30步后停止； 當(dāng)按下按鈕SB5時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以單雙八拍方式和500MS/步的頻率順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行30步后停止； 當(dāng)按下按鈕SB6時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以單雙八拍方式和500MS/步的頻率逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行30步后停止； 任何時(shí)刻按下按鈕SB7，步進(jìn)電機(jī)停止。 二、設(shè)計(jì)方案論證及電路圖 (PLC的輸入輸出接線圖、編程元件地址分配表、硬件組態(tài)、控制程序) 2.1 PLC的輸入輸出接線圖： 附圖一 控制兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路接線圖2.2編程元件地址分配表： PlC編程元件

19、的地址分配及相應(yīng)符號(hào)表 2.3硬件組態(tài)： PLC硬件組態(tài)表： 2.4控制程序： 線性化控制程序(雙四拍)： | 管理 | 設(shè)為最佳回復(fù) 利用松下FP1可編程序控制器可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和位置的控制，方便可靠地進(jìn)行各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)?？刂品椒八悸罚?、FP1的特殊功能： (1) 脈沖輸出 FP1的輸出端Y7可輸出脈沖，脈沖頻率可通過(guò)軟件編程進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出頻率范圍為360Hz5kHz。 (2) 高速計(jì)數(shù)器（HSC） FP1內(nèi)部有高速計(jì)數(shù)器，可同時(shí)輸入兩路脈沖，最高計(jì)數(shù)頻率為10kHz，計(jì)數(shù)范圍-8388608+8388607。 (3) 輸入延時(shí)濾波 FP1的輸入端采用輸入延時(shí)濾波，可防止因開(kāi)關(guān)機(jī)械抖動(dòng)帶來(lái)的不可靠性，其延時(shí)時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為1ms128ms。 (4) 中斷功能 FP1