PLC任務5步進電機控制裝置課件

1、單元三 功能指令應用 掌握S7-200的高速脈沖輸出指令應用 知識目標技能目標正確選用高速脈沖輸出指令編寫控制程序 了解步進電動機及其驅(qū)動裝置 掌握步進電動機控制編程技巧 任務描述 如圖所示，為二相八拍混合式步進電動機結(jié)構(gòu)示意圖，其主要特點是體積小，具有較高的啟動和運行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等。任務分析 步進電動機采用串聯(lián)型接法，由步進電動機驅(qū)動器控制。本任務要求利用高速脈沖輸出指令編制PLC控制程序，實現(xiàn)步進電動機的正反轉(zhuǎn)控制。 相關知識一、高速脈沖輸出 高速脈沖輸出指令（PLS）檢查為脈沖輸出設置的特殊存儲器位，然后啟動由特殊存儲器位定義的高速脈沖輸出指令，如圖所示。高速脈沖由Q0.0或Q0.1

2、輸出，指令的操作數(shù)Q0.X為0或1。 每個CPU有兩個PTO/PWM（脈沖列/脈沖寬度調(diào)制器）發(fā)生器，分別通過數(shù)字量輸出點Q0.0或Q0.1輸出高速脈沖列和寬度可調(diào)的脈沖波形。 相關知識 PTO/PWM發(fā)生器與輸出狀態(tài)寄存器共同使用Q0.0及Q0.1。當Q0.0或Q0.1被設置為PTO或PWM功能時，PTO/PWM發(fā)生器控制輸出，在輸出點禁止使用數(shù)字輸出功能，此時輸出波形不受輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)、輸出強制或立即輸出指令的影響。不使用PTO/PWM發(fā)生器時，Q0.0與Q0.1作為普通的數(shù)字量輸出使用。在啟動PTO或PWM操作之前，用R指令將Q0.0或Q0.1置為0。 每個PTO/PWM生成器有一

3、個8位的控制字節(jié)，一個16位無符號的周期值或脈沖寬度值，以及一個無符號32位脈沖計數(shù)值。這些值全部存儲在指定的特殊存儲器區(qū)，它們被設置好后，通過執(zhí)行PLS指令來啟動操作。PLS指令使CPU讀取特殊存儲器位，并對PTO/PWM發(fā)生器進行編程。 通過修改特殊存儲器區(qū)數(shù)值，可改變PTO或PWM輸出波形的特性。將控制字節(jié)（SM67.7或SM77.7）的PTO/PWM有效位設置為0，可以在任意時刻禁止PTO或PWM波形輸出。 所有控制字節(jié)、周期、脈沖寬度和脈沖數(shù)的默認值均為0。 PTO/PWM的輸出負載至少應為額定負載的10%，才能提供陡直的上升沿或下降沿。相關知識 PTO/PWM控制寄存器與有關的特殊

4、存儲器見表。如果要裝入新的脈沖數(shù)、脈沖寬度或周期，應在執(zhí)行PLS指令前將它們裝入相應的控制寄存器（SMB66或SMB67）。PTO/PWM控制寄存器及有關的特殊存儲器 相關知識二、PTO功能 PTO功能是提供周期與脈沖數(shù)目可由用戶控制的方波（50%占空比）脈沖列，脈沖寬度與脈沖周期之比稱為占空比。周期范圍為5065 535s或265 535ms。如果設定的周期值為奇數(shù)，就不能保證占空比為50%。如果周期小于兩個時間單位，周期被默認為兩個時間單位（s或ms）。脈沖計數(shù)范圍為14 294 967 295。如果指定的脈沖數(shù)為0，則脈沖數(shù)默認為1。狀態(tài)字節(jié)中的PTO空閑位（SM66.7或SM76.7）

5、用來指示可編程脈沖列輸出是否完成，可以在脈沖列完成時啟動中斷程序。如果使用多段操作，將在輪廓表完成時調(diào)用中斷程序。PTO功能允許脈沖列排隊。當激活的脈沖列輸出結(jié)束時，立即開始新脈沖列的輸出，這樣可以保證輸出脈沖列的連續(xù)性。PTO功能有兩種管線方式：單段管線和多段管線。相關知識1.單段管線 在單段管線中，需要為下一脈沖列更新SM值。啟動了初始PTO段后，必須按照第二段波形的要求立即修改SM值，并再次執(zhí)行PLS指令。管線中每次只能存儲一段脈沖列的參數(shù)，第一段脈沖列完成后，接著輸出第二段脈沖列；重復上述過程，輸入新的脈沖列參數(shù)。除了下面的情況外，脈沖列之間可以平穩(wěn)地過渡。（1）改變了時間基準。（2）

6、利用PLS指令捕捉到新的脈沖列設置之前，激活脈沖列已經(jīng)完成。當管線已滿時，如果試圖裝入脈沖列參數(shù)，狀態(tài)字節(jié)的PTO管線溢出位（SM66.6或SM76.6）被置1。PLC進入RUN模式時，該位被初始化為0。如果檢測到溢出，必須手工清除該位。2.多段管線 在多段管線中，CPU從V存儲器中的輪廓表自動讀取各脈沖列段的特性。該模式下僅使用特殊存儲器區(qū)的控制字節(jié)和狀態(tài)字節(jié)。選擇多段管線時必須在SMW168或SMW178中裝入輪廓表的V存儲區(qū)的偏移地址。輪廓表中的所有周期必須使用同一時間基準（s或ms），在運行過程中不能改變輪廓表。多段管線可用PLS指令啟動，各段輸入的長度為8字節(jié)，由16位周期值、16位

7、周期增量值和32位脈沖數(shù)值組成。相關知識 多段管線的輪廓表格式見表，多段管線能以指定的脈沖數(shù)自動增加或減少周期。在周期增量區(qū)輸入一個正值將增加周期，輸入一個負值將減小周期，輸入為0則周期不變。如果指定的周期增量值使得在輸出一定數(shù)量的脈沖后導致非法的周期值，會產(chǎn)生一個算術溢出錯誤，同時終止PTO功能，輸出改為由輸出狀態(tài)寄存器控制。另外，狀態(tài)字節(jié)中的增量計算錯誤位（SM66.4或SM76.4）被置為1。將狀態(tài)字節(jié)中的用戶中止位（SM66.5或SM76.5）置為1，就可以中止正在運行的PTO輪廓。運行PTO輪廓時，SMB166或SMB176提供當前激活輪廓的段數(shù)。 多段管線的輪廓表格式 相關知識3.

8、輪廓表的數(shù)據(jù)計算 PTO發(fā)生器的多段管線方式在步進電動機控制中應用廣泛。步進電動機加速啟動、恒速運行和減速過程如圖所示，用此例說明如何計算輪廓表中的數(shù)據(jù)。假設3段的脈沖總數(shù)為4000，啟動和結(jié)束時的脈沖頻率為2kHz，最大脈沖頻率為10kHz。由于輪廓表中的值是用周期而不是用頻率表示的，需要將給定頻率值轉(zhuǎn)換成周期值。起始和結(jié)束時的周期為500s，最高頻率的周期為100s。1段要求在200個脈沖，頻率從2kHz上升到10kHz；2段為恒速運行段；3段要求在400個脈沖，頻率從10kHz下降到2kHz。 相關知識本例中可用下式來計算PTO發(fā)生器調(diào)整各段脈沖周期的增量值。周期增量值=（ECT-ICT

9、）/Q 式中的ECT、ICT和Q分別是該段結(jié)束時的周期、該段開始時的周期和脈沖數(shù)。利用此公式計算出的1段的周期增量值為-2s，2段的周期增量值為0，3段的周期增量值為1s。假設輪廓表的數(shù)據(jù)存放在從VB500開始的V存儲器區(qū)中，則產(chǎn)生要求波形的輪廓表數(shù)據(jù)見表3-5-3。表中的數(shù)據(jù)可以使用MOV指令送入V存儲器區(qū)，另一種方法是在數(shù)據(jù)塊中定義輪廓表的數(shù)據(jù)。輪廓表的數(shù)據(jù) 相關知識 段內(nèi)最后一個脈沖的周期不在輪廓表中直接給出，必須計算出來。如果需要兩段之間的平滑轉(zhuǎn)換，前一段最后一個脈沖的周期應等于下一段的初始周期。前者的計算公式為：段的最后一個脈沖的周期=ICT+（DEL（Q-1）式中ICT、DEL和Q

10、分別是該段的初始周期、該段的周期增量和該段的脈沖數(shù)。 由于周期增量必須是以s或ms為單位的整數(shù)，每個脈沖都需要修改周期，實際的情況要復雜得多。周期增量的計算可能需要迭代的方法和對給定段的結(jié)束周期或脈沖數(shù)作一定的調(diào)整?？衫孟率接嬎阃瓿山o定輪廓段的時間：輪廓段的持續(xù)時間=Q（ICT+（DEL/2）（Q-1）式中Q、ICT和DEL的意義與前述的相同。相關知識三、PWM功能 PWM功能提供連續(xù)的、可變占空比的脈沖輸出，周期范圍為5065 535s或265 535ms，脈沖寬度范圍為065 535s或065 535ms。當指定的脈沖寬度大于周期值時，占空比為100%，輸出連續(xù)接通。當脈沖寬度為0時，占

11、空比為0%，輸出斷開。如果指定的周期小于兩個時間單位，周期被設為默認值兩個時間單位（s或ms）?？捎孟率龅膬煞N方法改變PWM波形的特性。1.同步更新 如果不要求改變時間基準，可以進行同步更新。同步更新時，波形特性的變化發(fā)生在兩個周期的交界處，可實現(xiàn)平滑過渡。2.異步更新 PWM的典型操作是脈沖寬度變化但周期保持不變，即不要求改變時間基準。如果需要改變PWM發(fā)生器的時間基準，則應使用異步更新。異步更新瞬時關閉PWM發(fā)生器，與PWM的輸出波形不同步，可能引起被控設備的抖動。因此，建議選擇一個適用于所有周期時間的時間基準，使用同步PWM更新。 控制字節(jié)的PWM更新方法位（SM67.4或SM77.4）

12、用來指定更新方法，執(zhí)行PLS指令使更新生效。如果改變了時間基準，不管PWM更新方法位的狀態(tài)如何，都會產(chǎn)生一個異步更新。序號名稱規(guī)格數(shù)量1計算機硬盤空間350M以上12操作系統(tǒng)Windows 2000,SP3以上13S7-200 CPUCPU221以上14PC/PPI電纜RS-232C/PPI或USB/PPI15編程軟件STEP7-Micro/WIN V3.2或V4.016步進電機控制裝置模擬板 與PLC和電源匹配 1工具、設備清單 任務準備任務實施一、PLC硬件接線根據(jù)任務分析，按照圖所示進行PLC硬件接線。任務實施二、編輯符號表編輯符號表如圖所示。任務實施三、設計梯形圖程序步進電動機控制系統(tǒng)

13、梯形圖程序如圖所示。主程序部分：任務實施任務實施子程序（SBR-0）部分：任務實施子程序（SBR-1）部分：檢查評議項目主要內(nèi)容評分標準配分扣分得分任務完成情況安裝與接線1.元件布置不整齊、不勻稱、不合理；每只扣2分2.元件安裝不牢固、漏裝螺釘；每只扣1分3.損壞元件；扣5分4.接點松動、露銅過長、反圈、壓絕緣層；每處扣1分5.損傷導線絕緣或線芯；每根扣1分6.不按PLC控制I/O接線圖接線；每處扣2分40程序輸入及調(diào)試1.不會熟練操作計算機鍵盤輸入指令；扣2分2.不會用刪除、插入、修改等指令；每項扣2分3. 第一次調(diào)試不成功；扣8分 第二次次不成功；扣15分 第三次次不成功；扣30分40評分

14、表1檢查評議項目主要內(nèi)容評分標準配分扣分得分綜合能力職業(yè)素養(yǎng)1.學習主動性差，學習準備不充分；扣2分2.團隊合作意識差，缺乏協(xié)作精神；扣2分3.語言表達不規(guī)范；扣2分4.時間觀念不強，工作效率低；扣2分5.不注重工作質(zhì)量與工作成本；扣2分10安全文明生產(chǎn)1.安全意識差，不安安全生產(chǎn)規(guī)程操作；扣10分2.勞動保護穿戴不整齊；扣10分3.施工后不清理現(xiàn)場；扣5分10定額時間15min，每超時5min 扣5分備注除定額時間外，各項目的最高扣分不應超過配分數(shù)合計100開始時間結(jié)束時間實際用時評分表2擴展知識一、步進電動機 步進電動機是一種用電脈沖進行控制，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應角位移的電動機。因此，步進電動機又稱為脈沖電動機，即給一個電脈沖信號，電動機就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步。步進電動機的基本原理如圖所示。圖 步進電動機的基本原理a）工作原理 b）控制電脈沖 c）轉(zhuǎn)角 擴