步進(jìn)電機(jī)PLC控制 課堂用

會計(jì)學(xué)1步進(jìn)電機(jī)PLC控制課堂用2023/1/18能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)1.能給出步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的功能描述2.能畫出PLC控制系統(tǒng)的輸入輸出接線圖3.能寫出輸入輸出的I/O表4.能完成梯形圖程序的編制5.能寫入軟件驗(yàn)證程序的正確性并運(yùn)行1.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理2.基本輸入輸出指令3.定時器指令、計(jì)數(shù)指令4.高級指令（移位指令MOV和數(shù)據(jù)傳送指令SFTL/SFTR）第1頁/共35頁2023/1/18步進(jìn)電動機(jī)的工作原理與特點(diǎn)原理：步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理,將脈沖信號轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機(jī)。每來一個電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機(jī)械移動一小段距離。它的運(yùn)動形式是步進(jìn)式的。

特點(diǎn)：(1)來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。(2)控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。(3)改變脈沖順序，改變轉(zhuǎn)動方向。(4)角位移量或線位移量與電脈沖數(shù)成正比.第2頁/共35頁步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理1.步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)

步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式和勵磁式兩大類。兩類的區(qū)別在于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子上無勵磁繞組，轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)的磁極是由于定于繞組通電后產(chǎn)生的磁場而生成的。兩類步進(jìn)電機(jī)的動作原理相同，這里以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例進(jìn)行分析。圖5-41是一種三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，它由定子與轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。電機(jī)定子上有六個磁極，每個極上裝有控制繞組，每兩個相對的磁極組成一相。

脈沖分配器放大器步進(jìn)機(jī)負(fù)載脈沖信號第3頁/共35頁步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動受脈沖信號控制，每來一個脈沖信號，定子繞組通電的狀態(tài)就改變一次，而定子繞組通電后產(chǎn)生的磁場對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生作用將使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個角位移。改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的電路稱為脈沖分配器?？刂泼}沖信號來到后，先送到脈沖分配器，經(jīng)過分配器輸出的信號決定各定子繞組通電的順序和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度。步進(jìn)電機(jī)控制電路框圖如圖5-42所示。從分配器輸出的脈沖信號還需經(jīng)過功率放大之后才能送至步進(jìn)電機(jī)的定子繞組。第4頁/共35頁2023/1/18工作方式步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。一、三相單三拍（1）三相繞組聯(lián)接方式：Y型（2）三相繞組中的通電順序?yàn)椋篈相

B相

C相通電順序也可以為：

A相C相B相

第5頁/共35頁2023/1/18（3）工作過程引轉(zhuǎn)子，由于磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，因此會在磁力線扭曲時產(chǎn)生切向力而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。A相通電，A方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁化，吸A相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和AA'對齊。CA'BB'C'A3412第6頁/共35頁2023/1/18CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉(zhuǎn)30；1C'342CA'BB'AC相通電再轉(zhuǎn)30第7頁/共35頁2023/1/18這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。三相單三拍的特點(diǎn)：（1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30。此角稱為步距角，用S表示。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。第8頁/共35頁2023/1/18二、三相單雙六拍三相繞組的通電順序?yàn)椋?/p>

AABBBCCCAA

共六拍。工作過程：A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和A相對齊。CA'BB'C'A3412第9頁/共35頁2023/1/18所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA'通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15°。（1）BB'磁場對2、4齒有磁拉力，該拉力使轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動。A、B相同時通電（2）AA'磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。CA'BB'C'A3412第10頁/共35頁2023/1/18總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為15。CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相對齊，又轉(zhuǎn)了15。第11頁/共35頁2023/1/18三、三相雙三拍三相繞組的通電順序?yàn)椋?/p>

AB

BC

CA

AB共三拍。AB通電CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412BC通電第12頁/共35頁2023/1/18以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30，即S=30。CA通電CA'BB'C'A3412第13頁/共35頁2023/1/18步進(jìn)電機(jī)通過一個電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為步距角。N:一個周期的運(yùn)行拍數(shù),即通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變的次數(shù)Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)如：Zr=40,N=3時步距角拍數(shù)：N=kmk=1單拍制2雙拍制m:相數(shù)第14頁/共35頁

細(xì)分：細(xì)分就是指電機(jī)運(yùn)行時的實(shí)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無關(guān)。第15頁/共35頁脈沖分配器放大器步進(jìn)機(jī)負(fù)載脈沖信號改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的電路稱為脈沖分配器?？刂泼}沖信號來到后，先送到脈沖分配器，經(jīng)過分配器輸出的信號決定各定子繞組通電的順序和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度。第16頁/共35頁步進(jìn)驅(qū)動器原理從步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動原理可以看出，要使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行，必須按規(guī)律控制步進(jìn)電機(jī)的每一相繞組得電。步進(jìn)驅(qū)動器接收外部的信號是方向信號（DIR）和脈沖信號（CP）。另外步進(jìn)電機(jī)在停止時，通常有一相得電，電機(jī)的轉(zhuǎn)子被鎖住，所以當(dāng)需要轉(zhuǎn)子松開時，可以使用脫機(jī)信號（FREE）.第17頁/共35頁步進(jìn)驅(qū)動器環(huán)型分配器的功能：主要是把外部CP端送入的脈沖進(jìn)行分配，給功率放大器，功率放大器相應(yīng)的晶體管導(dǎo)通，步進(jìn)電機(jī)的線圈得電。第18頁/共35頁第19頁/共35頁（3）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的端子與接線第20頁/共35頁

PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)的接線：

第21頁/共35頁2023/1/18步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源主要由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖放大器（也稱功率放大器）三部分組成。第22頁/共35頁高速脈沖輸出高速脈沖輸出有脈沖串輸出PTO和脈寬調(diào)制輸出PWM兩種形式。每個CPU有兩個PTO/PWM發(fā)生器，一個發(fā)生器分配給輸出端Q0.0，另一個分配給Q0.1。當(dāng)Q0.0或Q0.1設(shè)定為PTO或PWM功能時，其他操作均失效。不使用PTO/PWM發(fā)生器時，Q0.0或Q0.1作為普通輸出端子使用。通常在啟動PTO或PWM操作之前，用復(fù)位R指令將Q0.0或Q0.1清0。第23頁/共35頁脈沖串輸出（PTO）

PTO功能可輸出一定脈沖個數(shù)和占空比為50%的方波脈沖。輸出脈沖的個數(shù)在1-4294967295范圍內(nèi)可調(diào)；輸出脈沖的周期以μs或ms為增量單位，變化范圍分別是10～65535μs或2～65535ms。如果周期小于兩個時間單位，周期被默認(rèn)為兩個時間單位。如果指定的脈沖數(shù)為0，則脈沖數(shù)默認(rèn)為1。

PTO功能允許多個脈沖串排隊(duì)輸出，從而形成流水線。流水線分為兩種：單段流水線(流水線中只能存儲一個脈沖串的控制參數(shù)）和多段流水線（需建立包絡(luò)表，執(zhí)行時可按包絡(luò)表的順序輸出多個脈沖串）。

第24頁/共35頁每個高速脈沖發(fā)生器對應(yīng)一定數(shù)量特殊標(biāo)志寄存器，這些寄存器包括控制字節(jié)寄存器、狀態(tài)字節(jié)寄存器和參數(shù)數(shù)值寄存器，用以控制高速脈沖的輸出形式、反映輸出狀態(tài)和參數(shù)值。各寄存器分配如表所示。第25頁/共35頁控制字節(jié)每個高速脈沖輸出都對應(yīng)一個控制字節(jié)，通過對控制字節(jié)中指定位的編程，可以根據(jù)操作要求設(shè)置字節(jié)中各控制位，如脈沖輸出允許、PTO/PWM模式選擇、單段/多段選擇、更新方式、時間基準(zhǔn)、允許更新等?？刂谱止?jié)中各控制位的功能如表所示。第26頁/共35頁高速脈沖串輸出PTO（1）周期和脈沖數(shù)（2）PTO的種類（3）中斷事件類型（4）PTO的使用第27頁/共35頁（1）周期和脈沖數(shù)周期：單位可以是微秒μs或毫秒ms；為16位無符號數(shù)據(jù)，周期變化范圍是50~65535μs或2~65535ms，通常應(yīng)設(shè)定周期值為偶數(shù)，若設(shè)置為奇數(shù)，則會引起輸出波形占空比的輕微失真。如果編程時設(shè)定周期單位小于2，系統(tǒng)默認(rèn)按2進(jìn)行設(shè)置。脈沖數(shù)：用雙字長無符號數(shù)表示，脈沖數(shù)取值范圍是1~4294967295之間。如果編程時指定脈沖數(shù)為0，則系統(tǒng)默認(rèn)脈沖數(shù)為1個。第28頁/共35頁（4）PTO的使用使用高速脈沖串輸出時，要按以下步驟進(jìn)行：確定脈沖發(fā)生器及工作模式設(shè)置控制字節(jié)

寫入周期值、周期增量值和脈沖數(shù)(裝入包絡(luò)的首地址)(設(shè)置中斷事件并全局開中斷)執(zhí)行PLS指令第29頁/共35頁高速脈沖輸出指令

1．指令格式及功能PLSENQ0.X說明：1）高速脈沖串輸出PTO和脈寬調(diào)制輸出PWM都由PLS指令來激活；2）操作數(shù)X指定脈沖輸出端子，0為Q0.0輸出，1為Q0.1輸出；3）高速脈沖串輸出PTO可采用中斷方式進(jìn)行控制，而脈寬調(diào)制輸出PWM只能由指令PLS來激活。功能：當(dāng)使能端輸入有效時，PLC首先檢測為脈沖輸出位（X）設(shè)置的特殊存儲器位，然后激活由特殊存儲器位定義的脈沖操作第30頁/共35頁圖7-15PTO脈沖輸出初始化子程序//設(shè)置PTO0控制字//設(shè)置周期時間為500ms//設(shè)置脈沖數(shù)為6//定義中斷程序0處理PTO0中斷事件//全局中斷允許//激活PTO0操作，PLS0由Q0.0輸出2．PTO/PWM指令編程舉例第31頁/共35頁四、基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的小車自動往返控制項(xiàng)目一：步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制

用S7-200PLC控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。把步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動