PLC在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用

1、PLC在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用作者：xx摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各類型PLC,有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和各電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家用提高設(shè)備的抗干擾能力，另一方面要求工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的

2、電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)迅速地發(fā)展并成熟起來(lái)。從發(fā)展趨向來(lái)講、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)能與直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)，以及同步電動(dòng)機(jī)并列，從而成為電動(dòng)機(jī)的一種基本類型。用PLC控制步進(jìn)電機(jī)越來(lái)越流行了，這將是大勢(shì)所趨的事情。關(guān)鍵字：PLC,控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)，應(yīng)用，電動(dòng)機(jī)Abstract:Withthedevelopmentofscienceandtechnology,PLCcontrolintheindustrywiderandw

3、iderapplication.PLCcontrolsystemreliabilitydirectlyaffectsthesafetyofindustrialenterprisesandeconomicoperation,thesystemofanti-interferenceabilityisrelatedtothereliableoperationofthesystemkey.AutomatedsystemsusedinalltypesofPLC,someareinstalledinthecontrolroomconcentrate,someinstalledinproductionsit

4、esandelectricalequipment,theyaremostlyinstrongandstrongelectricalequipmentcircuitisformedbyheavyelectromagneticenvironment.PLCcontrolsystemtoimprovereliability,whilerequeststousePLCmanufacturersimproveequipmentintheanti-jammingcapability,ontheotherhandtorequiredesign,installationandconstructionandus

5、eofmaintenanceofattachgreatimportancetomulti-Peihecaineng,effectivelyenhancethesystemanti-interferenceperformance.Steppermotorisabletoconvertdigitalinputpulseincrementalrotaryorlinearmotionelectromagneticactuator.Eachinputofapulsemotorshaftofastepanglesteppingincrement.Motorbacktothecornerandenterth

6、etotalnumberofpulsesproportionaltothecorrespondingspeeddependsontheinputpulsefrequency.Steppermotorisakeycomponentinmechatronicproduct,oneisoftenusedasapositioningcontrolandconstantspeedcontrol.Steppermotorquicklydevelopandmature.Fromthedevelopmenttrendofspeaking,thesteppermotorhasbeenwithDCmotor,in

7、ductionmotor,andtheparallelsynchronousmotor,makingitoneofthebasictypesofmotors.PLCcontrolledsteppermotorwithmoreandmorepopular,itwillbethegeneraltrendofthings.【Keywords:PLC,controlSystem,steppingMotor,application,electricmotor目錄第1章PLC控制系統(tǒng)硬件原理及選取21.1 PLC簡(jiǎn)介21.2 PLC內(nèi)部原理31.3 PLC的工作原理61.4 PLC機(jī)型的選擇方法9第2章步

8、進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理及選取112.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理112.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取方法152.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取16第3章步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本原理及選取223.1 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介223.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史223.3 步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)233.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇方法24第4章接近開關(guān)284.1 工作原理284.2 接近開關(guān)的工作流程28第5章PLC控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)295.1 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)295.2 PLC控制步進(jìn)電機(jī)原理介紹31結(jié)束語(yǔ)33參考文獻(xiàn)34第1章PLC控制系統(tǒng)硬件原理及選取1.1 PLC簡(jiǎn)介自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器（ProgrammableLog

9、icController,PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái)，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長(zhǎng)率保持為20%30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來(lái)PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。但是，在中國(guó)等發(fā)

10、展中國(guó)家PLC的增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過(guò)程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步

11、（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC,循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來(lái)處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來(lái)完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的

12、控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。近10年來(lái)，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用

13、通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。1.2 PLC內(nèi)部原理PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一至。如圖2.1aPLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖所示：編程器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)用戶程序存儲(chǔ)區(qū)電源1-1aPLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖（1）中央處理單元（CPU）：中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū),然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命

14、令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行為止。（2）存儲(chǔ)器：與微型計(jì)算機(jī)一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構(gòu)成一臺(tái)完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分:系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。PLC存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型PLC的CPU的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系

15、統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備（例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）存儲(chǔ)區(qū)。I/O映象區(qū)：由于PLC投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要有一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元（RAM）以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)

16、據(jù)，這些存儲(chǔ)單元稱作I/O映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit）,一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16個(gè)bit）。因此，整個(gè)I/O映象區(qū)可看作由開關(guān)量的I/O映象區(qū)和模擬量的I/O映象區(qū)兩部分組成。系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū)：除了I/O映象區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在PLC斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電子供電。使這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng)PLC停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：用戶程序存

17、儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC其存儲(chǔ)容量各不相同，一般來(lái)說(shuō)，隨著PLC機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。不過(guò)對(duì)于新型的PLC,其存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶的需要而改變。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC,按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU

18、所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。（3）PLC電源：PLC電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無(wú)論是小型的PLC,還是中、大型的PLC,其電源的性能都是一樣的，均能對(duì)PLC內(nèi)部的所有器件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動(dòng)在正負(fù)10%（15%）之間，因此可以直接將PLC接入到交流電網(wǎng)上去?？删幊绦蚩刂破饕话闶褂?20V交流電源?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測(cè)裝置（如接近開關(guān)）提供24V直流電源。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供?？删幊绦蚩刂破魇菑睦^電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的，它的梯

19、形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。1.3PLC的工作原理圖1-1b行可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，編程控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中，編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次

20、循環(huán)可分為5個(gè)階段?？删幊绦蚩刂破鞯姆N周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來(lái)看，處理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的。在內(nèi)部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢≧UN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外3個(gè)階段的操作。在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像

21、寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦?/p>

22、由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的0/1狀態(tài)讀出來(lái)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開

23、觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為ON,映像寄存器為“0”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為OFF。掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次圖251a所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過(guò)嚴(yán)格地來(lái)說(shuō)掃描周期還包括自

24、診斷、通信等。如圖2-1c所示。第N個(gè)掃描周期輸入采樣用戶程序執(zhí)行輸出刷新輸入采樣；輸出刷新第(N+1)個(gè)掃描周期第(N-1)個(gè)掃I描周期圖1-1cPLC的掃描運(yùn)行方式(1)輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它們存入I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。所以輸入如果是脈沖信號(hào)，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(2)用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯

25、形圖。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)?；蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。(3)輸出刷新階段在輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是PLC真正的輸出。(4)輸入/輸出滯后時(shí)間輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。輸入模塊的CPU濾波電

26、路用來(lái)濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，其典型值為10ms左右。輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms,負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms;晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十ms,對(duì)于一般的系統(tǒng)是無(wú)關(guān)緊要的。要求輸入輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。1.4

27、PLC機(jī)型的選擇方法（ 1）PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。（ 2）輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用

28、的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。可根據(jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。（ 3）電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)

29、核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC,對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。（ 4）存儲(chǔ)器的選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。5.冗余功能的選擇a.控制單元的冗余a.a重要的過(guò)程單元：CPU（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng)1B1冗余。a.b在需要時(shí)也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等。bI/O接口單元的

30、冗余b.a控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置。b.b重要檢測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置。b.c根據(jù)需要對(duì)重要的I/O信號(hào)，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。（6）經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。第2章步進(jìn)電動(dòng)

31、機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理及選取2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng),這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào),加以放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比，控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，可以對(duì)電機(jī)精確定位。典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由三部分組成：1.步進(jìn)控制器，由PLC實(shí)現(xiàn)。2驅(qū)動(dòng)器，把PLC輸出的脈沖加以放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。3步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)的電樞通斷和各相通電順序決定了輸出角位移和運(yùn)動(dòng)方向，控制脈沖分配頻率可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。因此。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)一般采用開環(huán)控制方式。1）環(huán)形分配器步進(jìn)電機(jī)在

32、一個(gè)脈沖的作用下，轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)相應(yīng)的步距角，因此只要控制一定的脈沖數(shù)，即可精確控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的相應(yīng)的角度。但步進(jìn)電機(jī)的各繞組必須按一定的順序通電才能正確工作，這種使用電機(jī)繞組的通斷電順序按輸入脈沖的控制而循環(huán)變化的過(guò)程稱為環(huán)形分配。實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配的方法有兩種。一種是計(jì)算機(jī)軟件分配，采用查表或計(jì)算的方向使計(jì)算機(jī)的三個(gè)輸出引腳依次輸出滿足速度和方向要求的環(huán)形分配脈沖信號(hào)。這種方法能充分利用計(jì)算機(jī)軟件資源，減少硬件成本，尤其是多相電機(jī)的脈沖分配更能顯示出這種分配方法的優(yōu)點(diǎn)。但由于軟件運(yùn)行會(huì)占用計(jì)算機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，因而會(huì)使插補(bǔ)運(yùn)算的總時(shí)間增加，從而影響步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。另一種是硬件環(huán)形分配，采用數(shù)字電路搭

33、建或?qū)Ｓ玫沫h(huán)形分配器件將連續(xù)的脈沖信號(hào)經(jīng)電路處理后輸出環(huán)形脈沖。采用數(shù)字電路搭建的環(huán)形分配器通常由分立元件（如觸發(fā)器，邏輯門等）構(gòu)成，特點(diǎn)是體積大，成本高，可靠性差。專用的環(huán)形分配器目前市面上有很多種，如CMOS電路CH250即為三相步進(jìn)電機(jī)的專用環(huán)形分配，它的引腳功能及三相六拍線路圖如圖2-1a所示這種分配方法的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，接口簡(jiǎn)單(G(b)（a）引腳功能圖（b）三相六拍線路圖圖2-1a環(huán)形分配器CH250引腳圖2）功率驅(qū)動(dòng)要使步進(jìn)電機(jī)能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，必須為步進(jìn)電機(jī)提供足夠功率的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)這一功能的電路稱為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上是一個(gè)功率開關(guān)電路，其功能是將

34、環(huán)形分配的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，得到步進(jìn)電機(jī)控制繞組所需要的脈沖電流及所需要的脈沖波形。步機(jī)的工作特性在很大的程度上取決于功率驅(qū)動(dòng)器的性能，對(duì)每一相繞組來(lái)說(shuō)，理想的功率驅(qū)動(dòng)器應(yīng)使通過(guò)繞組的電流脈沖盡量接近矩形波。但由于步進(jìn)電機(jī)繞組有很大的電感，要做到這一點(diǎn)是有困難的。常見的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路有三種：1）單電源驅(qū)動(dòng)電路。這種電路采用單一電源供電，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但電流波形差，效率低，輸出力矩小，主要用于對(duì)速度要求不高的小型步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。圖2-1b所示為步進(jìn)電機(jī)的一相繞組驅(qū)動(dòng)電路（每相繞組的電路相同）。當(dāng)環(huán)形分配器的脈沖輸入信號(hào)uU為低電平（邏輯0,約1V）時(shí)，雖然V1,V2管都導(dǎo)通，但只要適當(dāng)

35、選擇R1,R3,R5的阻值，使Ub3<0g勺為-1）,那么V3管就處于截止?fàn)顟B(tài)，該相繞組斷電。當(dāng)輸入信號(hào)uU>0（約為0.7V）,V3管飽和導(dǎo)通，該相繞組通電。+EoUu0.3V4700進(jìn)機(jī)組步電統(tǒng)RoRs3900ZSVdC二Ry100圖2-1b單電源驅(qū)動(dòng)電路2）雙電源驅(qū)動(dòng)電路。雙電源驅(qū)動(dòng)電路又稱高，低壓驅(qū)動(dòng)電路，采用高壓和低壓兩個(gè)電源供電，如圖2-1c所示。在步進(jìn)電機(jī)繞組剛接通時(shí)，通過(guò)高壓電源供電，以加快電流上升速度；延遲一段時(shí)間后，切換到低壓電源供電。這種電路使用電流波形，輸出轉(zhuǎn)矩及運(yùn)行頻率等都有較大的改善。12圖2-1c高低壓驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)環(huán)形分配器的脈沖輸入信號(hào)uU為高電平時(shí)（

36、要求該相繞組通電），二極管Vg,Vd的基極都有信號(hào)電壓輸入，使Vg,Vd均導(dǎo)通。于是在高壓電源作用下（這時(shí)二極管VD1兩端承受的是反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)，可使低壓電源不對(duì)繞組作用），繞組電流迅速上升，電流前沿很陡。當(dāng)電流達(dá)到或稍微超過(guò)額定穩(wěn)態(tài)電流時(shí)，利用定時(shí)電路或電流檢測(cè)器等措施切斷Vg基極上的信號(hào)電壓，于是Vg截止，但此時(shí)Vd仍然是導(dǎo)通的，因此繞組電流即轉(zhuǎn)而由低壓電源經(jīng)過(guò)二極管VD1供給。當(dāng)環(huán)形分配器輸出端的電壓uU為低電平時(shí)（要求繞組斷電），Vd基極上的信號(hào)電壓消失，于是Vd截止，繞組中的電流經(jīng)二極管VD2及電阻Rf2向高壓電源供電，電流迅速下降。采用這種高，低壓切換型電源，電機(jī)繞組上不需

37、要串聯(lián)電阻或者需要串聯(lián)一個(gè)很小的電阻Rf1（為平衡各相電流），因此電源的功耗較小。由于這種供壓方式使電流波形得到很大的改善，因而步進(jìn)惦記的矩頻特性好，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率得到很大的提高。3）斬波限流驅(qū)動(dòng)電路。這種電路采用單一高壓電源供電，以加快電流上升速度，并通過(guò)對(duì)繞組電流的檢測(cè)，控制功放管的開和關(guān)，使電流在控制脈沖持續(xù)期間始終保持在規(guī)定值上下，其波形圖如圖2-1d所示。這種電路功率大，功耗小，效率高，目前應(yīng)用最廣。fu0t2-1d斬波限流驅(qū)動(dòng)電路波形圖圖2-1e所示為一種斬波限流驅(qū)動(dòng)電路原理圖，其工作原理如下：當(dāng)環(huán)形分配器的脈沖輸入高電平（要求該相繞組通電）加載到光電耦合器OT的輸入端時(shí)，晶體管V

38、1導(dǎo)通，并使V2和V3也導(dǎo)通。V2導(dǎo)通瞬間，脈沖變壓器T在其二次線圈中感應(yīng)出一個(gè)正脈沖，使大功率晶體管V4也通。同時(shí)由于V3的導(dǎo)通，大功率晶體管V5也導(dǎo)通。于是繞組W中有電流流過(guò)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。由于W是感性負(fù)載，其中的電流在導(dǎo)通后逐漸增加，當(dāng)增加到一定值時(shí)，在檢測(cè)電阻R10上產(chǎn)生的壓降將超過(guò)由分壓電阻R7和電阻R8所設(shè)定的電壓值Uref,使比較器OP翻轉(zhuǎn)，輸出低電平使V2截止。V2被截止瞬時(shí)，又通過(guò)T將一個(gè)負(fù)脈沖交連到二次線圈，使V4截止。于是電源通路被切斷，W中儲(chǔ)存的能量通過(guò)V5,R10及二極管VD7釋放，電流逐漸減小。當(dāng)電流減小到一定值后，在R10上的壓降又低于Uref,使OP輸出高電平，

39、V2,V4及W重新導(dǎo)通。在控制脈沖持續(xù)期間，上述過(guò)程不斷重復(fù)。當(dāng)輸入低電平時(shí)，V1V5等相繼截止，W中的能量則通過(guò)VD6,電源，地和VD7釋放。該電路限流值可達(dá)6A左右，改變電阻R10或R8的值，可改變限流值的大小。U1+100V15Vfi4510Q石不Vo4Vds圖2-1e斬波限流驅(qū)動(dòng)電路2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取方法1 .首先確定步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載所需要的扭矩。最簡(jiǎn)單的方法是在負(fù)載軸上加一杠桿，用彈簧秤拉動(dòng)杠桿，拉力乘以力臂長(zhǎng)度既是負(fù)載力矩?；蛘吒鶕?jù)負(fù)載特性從理論上計(jì)算出來(lái)。由于步進(jìn)電機(jī)是控制類電機(jī)，所以目前常用步進(jìn)電機(jī)的最大力矩不超過(guò)45Nm,力矩越大，成本越高，如果您所選擇的電機(jī)力矩較大

40、或超過(guò)此范圍，可以考慮加配減速裝置。2 .確定步進(jìn)電機(jī)的最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速指標(biāo)在步進(jìn)電機(jī)的選取時(shí)至關(guān)重要，步進(jìn)電機(jī)的特性是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，扭矩下降，其下降的快慢和很多參數(shù)有關(guān)，如：驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓、電機(jī)的相電流、電機(jī)的相電感、電機(jī)大小等等，一般的規(guī)律是：驅(qū)動(dòng)電壓越高，力矩下降越慢；電機(jī)的相電流越大，力矩下降越慢。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)使電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在1500轉(zhuǎn)/分或1000轉(zhuǎn)/分，當(dāng)然這樣說(shuō)很不規(guī)范，可以參考矩-頻特性。3 .根據(jù)負(fù)載最大力矩和最高轉(zhuǎn)速這兩個(gè)重要指標(biāo)，再參考矩-頻特性，就可以選擇出適合自己的步進(jìn)電機(jī)。如果您認(rèn)為自己選出的電機(jī)太大，可以考慮加配減速裝置，這樣可以節(jié)約成本，也可以使

41、您的設(shè)計(jì)更靈活。要選擇好合適的減速比，要綜合考慮力矩和速度的關(guān)系，選擇出最佳方案。4 .最后還要考慮留有一定的（如30%）力矩余量和轉(zhuǎn)速余量。5 .可以先選擇混合式步進(jìn)電機(jī)，如果由于價(jià)格因素，可以選取反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)6 .盡量選取細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，且使驅(qū)動(dòng)器工作在細(xì)分狀態(tài)。7 .選取時(shí)且勿走入只看電機(jī)力矩這一個(gè)指標(biāo)的誤區(qū)，也就是說(shuō)并非電機(jī)的扭矩越大越好，要和速度指標(biāo)一起考慮。8 .超小型驅(qū)動(dòng)器和微型驅(qū)動(dòng)器是靠外殼作為散熱器的，應(yīng)固定在較大、較厚的金屬板上或外加風(fēng)機(jī)散熱，如果沒有散熱條件，而驅(qū)動(dòng)器又工作在轉(zhuǎn)速較低的場(chǎng)合（這時(shí)驅(qū)動(dòng)器發(fā)熱較大）。2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取綜上所述本系統(tǒng)采用的是兩相混合式步進(jìn)

42、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器SH-20803N技術(shù)特點(diǎn)：全新的雙極恒相流加細(xì)分控制模式創(chuàng)新的動(dòng)態(tài)尋優(yōu)電路使性能最優(yōu)化最大64細(xì)分的多種細(xì)分模式可選提供在線細(xì)分切換功能24V70V直流供電最大輸出驅(qū)動(dòng)電流3A/相輸入信號(hào)TTL兼容且光電隔離輸出電流可方便設(shè)定過(guò)流、過(guò)壓、錯(cuò)相保護(hù)脫機(jī)保持功能精巧的外形尺寸便于安裝概述本驅(qū)動(dòng)器在繼承以往驅(qū)動(dòng)器細(xì)分技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入了全新的動(dòng)態(tài)智能電流控制技術(shù)，從而大大改善了電機(jī)電流的控制精度，進(jìn)一步降低了力矩的脈動(dòng)，提高了細(xì)分的精度，并且可以將電機(jī)的損耗降低30%,達(dá)到減小電機(jī)溫升的效果。更寬的電壓電流范圍可以滿足更多的應(yīng)用場(chǎng)合，通過(guò)動(dòng)態(tài)智能控制模式可以根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行工況尋得最優(yōu)

43、的控制方式，方便的電流設(shè)定功能方便適配多種型號(hào)電機(jī)。電氣特性（環(huán)境溫度Tj=25C時(shí)）供電電源24V70VDC,容"ONKVA輸出電流峰值3A7相（Max）（輸出電流可由面板撥碼開關(guān)設(shè)定）驅(qū)動(dòng)方式恒相流PWM控制勵(lì)感方式A型;整此丫步，4細(xì)分，84分,16細(xì)分.32細(xì)分，64細(xì)分B怕展步，半步,4細(xì)分.5細(xì)分，8細(xì)分.10鯽分,2。細(xì)分.40細(xì)分絕綠電阻在常溫常玉下>500MC維強(qiáng)強(qiáng)度在常溫常近下0.5KV.1Mln使用環(huán)境及參數(shù)冷卻方式強(qiáng)制風(fēng)冷使用環(huán)境場(chǎng)合層量避免粉塵、油霧及腐蝕性氣體溫度0V1+50C濕度<80%RH+無(wú)凝赤,無(wú)結(jié)霜震動(dòng)Max保存溫度-20TC+65U

44、外形尺寸133x77x46mm重量O.S2Kg電源電壓本驅(qū)動(dòng)器采用直流電源供電，由機(jī)殼正面的紅色指示燈指示。電源電壓在DC24VDC70V之間都可以正常工作，用戶可以直接采用變壓器整流加電容濾波電路提供。但注意應(yīng)使整流后電壓紋波峰值不超過(guò)70V?？紤]到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，變壓器副邊空載輸出電壓建議小于50VAC。采用較低的電源電壓會(huì)使電機(jī)高速運(yùn)行力矩下降，但有助于驅(qū)動(dòng)器降低溫升和增加低速時(shí)的運(yùn)行平穩(wěn)性（請(qǐng)參考適配電機(jī)矩頻特性曲線）。所加電源的輸出能力應(yīng)不少于電機(jī)的額定相電流，電源電壓越低則對(duì)電源電流輸出能力的要求越大。接線時(shí)務(wù)必注意電源正負(fù)，切勿反接！電源質(zhì)量的好壞直接影響到驅(qū)動(dòng)器的性能和功能，電

45、源的紋波大小影響細(xì)分的精度，電源共模干擾的抑制能力影響系統(tǒng)的抗干擾性，因此對(duì)于要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，一定要注意提高電源的質(zhì)量。輸出電流選擇本驅(qū)動(dòng)器采用雙極恒流方式，最大輸出電流值為3A/相（峰值），根據(jù)驅(qū)動(dòng)器側(cè)板開關(guān)（4,5,6）的不同組合可以方便的選擇8種電流值，從1.5A到3.1A（詳見電流選擇表），45645456456OFFOFFPoff11AONOFFoff219AOFFOFFOMONOFFON2.3AOFFONOFF2.BAONONOFF2,6AOFFONON2.0AONONON1.5A細(xì)分選擇本驅(qū)動(dòng)器有A、B兩種類型，每種類型各提供8種細(xì)分運(yùn)行模式。對(duì)于A型，可提供整步、半步（優(yōu)化

46、半步）、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分、64細(xì)分模式；對(duì)于B型，可提供整步、半步、4細(xì)分、5細(xì)分、8細(xì)分、10細(xì)分、20及40細(xì)分模式。驅(qū)動(dòng)器出廠時(shí)，面板上會(huì)有類型標(biāo)注。8種細(xì)分模式用戶既可通過(guò)側(cè)板開關(guān)（1,2,3）方便設(shè)定（詳見細(xì)分模式選擇表）也可以使用端子上提供的MS1,MS2,MS3三個(gè)接口由系統(tǒng)選擇（詳見在線細(xì)分切換）。細(xì)分步數(shù)均相對(duì)整步而言，如驅(qū)動(dòng)整步為1.8度電機(jī)，設(shè)定整步運(yùn)行時(shí)，一個(gè)脈沖使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1.8度，半步時(shí)，一個(gè)脈沖使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)0.9度，4細(xì)分時(shí)一個(gè)脈沖則使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)0.45度AT!123123123123OFOFFOff闞OFFOFFOlOFFONOFFhlril&quo

47、t;OFFONON4螃OhlOFFOffONOFON前酈+ONCMOFF32蒯分OhlONON64123123123123OffOF0H:整步4信號(hào)控制CFFOffON半步CFF州OF4黜分OFONON5細(xì)分在線細(xì)分切換可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)器面板上的撥碼開關(guān)選擇細(xì)分模式，共有8種模式備選，同樣也可以通過(guò)在輸入信號(hào)選擇端子上加對(duì)應(yīng)的電信號(hào)完成同樣的功能，信號(hào)端子和細(xì)分選擇開關(guān)一一對(duì)應(yīng)（例如：MS1對(duì)應(yīng)細(xì)分選擇開關(guān)1）,細(xì)分選擇開關(guān)閉合（ON-撥碼開關(guān)置于“0側(cè)）等效于對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)端子輸入低電”位（內(nèi)部光耦導(dǎo)通），當(dāng)開關(guān)設(shè)定和端子的信號(hào)不一致時(shí)，以端子低電平和開關(guān)閉合為優(yōu)先。因此要完全使用輸入信號(hào)端子控

48、制細(xì)分，請(qǐng)將細(xì)分選擇開關(guān)的1，2，3位設(shè)置為全OFF狀態(tài)。為了降低細(xì)分驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制系統(tǒng)輸出高頻率范圍的要求，同時(shí)降低控制的復(fù)雜性，在保證精度的前提下，本驅(qū)動(dòng)器提供了各個(gè)運(yùn)行模式之間的在線自由切換，用戶可以通過(guò)控制信號(hào)自由決定所使用的細(xì)分?jǐn)?shù)，并在運(yùn)行中隨時(shí)切換。值得注意的是：若在不停止脈沖輸入的情況下進(jìn)行細(xì)分模式的動(dòng)態(tài)切換，由于細(xì)分的差異，同樣的輸入脈沖頻率會(huì)對(duì)應(yīng)不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此當(dāng)由高細(xì)分切換到低細(xì)分或整步時(shí)，若不相應(yīng)調(diào)整脈沖頻率，就會(huì)使電機(jī)轉(zhuǎn)速突然以倍數(shù)上升，這種狀況可能導(dǎo)致電機(jī)丟步或堵轉(zhuǎn)，所以動(dòng)態(tài)切換細(xì)分時(shí)要注意相應(yīng)的調(diào)整脈沖頻率，以保持切換前后，電機(jī)轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)過(guò)渡。對(duì)于靜態(tài)（電機(jī)靜止或

49、轉(zhuǎn)速極低）下的切換就比較簡(jiǎn)單了。脫機(jī)功能脫機(jī)控制端外加低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將切斷電機(jī)各相繞組電流使電機(jī)軸處于自由狀態(tài)，此時(shí)步進(jìn)脈沖將不能被響應(yīng)。此狀態(tài)可有效降低驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的功耗和溫升。當(dāng)不需用此功能時(shí)，脫機(jī)端可懸空。動(dòng)態(tài)尋優(yōu)本驅(qū)動(dòng)器中包含獨(dú)創(chuàng)的動(dòng)態(tài)尋優(yōu)電路，它可以根據(jù)當(dāng)前電機(jī)的工作狀況作出相應(yīng)的調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行效果。要注意的是該電路需要5秒左右的初始化過(guò)程，因此在剛上電的幾秒內(nèi)，效果可能不理想，幾秒后就會(huì)恢復(fù)。用戶可以避開這段時(shí)間。錯(cuò)相保護(hù)兩相電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器連接時(shí)，極易接錯(cuò)相，從而嚴(yán)重?fù)p壞驅(qū)動(dòng)器。本驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)了錯(cuò)相保護(hù)電路，用戶接錯(cuò)相時(shí)，驅(qū)動(dòng)器不會(huì)損壞，但電機(jī)運(yùn)行不正常，主要表現(xiàn)在出力極小。

50、遇此情況，應(yīng)檢查電機(jī)接線是否錯(cuò)誤。電機(jī)接線本驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)為配合兩相混合式步進(jìn)電機(jī)使用，所采用的是雙極恒流的控制方式，可以最大限度的利用電機(jī)的鐵磁材料?？梢耘浜?線，6線及8線的電機(jī)使用。對(duì)于8線的電機(jī)在電流允許的前提下，可以接成串聯(lián)或并聯(lián)方式使用。要特別提出注意的是，本驅(qū)動(dòng)器不能配合5線兩相電機(jī)使用！輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入采用可拔插的端子，可以將其取下，接好線后再插上。公共端：本驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)采用共陽(yáng)極接線方式，應(yīng)將控制信號(hào)的正電源連接到該端子上，信號(hào)輸出線連接到相應(yīng)的信號(hào)端子上，當(dāng)信號(hào)輸入端出現(xiàn)低電平時(shí)相對(duì)應(yīng)的內(nèi)部光耦開通，將信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)器中。脈沖信號(hào)輸入：信號(hào)從高到低的下跳變被驅(qū)動(dòng)器解

51、釋為一個(gè)脈沖，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器將按照相應(yīng)的時(shí)序驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行一步。脈沖低電平的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于300ns。本驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)最高響應(yīng)頻率為2MHz,過(guò)高的輸入頻率將可能得不到正確響應(yīng)。方向信號(hào)輸入：該端的高電平和低電平被解釋為電機(jī)運(yùn)行的兩個(gè)方向，信號(hào)的改變將使電機(jī)運(yùn)行的方向發(fā)生變化。該端的懸空被等效認(rèn)為輸入高電平。要注意一點(diǎn)是，應(yīng)確保方向信號(hào)領(lǐng)先脈沖信號(hào)輸入至少10ws建立，從而避免驅(qū)動(dòng)器對(duì)脈沖的錯(cuò)誤響應(yīng)。當(dāng)不需換向時(shí)，方向信號(hào)端可懸空。脫機(jī)信號(hào)輸入：輸入低電平時(shí)電機(jī)相電流被切斷，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)。不用此功能時(shí)脫機(jī)信號(hào)端可懸空。細(xì)分選擇信號(hào)：這三個(gè)端子實(shí)現(xiàn)通過(guò)上位控制機(jī)輸出信號(hào)設(shè)定細(xì)分模式和細(xì)分模式的在線

52、自動(dòng)切換功能，端子外加低電平時(shí)內(nèi)部的光耦導(dǎo)通，等同于對(duì)應(yīng)的細(xì)分選擇撥碼開關(guān)置于ON則。正確使用此功能的詳細(xì)介紹請(qǐng)參見上頁(yè)在線細(xì)分選擇中的說(shuō)明。要注意一點(diǎn)是，應(yīng)確保細(xì)分選擇信號(hào)領(lǐng)先于脈沖信號(hào)輸入至少10ws建立，從而避免驅(qū)動(dòng)器對(duì)脈沖的錯(cuò)誤響應(yīng)。當(dāng)不需用此功能時(shí)，細(xì)分選擇信號(hào)端可懸空。典型接線圖爆分選擇信號(hào)細(xì)分選擇信號(hào)MS2堀分諧擇信號(hào)MS3脫機(jī)信號(hào)輸入脈沖信號(hào)泊人公共兩相混合式步進(jìn)電機(jī)24V-70VDC0芯DC輸入接口電路公共端細(xì)分選擇信號(hào)脈沖信號(hào)方向信號(hào)脫機(jī)信號(hào)注意，當(dāng)控制信號(hào)不是TTL電平時(shí)，應(yīng)根據(jù)信號(hào)電壓大小在各信號(hào)輸入端口，非公共端1外串限流電阻，電阻每路信號(hào)都要使用單獨(dú)的限流電阻.不要

53、共用匕如12V時(shí)加1K電阻,24V時(shí)力口2K第3章步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本原理及選取3.1步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，國(guó)外一般稱為5kpmotor或SvpI)m8motor、Pulscnlot贓、Stdppcr5Grvo、StcPl)er,等等。目前，隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)以及電動(dòng)機(jī)本體的發(fā)展和變化，傳統(tǒng)電機(jī)分類間的界面越來(lái)越模糊。筆者認(rèn)為這是機(jī)電一體化元件組件的必然趨勢(shì)。就傳統(tǒng)的步進(jìn)電功價(jià)來(lái)說(shuō)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以簡(jiǎn)單地定義為根據(jù)輸入的脈沖信號(hào)，每改變一次勵(lì)磁狀態(tài)就前進(jìn)定角度(或長(zhǎng)度)，若不改變勵(lì)磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電動(dòng)機(jī)。從廣義上講，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種受電脈沖信號(hào)控制的無(wú)刷式直

54、流電動(dòng)機(jī)也可看作是在一定頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率同步的同步電動(dòng)機(jī)。3.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)理是基于最基本的電磁鐵作用、其原始模型起源于1830年至1860年間。1870午前后開始以控制為目的的嘗試、應(yīng)用于氮弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中。這被認(rèn)為是最初的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。此后，在電話自動(dòng)交換機(jī)中廣泛使用了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。不久又在缺乏交流電源的船舶和飛機(jī)等獨(dú)立系統(tǒng)中廣泛使用。20世紀(jì)60年代后期，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本體方面隨著水磁材料的發(fā)展，各種實(shí)用性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，而半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展則推進(jìn)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。在近30年間步進(jìn)電動(dòng)機(jī)迅速地發(fā)展并成熟起來(lái)。從發(fā)展趨向來(lái)講、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)能與

55、直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)，以及同步電動(dòng)機(jī)并列，從而成為電動(dòng)機(jī)的一種基本類型。我國(guó)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的研究及制造起始于本世紀(jì)50年代后期。從50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研機(jī)構(gòu)為研究一些裝置而使用或開發(fā)少量產(chǎn)品。這些產(chǎn)品以多段結(jié)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為主。70年代初期，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)和研究有所突破。除反映在驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方面的長(zhǎng)足進(jìn)步外，對(duì)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本體的設(shè)計(jì)研究發(fā)展到一個(gè)較高水平。70年代中期至80年代中期為成品發(fā)展階段，新品種高性能電動(dòng)機(jī)不斷被開發(fā)。自80年代中期以來(lái)，由于對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)精確模型做了大量研究工作，各種混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器作為產(chǎn)品廣泛利用3.3步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)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，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.971.8。(表示半步工作時(shí)為0.9°、整步工作時(shí)為1.8),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)：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0.971.8、°三相的為0.75/1.5；五相的為0.36/