控制步進(jìn)電機(jī)論文

1、常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作 者：林明治學(xué) 號(hào)：41021111系 部：電氣工程系 專 業(yè)：電機(jī)與電器題 目：PLC控制步進(jìn)電機(jī) 指導(dǎo)者：莫莉萍評(píng)閱者： 2013年4月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要詳細(xì)討論步進(jìn)電機(jī)的工作原理及其特性和基于s7-300PLC的控制技術(shù)，論述了步進(jìn)電機(jī)的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及其控制原理，PLC簡(jiǎn)單易學(xué),可靠性高。步進(jìn)電機(jī)是一種常用的機(jī)電執(zhí)行元件,可靠性高,成本低,實(shí)用性強(qiáng),具有較高的通用性和應(yīng)用推廣價(jià)值。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)突出的優(yōu)點(diǎn)是它可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？煽浚虼嗽诒?/p>

2、多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；S7-300PLC；PLC畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要Title：PLC control of stepping motorAbstract：This paper introduces the principle and the control step motor and the motion control technology based onS7-300 PLC. Step motor is a common electro-mechanic actuator, and the related drive and control circuits

3、 influence its over and high power transistors, higher reliability, lower cost and more versatile, and it is worth to be promoted. The advantages of stepping motor are regulating-rate, quickly rise-stop, positive-reverse controlling and brake etc by changing the frequency of pulse. The stepping moto

4、r opening-ring system is simple, cheap, stability and reliability, therefore its application is very extensive in many realmKey words :Step motor；S7-300PLC；PLC目錄1緒 論61.1 設(shè)計(jì)的背景和意義61.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理81.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)92步進(jìn)電機(jī)的分類、基本結(jié)構(gòu)102.1步進(jìn)電機(jī)的分類102.2步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)112.3步進(jìn)電機(jī)主要特點(diǎn)112.4步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的主要應(yīng)用情況介紹122.5西門子PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制

5、方法122.6PLC直接控制步進(jìn)電機(jī)132.7步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ)153CPU步進(jìn)電機(jī)的選擇163.1CPU的選擇163.2三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)選擇174軟件設(shè)計(jì)194.1 STEP7概述194.2 STEP 7的硬件接口194.3 STEP 7的編程功能204.4 STEP 7的硬件組態(tài)與診斷功能204.5 STEP7項(xiàng)目的創(chuàng)建214.6和本設(shè)計(jì)S7300相關(guān)指令設(shè)計(jì)介紹254.7程序介紹324.8程序講解34結(jié)論35致謝35參考文獻(xiàn)361 緒論近年來(lái)，數(shù)控機(jī)床及數(shù)控技術(shù)得到了飛速發(fā)展，在柔性、精確性、可靠性和宜人性等方面的功能越來(lái)越完善，已成為現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)。 數(shù)控就是數(shù)字控制，數(shù)控

6、技術(shù)在機(jī)床行業(yè)應(yīng)用得多，就是依靠數(shù)字（電腦編程）來(lái)控制機(jī)床，具有效率高，精度高等主要特點(diǎn)。 數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令來(lái)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制的技術(shù)。它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和與機(jī)械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn)。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；19世紀(jì)末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農(nóng)在美國(guó)麻省理工學(xué)院進(jìn)行了數(shù)據(jù)快速運(yùn)算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，包括計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機(jī)床控制密切結(jié)合發(fā)展起來(lái)的。1952年，第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問世，成為世界機(jī)械工業(yè)史

7、上一件劃時(shí)代的事件，推動(dòng)了自動(dòng)化的發(fā)展。 現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)，目前它是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計(jì)算機(jī)按事先存貯的控制程序來(lái)執(zhí)行對(duì)設(shè)備的控制功能。由于采用計(jì)算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)，均可通過計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成。1.1設(shè)計(jì)的背景和意義步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已成為除直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)以外的第三類電動(dòng)機(jī),傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用?？墒窃谌祟惿鐣?huì)進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代的今天，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的功能已不能滿足工廠自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化等各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的要求。為適應(yīng)這些

8、要求，發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中較有自己特點(diǎn)，且應(yīng)用十分廣泛的一類便是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。7H(ME4NO)CD7GZ?,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)工業(yè)密切相關(guān)。自從步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中取代小型直流電動(dòng)機(jī)以后，使其設(shè)備的性能提高，很快地促進(jìn)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展。另一方面，微型計(jì)算機(jī)和數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，又將作為數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行部件的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如電加工機(jī)床、小功率機(jī)械加工機(jī)床、測(cè)量?jī)x器、光學(xué)和醫(yī)療儀器以及包裝機(jī)械等。任何一種產(chǎn)品成熟的過程，基本上都是規(guī)格品種逐步統(tǒng)一和簡(jiǎn)化的過程?，F(xiàn)在，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展已歸結(jié)為單段式結(jié)構(gòu)的磁阻式、混合式和爪極結(jié)構(gòu)的永磁式三類。爪極電

9、機(jī)價(jià)格便宜，性能指標(biāo)不高，混合式和磁阻式主要作為高分辨率電動(dòng)機(jī)，由于混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有控制功率小，運(yùn)行平穩(wěn)性較好而逐步處于主導(dǎo)地位。最典型的產(chǎn)品是二相8極50齒的電動(dòng)機(jī)，步距角1.80.9（全步半步）； 還有五相10極50齒和一些轉(zhuǎn)子100齒的二相和五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，五相電動(dòng)機(jī)主要用于運(yùn)行性能較高的場(chǎng)合。到目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已極少見。 %步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大的生產(chǎn)國(guó)是日本，如日本伺服公司、東方公司、SANYO DENKI和MINEBEA及NPM公司等，特別是日本東方公司，無(wú)論是電動(dòng)機(jī)性能和外觀質(zhì)量，還是生產(chǎn)手段，都堪稱是世界上最好的?，F(xiàn)在日本步進(jìn)電動(dòng)機(jī)年產(chǎn)量（含國(guó)外獨(dú)資公司）近2億

10、臺(tái)W3NAOX%德國(guó)也是世界上步進(jìn)電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)大國(guó)。德國(guó)B.L.公司1994年五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)專利期滿后，推出了新的三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系列，為定子6極轉(zhuǎn)子50齒結(jié)構(gòu)，配套電流型驅(qū)動(dòng)器，每轉(zhuǎn)步數(shù)為200、400、1000、2000、4000、10000和20000，它具有通常的二相和五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分辨率，還可以在此基礎(chǔ)上再10細(xì)分，分辨率提高10倍，這是一種很好的方案，充分運(yùn)用了電流型驅(qū)動(dòng)技術(shù)的功能，讓三相電動(dòng)機(jī)同時(shí)具有二相和五相電動(dòng)機(jī)的性能。與此同時(shí)，日本伺服公司也推出了他們的三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。該公司阪正文博士研制了三種不同的永磁式三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，即HB型（混合式）、RM性（定子和混

11、合式相似，轉(zhuǎn)子則同永磁式環(huán)形磁鐵相似）和爪極PM型。將三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)同二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行比較后顯示：1） 在獲得小步距角方面，三相電動(dòng)機(jī)比二相電動(dòng)機(jī)要好。2） SZ*RC?.三相電動(dòng)機(jī)的兩相勵(lì)磁最大保持力矩為3T1（T1為單相勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩），而二相電動(dòng)機(jī)為 2T1，所以三相電動(dòng)機(jī)的合成力矩大。;KHT1R93)三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比二相電動(dòng)機(jī)要小。0BI(-ML)ZQ*R4)三相電動(dòng)機(jī)連續(xù)2步用于半步的轉(zhuǎn)矩差比二相電動(dòng)機(jī)的要小。C1_9KZL9FXA9S5) IHPC I三相電動(dòng)機(jī)繞組可以星形連接，三個(gè)終端驅(qū)動(dòng)，勵(lì)磁電路晶體管6個(gè)； 而二相電動(dòng)機(jī)是8個(gè)。6)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原因，

12、磁通和電流的三次諧波被消除了，所以三相電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)力矩比二相電動(dòng)機(jī)的要小.LQNR2MQ 結(jié)論是顯而易見的。另外的結(jié)論是HB型電動(dòng)機(jī)更適合于低速大轉(zhuǎn)矩用途；RM型適用于平穩(wěn)運(yùn)行以及轉(zhuǎn)速大于1000R/MIN的用途；而PM型成本低，在低轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)和高轉(zhuǎn)速時(shí)的大轉(zhuǎn)矩方面，三相PM型電動(dòng)機(jī)比兩相電動(dòng)機(jī)的性能要好。因此，當(dāng)前最有發(fā)展前景的當(dāng)屬混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，而混合式電動(dòng)機(jī)又向以下四個(gè)方向發(fā)展： 0TB-I%K&$K$AFAFAZHANG 發(fā)展發(fā)發(fā)展 發(fā)展趨勢(shì)一， 隨著電動(dòng)機(jī)本身應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬以及各類整機(jī)的不斷小型化，要求與之配套的電動(dòng)機(jī)也必須越來(lái)越小，在57、42機(jī)座號(hào)的電動(dòng)機(jī)應(yīng)用了多年后，現(xiàn)在其

13、機(jī)座號(hào)向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士ESCAP公司最近還研制出外徑僅10MM的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。發(fā)展趨勢(shì)之二，是改圓形電動(dòng)機(jī)為方形電動(dòng)機(jī)。由于電動(dòng)機(jī)采用方型結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)子有可能設(shè)計(jì)得比圓形大，因而其力矩體積比將大為提高。同樣機(jī)座號(hào)的電動(dòng)機(jī)，方形的力矩比圓形的將提高3040發(fā)展趨勢(shì)之三，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器，減速齒輪等和電動(dòng)機(jī)本體綜合設(shè)計(jì)在一起，這樣使其能方便地組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，因而具有更加優(yōu)越的控制性能。K OF*JI$FK發(fā)展趨勢(shì)之四，向五相和三相電動(dòng)機(jī)方向發(fā)展。目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動(dòng)機(jī)，其振動(dòng)和噪聲較大，而五相和三相電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)勢(shì)性。而就這兩種電動(dòng)機(jī)而言，五

14、相電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路比三相電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，因此三相電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的性能價(jià)格比要比五相電動(dòng)機(jī)更好一些。我國(guó)的情況有所不同，直到20世紀(jì)80年代，一直是磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)占統(tǒng)治地位，混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是80年代后期才開始發(fā)展，至今仍然是二種結(jié)構(gòu)類型同時(shí)并存。盡管新的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)完全可能替代磁阻式電動(dòng)機(jī)，但磁阻式電動(dòng)機(jī)的整機(jī)獲得了長(zhǎng)期應(yīng)用，對(duì)于它的技術(shù)也較為熟悉，特別是典型的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角（0.9/1.8）與典型的磁阻式電動(dòng)機(jī)的步距角（0.75/1.5）不一樣，用戶改變這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不是很容易的，這就使得兩種機(jī)型并存的局面難以在較短時(shí)間內(nèi)改變。這種現(xiàn)狀對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展是不利的。1.2步進(jìn)電機(jī)工作原理

15、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制, 并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于受脈沖的控制,其轉(zhuǎn)子的角位移量和速度嚴(yán)格地與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比, 通過控制脈沖數(shù)量來(lái)控制角位移量, 從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的; 通過控制脈沖頻率來(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; 通過改變通電順序, 從而達(dá)到改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的目的。總結(jié)來(lái)說, 步進(jìn)電機(jī)主要具有以下一些工作特性:(1)輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格的和電機(jī)的角位移成正比, 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一周后沒有積累誤差, 因此具有良好的跟隨特性;(2) 由于其良好的跟隨特性, 步進(jìn)電機(jī)可以與驅(qū)動(dòng)器電路組成開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng), 同時(shí), 也可以與角

16、度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)。(3) 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快, 易于啟動(dòng)和停止、正反轉(zhuǎn)和變速。(4) 速度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié); 在低速動(dòng)作狀態(tài)下仍能保證獲得大的轉(zhuǎn)矩1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)本設(shè)計(jì)是采用是S7300控制三相六拍的反應(yīng)步式步進(jìn)電機(jī)，通過軟件設(shè)計(jì)移位脈沖頻率來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的慢速、中速、快速。移位寄存器指令MW0的低八位按照三相六拍的步進(jìn)順序進(jìn)行賦值來(lái)控制步進(jìn)動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。所

17、以只要控制脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的相序，便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和方向。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能，其啟動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運(yùn)行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，且可獲得較高的控制精度，因而得到了廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn), 已成為運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的主要執(zhí)行元件之一。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品, 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)和機(jī)電一體化設(shè)備中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增, 在各個(gè)行業(yè)的控制領(lǐng)域都將有廣泛應(yīng)用。而現(xiàn)在的可編程控制(Progr

18、ammable Logic Controller, 通常稱PLC) 是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī), 具有模塊化結(jié)構(gòu)、配置靈活、高速的處理速度、精確的數(shù)據(jù)處理能力、多種控制功能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和優(yōu)越的性價(jià)比等性能, 能充分適應(yīng)工業(yè)環(huán)境, 簡(jiǎn)單易懂, 操作方便, 可靠性高,是目前廣泛應(yīng)用的控制裝置之一。PLC 對(duì)步進(jìn)電機(jī)也具有良好的控制能力, 利用其高速脈沖輸出功能或運(yùn)動(dòng)控制功能, 即可實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。利用PLC 控制步進(jìn)電機(jī), 其脈沖分配可以由軟件實(shí)現(xiàn), 也可由硬件組成。 2步進(jìn)電機(jī)的分類、基本結(jié)構(gòu)2.1步進(jìn)電機(jī)的分類（1）永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度。（2）反

19、應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。（3）混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，它又分為兩相和五相。兩相步進(jìn)角一般分為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度，。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示。定子、轉(zhuǎn)子是用硅鋼片或其他軟磁材料制成的。定子的每對(duì)極上都繞有一對(duì)繞組，構(gòu)成一相繞組，共三相稱為A、B、C相。三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖在定子磁極和轉(zhuǎn)子上都開有齒分度相同的小齒，采用適當(dāng)?shù)凝X數(shù)配合，當(dāng)A相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)應(yīng)時(shí)，B相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒相互錯(cuò)開1/3齒距，C相則錯(cuò)開2/3齒距。如圖所示A相通電定轉(zhuǎn)

20、子錯(cuò)開示意圖2.2步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)電機(jī)固有步距角它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，這個(gè)步距角可以稱之為“電機(jī)固有步距角”，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9/1.8、三相的為0.75/1.5、五相的為0.36/0.72。在沒有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改

21、變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。保持轉(zhuǎn)矩(HOLDINGTORQUE)保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。鉗制轉(zhuǎn)矩(DETENTTORQUE)鉗制轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENTTORQUE。2.3步進(jìn)電機(jī)主要特點(diǎn)

22、1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。2）步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)溫度過高時(shí)會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。3）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。4）步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但

23、若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?.4步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的主要應(yīng)用情況介紹步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種家電產(chǎn)品中，例如打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、玩具、雨刷、震動(dòng)尋呼機(jī)、機(jī)械手臂和錄像機(jī)等。另外步進(jìn)電機(jī)也廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中。由于通過控制脈沖個(gè)

24、數(shù)可以很方便的控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角位移，且步進(jìn)電機(jī)的誤差不積累，可以達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。還可以通過控制頻率很方便的改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度，達(dá)到任意調(diào)速的目的，因此步進(jìn)電機(jī)可以廣泛的應(yīng)用于各種開環(huán)控制系統(tǒng)中2.5西門子PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制方法在本設(shè)計(jì)中直接使用PLC控制步進(jìn)電機(jī)，可使用PLC產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)所需要的各種時(shí)序的脈沖。例如三相步進(jìn)電機(jī)可采用三種工作方式：三相單三拍，三相雙三拍，三相單六拍。本設(shè)計(jì)采用三相六拍三相單三拍工作方式三相雙三拍工作方式三相單六拍工作方式2.6 PLC直接控制步進(jìn)電機(jī)可根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作方式，以及所要求的頻率（步進(jìn)電機(jī)的速度），畫出A、B、C各相的時(shí)序圖。

25、并使用PLC產(chǎn)生各種時(shí)序的脈沖例如：本設(shè)計(jì)采用西門子S7-300PLC控制三相步進(jìn)電機(jī)的過程。三相單六拍正向時(shí)序圖反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理.1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。0、1/3、2/3,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A與齒1相對(duì)齊，B與齒2向右錯(cuò)開1/3，C與齒3向右錯(cuò)開2/3，A與齒5相對(duì)齊，（A就是A，齒5就是齒1）如圖：定轉(zhuǎn)子的展開圖旋轉(zhuǎn)三相如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1/3，此時(shí)齒3與C偏移為

26、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1/3，此時(shí)齒4與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1/3這樣經(jīng)過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：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。不過，出于對(duì)力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BCC-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài)，所以本

27、設(shè)計(jì)采用三相六拍。這樣將原來(lái)每步1/3改變?yōu)?/6。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3變?yōu)?/12，1/24，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù)。不難推出：電機(jī)定子上有m相勵(lì)磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。力矩電機(jī)一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(chǎng)（磁通量）當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯(cuò)開一定角度產(chǎn)生力F與（d/d）成正比, 其磁通量=Br*S 其中Br為磁密，S為導(dǎo)磁面積 .F與L*D*Br成正比,

28、L為鐵芯有效長(zhǎng)度，D為轉(zhuǎn)子直徑.Br=NI/RNI為勵(lì)磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R為磁阻。力矩=力*半徑力矩與電機(jī)有效體積*安匝數(shù)*磁密 成正比（只考慮線性狀態(tài)）因此，電機(jī)有效體積越大，勵(lì)磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之亦然。靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。2.7步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ)1）步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的

29、實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。2）失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。3）失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。4）最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。5）最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。6）運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸

30、多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。運(yùn)行矩頻特性其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。圖2.9電機(jī)動(dòng)態(tài)力矩頻率關(guān)系其中，曲線3電流最大、或電壓最高;曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。7）、電機(jī)的共振點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、三相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180-250p步距角1.8度或在步距角為0.9度，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，

31、電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多3 CPU 步進(jìn)電機(jī)的選擇3.1 CPU的選擇CPU313C集成3個(gè)用于高速計(jì)數(shù)或高頻脈沖輸出的特殊通道，3個(gè)通道位CPU313C集成數(shù)字量輸出點(diǎn)首位字節(jié)的最低三位，這三位通常情況下可以作為普通的數(shù)字量輸出點(diǎn)來(lái)使用。再需要高頻脈沖輸出時(shí)，可通過硬件設(shè)置定義這三位的屬性，將其作為高頻脈沖輸出通道來(lái)使用作為普通數(shù)字量輸出點(diǎn)使用時(shí)，其系統(tǒng)默認(rèn)地址為Q124.0、Q124.1、Q124.2（該地址用戶可根據(jù)需要自行修改），作為高速脈沖輸出時(shí)，對(duì)應(yīng)的通道分別為0通

32、道、1通道、2通道（通道號(hào)為固定值，用戶不能自行修改）。每一通道都可輸出最高頻率為2.5KHZ（周期為0.4ms）的高頻脈沖CPU313C中，X2前接線端子22、23、24號(hào)接線端子分別對(duì)應(yīng)通道0、通道1、和通道3。另外，每個(gè)通道都有自己的硬件控制門，0通道的硬件門對(duì)應(yīng)X2前接線端子的4號(hào)接線端子，對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)默認(rèn)地址為I124.2。1通道硬件門7號(hào)接線端子，對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)默認(rèn)地址為I124.5，而2號(hào)通道硬件門為12號(hào)接線端子，對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)默認(rèn)地址為I125.0。CPU313C的結(jié)構(gòu)3.2三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的選擇45BF三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)參數(shù)45BF三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)45BF

33、技術(shù)參數(shù)本設(shè)計(jì)選用45BF008。相數(shù)是三相、步距角1.5/3度。.電壓24V、相電流0.2A、保持轉(zhuǎn)距0.118NM(1.2kg.cm)、空載啟動(dòng)頻率500，D為45；D1為25；高H為2.5；d為4；E為14.5；L為58；D2為33；MS為4-M34 軟件設(shè)計(jì)4.1 SETP7概述STEP 7編程軟件用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WINAC，是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。在STEP 7中，用項(xiàng)目來(lái)管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP 7用SIMATI

34、C管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WINAC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。4.2 SETP 7 的硬件接口PC/MPI適配器用于連接安裝了STEP 7的計(jì)算機(jī)的RS-232C接口和PLC的MPI接口。計(jì)算機(jī)一側(cè)的通信速率為19.2 KBIT/S或38.4 KBIT/S，PLC一側(cè)的通信速率為19.2 KBIT/S1.5MBIT/S。除了PC適配器，還需要一根標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C通信電纜。使用計(jì)算機(jī)的通信卡CP 5611、CP 5511或CP 5512，可以將計(jì)算機(jī)連接到MPI或PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)

35、，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC的通信。也可以使用計(jì)算機(jī)的工業(yè)以太網(wǎng)通信卡CP 1512或CP 1612，通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC通信。在計(jì)算機(jī)上安裝好STEP7后，在管理器中執(zhí)行菜單命令“OPTION”“SETTING THEG/PC INTERFACE”,打開“INSTALL/REMOVE INTERFACES”對(duì)話框。在中間的選擇框中，選擇實(shí)際使用的硬件接口。點(diǎn)擊【Select】按鈕，打開“Install/Remove Interfaces”對(duì)話框，可以安裝選擇框中沒有列出的硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序。點(diǎn)擊【Properties】按鈕，可以設(shè)置計(jì)算機(jī)與PLC通信的參數(shù)。4.3 STEP 7的

36、編程功能STEP 7的標(biāo)準(zhǔn)版只配置了3種基本的編程語(yǔ)言，梯形圖（LAD）、功能塊圖（FDB）和語(yǔ)句表（STL），有鼠標(biāo)拖放、復(fù)制和粘貼功能。語(yǔ)句表是一種文本編程語(yǔ)言，用戶能節(jié)省輸入時(shí)間和存儲(chǔ)區(qū)域，并且“更接近硬件”。STEP 7專業(yè)版的編程語(yǔ)言包括S7-SCL（結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)言）、S7-GRAPH（順序功能圖語(yǔ)言）、S7 HIGRAPH和CFC，這四種語(yǔ)言對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)版是可選的。STEP 7用符號(hào)表編輯器工具管理所有的全局變量，用于定義符號(hào)名稱、數(shù)據(jù)類型和全局變量的注釋。使用這一工具生成的符號(hào)表可供所有應(yīng)用程序使用，所有工具自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)參數(shù)的變化。測(cè)試功能和服務(wù)功能包括設(shè)置斷點(diǎn)、強(qiáng)制輸入和輸出、重新

37、布線、顯示交叉參考表、狀態(tài)功能、直接下載和調(diào)試塊、同時(shí)監(jiān)測(cè)幾個(gè)塊的狀態(tài)等。程序中的特殊點(diǎn)可以通過輸入符號(hào)名或地址快速查找STEP 7的幫助功能：選定想要得到的在線幫助的菜單目錄，或打開對(duì)話框，按F1鍵便可得到與它們有關(guān)的在線幫助。執(zhí)行菜單命令“HELP”“CONTENTS”進(jìn)入幫助窗口，借助目錄瀏覽器尋找需要的幫助主題，窗口中的檢索部分提供了按字母順序排列的主題關(guān)鍵詞，可以查找與某一關(guān)鍵詞有關(guān)的幫助。4.4 STEP 7的硬件組態(tài)與診斷功能硬件組態(tài)工具用于對(duì)自動(dòng)化工程中使用的硬件進(jìn)行配置和參數(shù)設(shè)置。主要包括：（1）系統(tǒng)組態(tài)：從目錄中選擇硬件機(jī)架，并將所選模塊分配給機(jī)架中希望的插槽。（2）CPU

38、的參數(shù)設(shè)置：可以設(shè)置CPU模塊的多種屬性，例如啟動(dòng)屬性、掃描監(jiān)視時(shí)間等，輸入的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在CPU的系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊中。（3）模塊的參數(shù)設(shè)置：用戶可以在屏幕上定義所有硬件模塊的的可調(diào)整參數(shù)，包括功能模塊與通信處理器，不必通過DIP開關(guān)來(lái)設(shè)置。在參數(shù)設(shè)置屏幕中，有的參數(shù)由系統(tǒng)提供若干個(gè)選項(xiàng)，有的參數(shù)只能在允許的范圍輸入，因此可以防止輸入錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。通信的組態(tài)包括：1）連接的組態(tài)和顯示。2）設(shè)置用MPI或PROFIBUS-DP連接的設(shè)備之間的周期性數(shù)據(jù)傳送的參數(shù)，選擇通信的參與者，在表中輸入數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目的地后，通信過程中數(shù)據(jù)的生成和傳送均是自動(dòng)完成的。3）PI、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的事件驅(qū)動(dòng)的

39、數(shù)據(jù)傳輸，包括定義通信路。從集成塊庫(kù)中選擇通信模塊（CFB），用通用的編程語(yǔ)言（例如梯形圖）對(duì)所選的通信模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。STEP 7系統(tǒng)診斷：系統(tǒng)診斷為用戶提供自動(dòng)化系統(tǒng)的狀態(tài)，可以通過2種方式顯示；（1）快速瀏覽CPU的數(shù)據(jù)和用戶編寫的程序在運(yùn)行中的故障原因。（2）用圖形方式顯示硬件配置，例如顯示模塊的一般信息和模塊的狀態(tài)：顯示模塊故障，例如集中I/O和DP子站的通道故障；顯示診斷緩沖區(qū)的信息等。4.5 STEP7項(xiàng)目的創(chuàng)建在STEP 7中，用項(xiàng)目來(lái)管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP 7用SIMATI管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便的瀏覽SIMATIC S7、C7、和WINAC的

40、數(shù)據(jù)。因此，掌握項(xiàng)目創(chuàng)建的方法就非常重要。使用向?qū)?chuàng)建項(xiàng)目首先雙擊桌面上的STEP 7圖標(biāo)，進(jìn)入SIMATIC MANAGER窗口，進(jìn)入主菜單【FILE】，選擇【NEW PROJECT WIZARD】,彈出標(biāo)題為“STEP 7 WIZARD：NEW PROJECT”(新項(xiàng)目向?qū)?的小窗口。點(diǎn)擊【NEXT】按鈕，在新項(xiàng)目中選擇CPU模塊的型號(hào)為CPU 315-2DP。點(diǎn)擊【NEXT】按鈕，選擇需要生成的邏輯塊，至少需要生成作為主程序的組織塊OB1。點(diǎn)擊【NEXT】按鈕，輸入項(xiàng)目的名稱，按【FINISH】生成的項(xiàng)目。過程如圖4.1所示。 生成項(xiàng)目后，可以先組態(tài)硬件，然后生成軟件程序。也可以在沒有組

41、態(tài)硬件的情況下，首先生成軟件。使用向?qū)?chuàng)建項(xiàng)目直接創(chuàng)建項(xiàng)目入主菜單【FILE】，【選擇NEW】, 將出現(xiàn)如下圖的對(duì)話框，在該對(duì)話框中分別輸入“文件名”、“目錄路徑”等內(nèi)容，并確定，完成一個(gè)空項(xiàng)目的創(chuàng)建工作。直接創(chuàng)建項(xiàng)目本設(shè)計(jì)是采用是S7300控制三相六拍的步進(jìn)電機(jī)，通過軟件設(shè)計(jì)脈沖頻率來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的快速、中速、慢速。移位輸出控制電機(jī)步進(jìn)，移位寄存器指令MW0的低八位按照三相六拍的步進(jìn)順序控制步進(jìn)動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞

42、組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的相序，便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和方向。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能，其啟動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運(yùn)行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，且可獲得較高的控制精度，因而得到了廣泛的應(yīng)用。4.6 S7-300相關(guān)指令設(shè)計(jì)介紹（1）傳送指令MOVE符號(hào)傳送指令說明參數(shù)數(shù)據(jù)類型內(nèi)存區(qū)域描述ENBOOLI、Q、M、D、L、T、C使能輸入IN長(zhǎng)度為8、16 或32 位的所有基本數(shù)據(jù)類型I、Q、M、D、L 或常數(shù)來(lái)源值OUT長(zhǎng)度為8、16 或32 位的所有基本數(shù)據(jù)類型I、Q、M、D、L目標(biāo)地址ENOBOOLI、Q、M、D、L使能輸出描述使用賦值

43、指令，可將特定的值賦給變量。在IN 輸入端指定的值將復(fù)制到在OUT 輸出端指定的地址。ENO 具有與EN 相同的信號(hào)狀態(tài)。使用MOVE 框，賦值指令可復(fù)制長(zhǎng)度為8、16 或32 位的所有基本數(shù)據(jù)類型。自己可以自定義的數(shù)據(jù)類型(例如數(shù)組或結(jié)構(gòu))則必須使用系統(tǒng)功能SFC 20“BLKMOV”復(fù)制。賦值指令受主控繼電器(MCR)的影響。關(guān)于MCR 如何起作用的更詳細(xì)信息，請(qǐng)參考主控繼電器開/關(guān)。狀態(tài)字BRCC 1CC 0OVOSORSTARLOFC寫1-0111注意：將某個(gè)值傳送給另一長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)類型時(shí)，將根據(jù)需要截?cái)嗷蛞粤闾畛涓呶蛔止?jié)幾種狀態(tài)字傳送舉例舉例：雙字1111 11110000 11111

44、111 00000101 0101傳送結(jié)果到雙字：1111 11110000 11111111 00000101 0101到字節(jié)：0101 0101到字：1111 00000101 0101舉例：字節(jié)1111 0000傳送結(jié)果到字節(jié)1111 0000到字：0000 00001111 0000到雙字：0000 00000000 00000000 00001111 0000（2）定時(shí)器指令S7的CPU存儲(chǔ)器中有一個(gè)定時(shí)器保留的區(qū)域。此存儲(chǔ)區(qū)域?yàn)槊總€(gè)定時(shí)器的地址保留一個(gè)16位字。通過定時(shí)器指令和利用時(shí)鐘定時(shí)更新定時(shí)器字可訪問定時(shí)器存儲(chǔ)區(qū)域，在運(yùn)行模式下，利用CPU中的時(shí)鐘定時(shí)更新定時(shí)器字功能，可按照

45、由時(shí)間基準(zhǔn)指定的間隔將給定的時(shí)間值遞減一個(gè)單位，直到該時(shí)間值等于零為此。 定時(shí)器相當(dāng)于繼電器電路中的時(shí)間繼電器，S7300/400的定時(shí)器分為脈沖定時(shí)器（SP）、擴(kuò)展脈沖定時(shí)器（SE）、接通延時(shí)定時(shí)器（SD）、保持型接通延時(shí)定時(shí)器（SS）和斷開延時(shí)定時(shí)器（SF）。S-PULSE為脈沖定時(shí)器，輸出信號(hào)保持為“1”的最長(zhǎng)時(shí)間與編程時(shí)間值相同t相同。如果輸入信號(hào)變?yōu)椤?”，則輸出信號(hào)停留在“1”的時(shí)間會(huì)很短。S-PEXT為擴(kuò)展脈沖定時(shí)器，輸出信號(hào)在編程時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)始終保持“1”，而與輸入信號(hào)停留在“1”的時(shí)間長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。S-ODT為接通延時(shí)定時(shí)器，僅在編程時(shí)間到期才從“0”變?yōu)椤?”，而與輸入信號(hào)停留在

46、“1”的時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。 S-OFFDT為斷開延時(shí)定時(shí)器，在輸入信號(hào)變?yōu)椤?”或在定時(shí)器運(yùn)行時(shí)，輸出信號(hào)變?yōu)椤?”。當(dāng)輸入信號(hào)從“1”變?yōu)椤?”時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器。定時(shí)器功能3）S_ODT：設(shè)置接通延時(shí)定時(shí)器參數(shù)并啟動(dòng)符描述：如果“啟動(dòng)(S)”輸入有上升沿(信號(hào)狀態(tài)從0 改變?yōu)?)，設(shè)置接通延時(shí)定時(shí)器參數(shù)并啟動(dòng)指令將啟動(dòng)指定的定時(shí)器。要啟動(dòng)定時(shí)器，必須有信號(hào)改變。只要輸入S 的信號(hào)狀態(tài)為1，定時(shí)器將繼續(xù)運(yùn)行“時(shí)間值(TV)”輸入處指定的時(shí)間。當(dāng)時(shí)間已用盡且未出錯(cuò)，而輸入S 的信號(hào)狀態(tài)仍為1 時(shí)，則對(duì)輸出Q 的信號(hào)狀態(tài)1 的檢查將產(chǎn)生結(jié)果1。定時(shí)器運(yùn)行時(shí)，如果輸入S 的信號(hào)狀態(tài)從1 改變?yōu)?，定時(shí)器將停

47、止。這種情況下，對(duì)輸出Q 的信號(hào)狀態(tài)1 的檢查將始終產(chǎn)生結(jié)果0。定時(shí)器正運(yùn)行時(shí)，如果“復(fù)位(R)”輸入從0 改變?yōu)?，則定時(shí)器復(fù)位。此改變還會(huì)將時(shí)間和時(shí)間基準(zhǔn)復(fù)位到零。定時(shí)器未運(yùn)行時(shí)，如果R 輸入的信號(hào)狀態(tài)為1，定時(shí)器也會(huì)復(fù)位。 可在輸出端BI 和BCD 掃描當(dāng)前時(shí)間值。BI 處的時(shí)間值為二進(jìn)制格式；BCD 處的時(shí)間值為二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制：時(shí)序圖接通延時(shí)定時(shí)器特征狀態(tài)字接通延時(shí)定時(shí)器舉例如果輸入I0.0 的信號(hào)狀態(tài)從0 改變?yōu)? (RLO 中有上升沿)，則定時(shí)器T5 啟動(dòng)。如果指定的時(shí)間兩秒(2S)已過，且輸入I0.0 的信號(hào)狀態(tài)仍為1，則輸出Q4.0 的信號(hào)狀態(tài)為1。如果輸入I0.0 的信號(hào)

48、狀態(tài)從1 改變?yōu)?，則定時(shí)器停止并且輸出Q4.0 為“0”定時(shí)器運(yùn)行時(shí)，如果輸入I0.1 的信號(hào)狀態(tài)從0 改變?yōu)?，定時(shí)器將重新啟動(dòng)。4)S_CU：分配參數(shù)和遞增計(jì)數(shù)符號(hào)遞增計(jì)數(shù)說明描述在輸入端S 為上升沿(信號(hào)狀態(tài)從0 變化為1)時(shí)，分配參數(shù)和遞增計(jì)數(shù)指令將使用“預(yù)設(shè)值”(PV)輸入端的值設(shè)置計(jì)數(shù)器。如果輸入端CU 是一個(gè)上升沿，則可在計(jì)數(shù)值小于999 的情況下使計(jì)數(shù)值加1。如果設(shè)置了計(jì)數(shù)器，并且輸入端CU 的RLO = 1，則即使沒有發(fā)生從正跳沿到負(fù)跳沿的變化或與之相反的變化，計(jì)數(shù)器也因此將在下一個(gè)掃描周期計(jì)數(shù)。在輸入R 的信號(hào)為“1”時(shí)會(huì)復(fù)位計(jì)數(shù)器。復(fù)位計(jì)數(shù)器時(shí)會(huì)將計(jì)數(shù)值設(shè)置為0。對(duì)于判

49、斷輸出端Q 是否為1 的信號(hào)狀態(tài)檢查，如果計(jì)數(shù)值大于0，則檢查結(jié)果為1；但如果計(jì)數(shù)值等于0，檢查結(jié)果則為0狀態(tài)字遞增計(jì)數(shù)舉例在輸入I0.2 的信號(hào)狀態(tài)從0 變化為1 時(shí)會(huì)將計(jì)數(shù)器C10 的值設(shè)置為901。如果輸 入I0.0 的信號(hào)狀態(tài)從0 變化為1，除非計(jì)數(shù)器C10 的值已經(jīng)是999，否則計(jì)數(shù)器 C10 的值加1。如果I0.3 從0 變化為1，則會(huì)將C10 的值設(shè)置為0。當(dāng)C10 不等0 時(shí)，輸出Q4.0 的信號(hào)狀態(tài)為15)SHR_W：右移字符號(hào)右移字說明參數(shù)數(shù)據(jù)類型內(nèi)存區(qū)域描述ENBOOLI、Q、M、L、D、T、C使能輸入INWORDI、Q、M、L、D要移位的值NWORDI、Q、M、L、D值

50、將移位的位數(shù)OUTWORDI、Q、M、L、D移位指令的結(jié)果ENOBOOLI、Q、M、L、D使能輸出描述在使能輸入(EN)端的信號(hào)狀態(tài)為1時(shí)會(huì)激活字右移指令，此指令將輸入端IN 的0 到15 位逐位右移。16 到31 位不受影響。輸入N指定值將移位的位數(shù)。如果N 大于16則此命令在OUT輸出端寫入0 并將狀態(tài)字的CC0 和OV 位置0。將左側(cè)移空的位補(bǔ)零。移位操作的結(jié)果可在OUT輸出端掃描。如果N不等于0，則此指令觸發(fā)的操作總是將狀態(tài)字的CC0 和OV 位復(fù)位為0。ENO 具有與EN 相同的信號(hào)狀態(tài)。狀態(tài)字BRCC 1CC 0OVOSORSTARLOFC寫XXXX-XXX1舉例右移字舉例在I0.

51、0 的信號(hào)狀態(tài)為1 時(shí)激活此指令。存儲(chǔ)器字MW0 將按在存儲(chǔ)器字MW2 中指定的位數(shù)右移。結(jié)果將存入存儲(chǔ)器字MW4中。輸出Q4.0 置14.7 程序介紹程序框圖解釋開始首次選擇步進(jìn)速度正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)起動(dòng)移位寄存器賦初值高速、中速、或低速中其中一個(gè)速度發(fā)生移位脈沖執(zhí)行移位移位輸出控制步進(jìn)電機(jī)六拍計(jì)數(shù)到移位寄存器賦初值六拍計(jì)數(shù)沒到繼續(xù)執(zhí)行軟件模塊以工作框圖為基本依據(jù)，結(jié)合考慮控制的具體要求，首先可將梯形圖程序分成4個(gè)模塊進(jìn)行編程，1：步進(jìn)速度選擇；2：起動(dòng)、停止和清零；3：移位步進(jìn)控制功能模塊；4：A、B、C三相繞組對(duì)象控制。然后，將各模塊進(jìn)行連接，最后經(jīng)過調(diào)試、完善、實(shí)現(xiàn)控制要求。梯形圖程序設(shè)計(jì)（1

52、） 輸入/輸出編址控制步進(jìn)電機(jī)的各輸入開關(guān)及控制A、B、C三相繞組工作的輸出端在PLC中的I/O編表輸入輸出地址狀態(tài)真值表采用移位指令進(jìn)行步進(jìn)控制。首先指定移位寄存器VW0（16位），按照三相六拍的步進(jìn)順序移位寄存器的初值應(yīng)為每右移1位，電機(jī)前進(jìn)一個(gè)步距角（一拍），完成六拍后重新賦初值。其中，M0.6和M0.7始終為“0”。據(jù)此，可作出移位寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)繞組的狀態(tài)真值表，如表所示從而得出三相繞組的控制邏輯關(guān)系式：正轉(zhuǎn)時(shí) 反轉(zhuǎn)時(shí)A相 Q0.0 = M0.5+M0.4+M0.0 A相 Q0.0 = M0.5+M0.4+M0.0B相 Q0.1 = M0.4+M0.3+M0.2 B相 Q0.1 = M0.2+M0.1+M0.0C相 Q0.2 = M0.2+M0.1+M0.0 C相 Q0.2 = M0.4+M0.3+M0.2 移位寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)繞組的狀態(tài)真值表4.8程序講解1) 低速時(shí)按下I1.0上升沿觸發(fā),而中速I1.1和高速I1.2與I1.0閉合觸點(diǎn)串連形成互鎖，利用傳送指令MOVE將數(shù)字80傳送到移位寄存器VW100。I0.0和I0.1是正反轉(zhuǎn)按鈕,I0.2是停止及清零按鈕,當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)按下I0.0, 而I0.0常開和I0.1,I0.2閉合觸點(diǎn)形