步進(jìn)電機(jī)PLC控制 (課堂用)

2023/2/6綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目-步進(jìn)電機(jī)的PLC控制任務(wù)描述1.完成步進(jìn)電機(jī)、輸入按鈕與PLC的系統(tǒng)連接2.編程實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正向運(yùn)轉(zhuǎn)3.用兩個(gè)按鈕，實(shí)現(xiàn)0.001S步進(jìn)控制和1S步進(jìn)控制4.用兩個(gè)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)100步計(jì)數(shù)控制和10步計(jì)數(shù)控制5.用一個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)步進(jìn)的正反轉(zhuǎn)控制2023/2/6能力（技能）目標(biāo)知識(shí)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(shí)器指令、計(jì)數(shù)指令4.高級(jí)指令（移位指令MOV和數(shù)據(jù)傳送指令SFTL/SFTR）2023/2/6步進(jìn)電動(dòng)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(hào)轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機(jī)。每來一個(gè)電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，帶動(dòng)機(jī)械移動(dòng)一小段距離。它的運(yùn)動(dòng)形式是步進(jìn)式的。

特點(diǎn)：(1)來一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)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(dòng)方向。(4)角位移量或線位移量與電脈沖數(shù)成正比.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(lì)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(lì)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(chǎng)而生成的。兩類步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)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(gè)磁極，每個(gè)極上裝有控制繞組，每兩個(gè)相對(duì)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(hào)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)受脈沖信號(hào)控制，每來一個(gè)脈沖信號(hào)，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(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生作用將使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)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(hào)來到后，先送到脈沖分配器，經(jīng)過分配器輸出的信號(hào)決定各定子繞組通電的順序和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(hào)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。2023/2/6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

2023/2/6（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(huì)在磁力線扭曲時(shí)產(chǎn)生切向力而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)、定子的齒對(duì)齊停止轉(zhuǎn)動(dòng)。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(chǎng)軸線方向原有一定角度，則在磁場(chǎng)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(duì)齊。CA'BB'C'A34122023/2/6CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對(duì)齊，相對(duì)A相通電位置轉(zhuǎn)30；1C'342CA'BB'AC相通電再轉(zhuǎn)302023/2/6這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個(gè)循環(huán)周期共包括三個(gè)脈沖，所以稱三相單三拍。三相單三拍的特點(diǎn)：（1）每來一個(gè)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。2023/2/6二、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(duì)齊。CA'BB'C'A34122023/2/6所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對(duì)AA'通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15°。（1）BB'磁場(chǎng)對(duì)2、4齒有磁拉力，該拉力使轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。A、B相同時(shí)通電（2）AA'磁場(chǎng)繼續(xù)對(duì)1、3齒有拉力。CA'BB'C'A34122023/2/6總之，每個(gè)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(duì)齊，又轉(zhuǎn)了15。2023/2/6三、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2023/2/6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(shí)，每通入一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30，即S=30。CA通電CA'BB'C'A34122023/2/6步進(jìn)電機(jī)通過一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為步距角。N:一個(gè)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(shí)步距角拍數(shù)：N=kmk=1單拍制2雙拍制m:相數(shù)

細(xì)分：細(xì)分就是指電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際步矩角是基本步矩角的幾分之一。如：驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，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(dòng)器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1.8°，而用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)了0.18°。細(xì)分功能完全是由驅(qū)動(dòng)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)。脈沖分配器放大器步進(jìn)機(jī)負(fù)載脈沖信號(hào)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。控制脈沖信號(hào)來到后，先送到脈沖分配器，經(jīng)過分配器輸出的信號(hào)決定各定子繞組通電的順序和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器原理從步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)器接收外部的信號(hào)是方向信號(hào)（DIR）和脈沖信號(hào)（CP）。另外步進(jìn)電機(jī)在停止時(shí)，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(shí)，可以使用脫機(jī)信號(hào)（FREE）.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)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。（3）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的端子與接線

PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的接線：

2023/2/6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)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。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(gè)CPU有兩個(gè)PTO/PWM發(fā)生器，一個(gè)發(fā)生器分配給輸出端Q0.0，另一個(gè)分配給Q0.1。當(dāng)Q0.0或Q0.1設(shè)定為PTO或PWM功能時(shí)，其他操作均失效。不使用PTO/PWM發(fā)生器時(shí)，Q0.0或Q0.1作為普通輸出端子使用。通常在啟動(dòng)PTO或PWM操作之前，用復(fù)位R指令將Q0.0或Q0.1清0。脈沖串輸出（PTO）

PTO功能可輸出一定脈沖個(gè)數(shù)和占空比為50%的方波脈沖。輸出脈沖的個(gè)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(gè)時(shí)間單位，周期被默認(rèn)為兩個(gè)時(shí)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(gè)脈沖串排隊(duì)輸出，從而形成流水線。流水線分為兩種：?jiǎn)味瘟魉€(流水線中只能存儲(chǔ)一個(gè)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(shí)可按包絡(luò)表的順序輸出多個(gè)脈沖串）。

每個(gè)高速脈沖發(fā)生器對(duì)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?？刂谱止?jié)每個(gè)高速脈沖輸出都對(duì)應(yīng)一個(gè)控制字節(jié)，通過對(duì)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(shí)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。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（1）周期和脈沖數(shù)周期：?jiǎn)挝豢梢允俏⒚毽蘳或毫秒ms；為16位無符號(hào)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(huì)引起輸出波形占空比的輕微失真。如果編程時(shí)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(hào)數(shù)表示，脈沖數(shù)取值范圍是1~4294967295之間。如果編程時(shí)指定脈沖數(shù)為0，則系統(tǒng)默認(rèn)脈沖數(shù)為1個(gè)。（4）PTO的使用使用高速脈沖串輸出時(shí)，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(shí)，PLC首先檢測(cè)為脈沖輸出位（X）設(shè)置的特殊存儲(chǔ)器位，然后激活由特殊存儲(chǔ)器位定義的脈沖操作圖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(shí)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指令編程舉例四、基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的小車自動(dòng)往返控制項(xiàng)目一：步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制

用S7-200PLC