步進電機控制技術綜合實驗

1、步進電機控制技術綜合實驗步進電機控制技術綜合實驗實驗目的實驗目的1.了解步進電機的工作原理和基本控制原理。2.掌握用PLC控制步進電機硬件連線和梯形圖編程方法；3.掌握MPC07運動控制卡對步進電機的控制及其工作原理4.熟練使用VB進行運動軌跡的編程5.通過本實驗提高學生對自動化控制的熟悉和了解,鍛煉學生的動手和實踐能力實驗器材和設備實驗器材和設備1.PLC模塊計算機 一臺2.EM-300型步進電動機控制系統(tǒng) 一臺3.一維工作臺(帶步進電機 =1.8) 一臺4.MPC07演示軟件5.PLC應用板(omron SYSMAC CPM2A) 一塊6.步進電機驅(qū)動器 一塊7.霍爾傳感器 一個8.多功能

2、電源板 一塊9.導線 若干實驗要求實驗要求1.能夠?qū)崿F(xiàn)以下工作循環(huán)過程(全自動單周期)如下圖：行程快進工進快退速度2.實現(xiàn)工作臺斷電后通電自動復位功能，即任意位置能夠自動返回到零位。3.利用行程開關實現(xiàn)極限位置保護功能（即滑塊觸到極位開關就停止運行）行程快進工進快退速度實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 1.步進電機是一種電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的機電執(zhí)行元件。當有脈沖信號輸入時，步進惦記就一步一步的轉(zhuǎn)動，每個輸入脈沖對應電機的一個固定轉(zhuǎn)角，故稱為步進電機。步進電機屬于同步電機，多數(shù)情況用做伺服電機，且控制簡單，工作可靠，能夠得到較高的精度。它是唯一能夠以開環(huán)結構用于數(shù)控機床的伺服電動機。2.步進

3、電機按其勵磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相等；按其工作原理可分為反應式、永磁式合混合式三大類。一、步進電機概述一、步進電機概述實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 1.步進電機是一種電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的機電執(zhí)行元件。當有脈沖信號輸入時，步進惦記就一步一步的轉(zhuǎn)動，每個輸入脈沖對應電機的一個固定轉(zhuǎn)角，故稱為步進電機。步進電機屬于同步電機，多數(shù)情況用做伺服電機，且控制簡單，工作可靠，能夠得到較高的精度。它是唯一能夠以開環(huán)結構用于數(shù)控機床的伺服電動機。2.步進電機按其勵磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相等；按其工作原理可分為反應式、永磁式合混合式三大類。一、步進電機概述一、步進電機概述實驗儀器簡介：

4、實驗儀器簡介： 3、步進電機的基本特點：步進電機受點脈沖信號的控制。每輸入以各脈沖信號，就變換以磁繞組的通電狀態(tài)，電機就相應的轉(zhuǎn)動以步，因此電機的總回轉(zhuǎn)角合輸入脈沖個數(shù)嚴格成正比關系，電機的轉(zhuǎn)速則正比于脈沖的輸入頻率。改變步進電機的定子繞組的通電順序，可以獲得所需要的轉(zhuǎn)向。改變輸入脈沖頻率，則可以得到所需要的轉(zhuǎn)速（但是不能夠超出極限頻率）。當步進電機脈沖輸入停止時，只要維持繞組的激勵電流不變，電機保持在原固定位置上，因此可以獲得較高的定位精度，不需要安裝機械制動裝置從而達到精確制動。誤差不長期積累，轉(zhuǎn)角精度高。由于每轉(zhuǎn)過360后，轉(zhuǎn)子的累積誤差為零，轉(zhuǎn)角精度較高。反映時間快。 缺點：效率低、沒

5、有過載能力。一、步進電機概述一、步進電機概述實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 4、步距角的大小和通電方式、轉(zhuǎn)子齒數(shù)、定子勵磁繞組的相數(shù)的關系：（本實驗 =1.8） =360/mZKm步進電機的相數(shù)；Z轉(zhuǎn)子齒數(shù)；K通電方式系數(shù)。相鄰兩次通電，相的數(shù)目相同K=1；相鄰兩次通電，相的數(shù)目不同K=2。一、步進電機概述一、步進電機概述實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 1.MPC07主要適用于點位運動控制系統(tǒng)。2.MPC07控制卡是基于PC機PCI總線的步進電機或數(shù)字式伺服電機的上位控制單元，它與PC機構成主從式控制結構：PC機負責人機交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標的管理、系統(tǒng)狀態(tài)

6、的顯示、控制指令的發(fā)送、外部信號的監(jiān)控等等）；MPC07卡完成運動控制的所有細節(jié)（包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等）。3.每塊MPC07卡可控制4軸步進電機或數(shù)字式伺服電機，并支持多卡共用，以實現(xiàn)多于四個運動軸的控制；每軸均可輸出脈沖和方向信號，以控制電機的運轉(zhuǎn)；同時，可外接原點、減速、限位等開關信號，以實現(xiàn)回原點、保護等功能，這些開關信號由MPC07卡自動檢測并作出反應。另外，MPC07卡提供了的通用I/O接口，用于開關量控制。二、二、 MPC07運動控制卡的軟硬件運動控制卡的軟硬件實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 4. MPC07卡采用先進的控制芯片，具有

7、梯形升降速曲線，最高輸出頻率可達4.0MHz，有編碼器反饋端口，主要適用于步進電機控制系統(tǒng)，也可用于有編碼器反饋的數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。5 MPC07配備了功能強大、內(nèi)容豐富的Windows驅(qū)動程序、DLL函數(shù)庫及示例程序。MPC07在插補算法和運動函數(shù)的執(zhí)行效率方面采用了更有效的方法，提高了插補精度、插補速度和實時性。利用MPC07的示例程序既可以很快地熟悉MPC07控制卡的軟、硬件功能，又可以方便快捷地測試執(zhí)行電機及驅(qū)動系統(tǒng)在完成各種運動時的性能特性。MPC07運動函數(shù)庫用于二次開發(fā)，用戶只要用VC或Visual Basic等支持Windows 標準32位動態(tài)鏈接庫（DLL）調(diào)用的開發(fā)工具編

8、制所需的用戶界面程序，并把它與MPC07運動庫鏈接起來，就可以開發(fā)出自己的控制系統(tǒng)，例如：數(shù)控系統(tǒng)、檢測設備、自動生產(chǎn)線等。MPC07的運動函數(shù)庫能夠完成與運動控制有關的復雜細節(jié)（比如：升降速、直線插補等），這樣就可以大大縮短控制系統(tǒng)的開發(fā)周期。二、二、 MPC07運動控制卡的軟硬件運動控制卡的軟硬件實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 使用該模塊時注意以下事項：1.在供電時不要撤卸任何單元，這樣可能導致電擊；2.供電時不要觸及任一端子或端子板，這樣可能導致電擊；3.在傳送程序給其它節(jié)點時，或在對I/O存儲器進行改變時，在傳送前要確認目的節(jié)點的安全；4.連結導線時一定要按要求進行，否則造成不必要的元件

9、燒壞。三、可編程控制器的概述三、可編程控制器的概述 可編程控制器是在繼電器控制和計算機控制基礎上發(fā)展起來的新型工業(yè)自動控制裝置。因此，PLC實際上就是一種工業(yè)控制微機，因而它的硬件結構與一般微機控制系統(tǒng)相似，其主體由微處理器（CPU）、存儲器、輸入模塊、輸出模塊、電源及編程器組件構成。本實驗所用的PLC是omron公司的CPM2A系統(tǒng)。實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 三、可編程控制器的概述三、可編程控制器的概述l本實驗主要利用PLC的特殊功能脈沖輸出控制對步進電機進行控制，因此在實驗前必須對歐姆龍PLC的CPM2A的脈沖輸出控制功能的編程知識進行預習。l本實驗分為二部分內(nèi)容：1、通過操作可編程控

10、制器對步進電機及一維工作臺進行編程控制。2、通過對MPC07運動控制卡進行二次開發(fā)（VB編程）實現(xiàn)對一維工作臺的編程控制。實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 1.熟悉PLC實驗模塊、多功能實驗模塊、滑塊和霍爾傳感器,掌握其正確使用方法;（注意PLC實驗模塊的端口設置）2.讀懂所給程序,理解程序中用的各指令的功能和在程序中具體的作用,具體指令用法如下:MOV(21) S D當執(zhí)行條件位ON時,將數(shù)據(jù)S傳送到通道D中. MOV/MOV(傳送指令)一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 當復位端R位OFF時,再SP端的每個移位脈沖的上升沿時到E通道中的所有數(shù)據(jù)按

11、位依次左移一位.E通道中數(shù)據(jù)的最高位溢出丟失,St通道中的最底位則移進IN端的數(shù)據(jù);SP端沒有移位脈沖則不移位;當復位打R為ON時,St到E所有通道均復位位零,且移位指令不執(zhí)行.SFT(10) St EINSPRSFT(移位寄存器指令)一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 P端口定義 C控制數(shù)據(jù) （00-相對脈沖，000-相對脈沖） N脈沖數(shù)。設置脈沖指令PULS（65） PULS(65) P C N一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 當執(zhí)行條件為ON時，定時器進入工作狀態(tài)，而當執(zhí)行條件OFF時，定時器復位，恢復到SV設定值。 TIM定時器TIM SV一）、P

12、LC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 P端口定義； M輸出模式 ； （ 000-獨立模式 001-絕對模式）F目標頻率。速度輸出指令（SPED（64）SPED(64) P M F一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 P、C意義同上，P1：PV首字。 模式控制（INI（61）INI（61） P C P1一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 3、按所給圖紙正確的連接各實驗模板上的接口，結好后并檢查接線是否準確無誤。4、完成以上工作后，編寫PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)一維工作臺的快進、工進、快退。并觀察滑臺的運動規(guī)律；一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容

13、 控制程序參數(shù)表：運動過程 頻率 脈沖數(shù) 行程快進工進快退一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 運動次數(shù)零位到終點距離（mm） 誤差=|L- L總|/ L總*100% 1L1= 2L2= 3L3= 4L4=5、完成以上操作后，整理實驗臺，并記錄整理數(shù)據(jù)。一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 二）、MPC07運動控制卡控制步進電機運動控制卡控制步進電機1.連接EM-300型步進電動機控制系統(tǒng)與一維工作臺，根據(jù)MPC07運動控制卡運動控制卡操作手冊，熟練使用DEMO軟件的控制界面對一維工作臺的運動進行控制。2.根據(jù)預習題1的內(nèi)容，編制運動控制程序。3.經(jīng)指導老師檢查

14、同意后，接通EM-300型步進電動機控制系統(tǒng)電源，開始實驗，調(diào)試程序并運行系統(tǒng)。4.結束實驗后，關閉EM-300型步進電動機控制系統(tǒng)電源，將實驗儀器設備歸位。思考題思考題1.本實驗步進電機每輸入一個脈沖，滑臺前進多少或后退多少？（即脈沖當量是多少？）2.分析造成滑臺的運動誤差的原因有那些？可以用那些措施來減少實驗誤差？3.通過本次實驗，你對在實際中選擇運動控制器的意義有何認識？你對本實驗有何心得體會？4.敘述運動控制程序的調(diào)試過程（VB編程）。5.快退過程中，快退的行程是靠什么來控制的？事實上該控制可以近似步進電機多少個脈沖輸入控制？6.霍爾傳感器在本實驗中的作用是什么？7.分析在滑塊剛起步時

15、、走到終點和返回到起點時，都有一個緩沖現(xiàn)象。（提示：從PLC試驗模塊進行分析）8.在執(zhí)行完第一個周期后，再次執(zhí)行第二個周期啟動時有一個明顯的延遲（或者起動死區(qū)），試分析其原因和對誤差有什么影響？試分析解決方法。預習要求、報告要求預習要求、報告要求預習要求預習要求1.預習MPC07運動控制卡操作手冊中的有關內(nèi)容：l運動控制系統(tǒng)的開發(fā)l函數(shù)描述l常見問題及解決方法l函數(shù)索引2.預習可編程控制器的編程手冊脈沖輸出控制相關知識。3.參考MPC07運動控制卡操作手冊P41中的有關內(nèi)容，設計一個運動過程，在VB環(huán)境下編寫完成該運動過程的程序代碼。4.參考可編程步進電機控制器的編程及使用說明書，設計一維工作臺往復運動的控制程序，運動距離、速度，重復次數(shù)等參數(shù)請同學們自己選擇，同時要求使用傳感器作為限位控制。報告要求：報告要求：1.通過對MP