基于PLC的四相步進(jìn)電機(jī)的控制

1、基于PLC四相步進(jìn)電機(jī)的控制摘要：隨著步進(jìn)電機(jī)的不斷發(fā)展，PLC是當(dāng)前自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域利用最多的控制設(shè)施，它使傳統(tǒng)的繼電器、計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)融合在一起，擁有操作十分方便、控制可靠性高等諸多特點(diǎn)，所以如何更好地使用PLC控制步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域中創(chuàng)造更大的效益變得極為重要。本文采用了28ybj-48四相步進(jìn)電機(jī)，以u(píng)ln2003作為驅(qū)動(dòng)電路，利用S7-200PLC進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，使轉(zhuǎn)動(dòng)角度更加精確，減小步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)的抖動(dòng)，減小誤差。關(guān)鍵詞：PLC;步進(jìn)電機(jī)；自動(dòng)化控制FourphasesteppingmotorbasedonPLCcontrolAbstract:Withthecont

2、inuousdevelopmentofthesteppermotor,PLCistheautomationandotherareasbyusingthefacilitiesofmostofthecontrol,itmakesthetraditionalrelay,computerandcommunicationtechnologytogether,hasconvenientoperation,highreliabilitycontrolofmanycharacteristics,sohowtomakebetteruseofthePLCsteppermotorcontrolinmanyfield

3、ssuchasindustrialautomationtocreategreaterefficiencyisveryimportanttobecome.Thispaperuses28ybj-48fourphasesteppermotor,ULN2003asdrivecircuit,positiveinversioncontrolusingS7-200PLC,sothattherotationangleismoreaccurate,reducethestepmotorworkingjitter,errorreduction.Keywords:PLC;steppermotor;automation

4、control目錄第一章緒論11.1 研究意義11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展應(yīng)用情況11.2.1 步進(jìn)電機(jī)方面11.2.2 PLC方面21.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)2第二章PLC的綜述與選擇32.1 PLC的綜述32.1.1 PLC的發(fā)展概述32.1.2 PLC的構(gòu)成32.1.3 PLC應(yīng)用中需要注意的問題42.2 西門子S7-200PLC42.2.1 西門子S7-200PLC基本情況42.2.2 西門子S7-200PLC的選型5第三章步進(jìn)電機(jī)的綜述與選擇73.1 步進(jìn)電機(jī)的綜述73.1.1 步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)介73.1.2 步進(jìn)電機(jī)的原理及術(shù)語83.1.3 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用注意事項(xiàng)83.2 四相步進(jìn)電

5、機(jī)的概述93.2.1 四相步進(jìn)電機(jī)工作原理93.2.2 四相步進(jìn)電機(jī)常見工作方式103.2.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇10第四章硬件設(shè)計(jì)114.1 系統(tǒng)框圖114.2 電路設(shè)計(jì)圖114.3 四相步進(jìn)電機(jī)控制方式114.4 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路12第五章程序的設(shè)計(jì)及軟件仿真145.1 西門子STEP7-Micro/WIN32V4.0的概述145.2 相應(yīng)指令的介紹155.3 輸入/輸出元件及控制功能185.4 程序梯形圖185.5 應(yīng)用仿真軟件對(duì)S7-200進(jìn)行仿真22第六章結(jié)論24參考文獻(xiàn)25第一章緒論1.1研究意義隨著人類工業(yè)社會(huì)的不斷發(fā)展，在工業(yè)上的自動(dòng)化水平在得到了十分快速的發(fā)展，在人類的生產(chǎn)和生

6、活中扮演關(guān)鍵角色的傳統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換裝置的某些功能已經(jīng)不能滿足各種現(xiàn)代工業(yè)要求的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，基于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有控制精度高、可靠性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)已在自動(dòng)化控制的多個(gè)領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用。近年來，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不停發(fā)展以及微電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC也得到了飛速地發(fā)展，它使傳統(tǒng)的繼電器，計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)融為一體，擁有控制力強(qiáng)、操作方便，可靠性高諸多特點(diǎn)，普遍的運(yùn)用在各種自動(dòng)化控制中，為人類的生產(chǎn)生活提供了巨大的效益和便利。因此，通過對(duì)PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的研究，既能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確的自動(dòng)化控制，又能夠降低控制的成本，而且有利于設(shè)備維護(hù)。在PLC#到很好地發(fā)展之前，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行

7、驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)其實(shí)是必不可少的，伴隨著PLC等相關(guān)技術(shù)的不斷不成熟，PLC具備了通過輸出脈沖信號(hào)來對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行各種控制的能力，經(jīng)過這種控制方式就有利于更加精確地進(jìn)行控制，完成生產(chǎn)生活等各方面的需求，為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展創(chuàng)造更大的價(jià)值。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展應(yīng)用情況1.2.1 步進(jìn)電機(jī)方面步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展與當(dāng)今社會(huì)計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展有著十分密切的關(guān)系，隨著新興微型計(jì)算機(jī)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的用途不斷向其他諸多領(lǐng)域中發(fā)展。發(fā)展到現(xiàn)在，步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上有三種主要類型：反應(yīng)式(VariableReluctance,VR、永磁式(PermanentMagnet,PM)和混合式(HybridStepping,HS

8、)。目前，日本的步進(jìn)電機(jī)生產(chǎn)量在世界上居于首位，德國(guó)的生產(chǎn)量也是相當(dāng)之大，像日本的東方公司和德國(guó)的B.L.公司，其生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)不管是性能、外觀還是生產(chǎn)手段都是世界頂尖的。而我國(guó)的發(fā)展情況和這些國(guó)家相比具有相當(dāng)大的差距。到現(xiàn)在為止，我國(guó)有許多廠家能夠生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)，但是能夠自主開發(fā)的卻很少，大部分僅僅處于一種仿制階段，這種情況給用戶造成了許多不必要的麻煩。1.2.2 PLC方面自1969年世界上第一臺(tái)PLC誕生到現(xiàn)在，世界上有兩百多家PLC生產(chǎn)商，不同型號(hào)的產(chǎn)品有幾千種，按地域分化分別是美國(guó)、歐洲和日本的產(chǎn)品。隨著改革開放的開始，我國(guó)在PLC方面的研究、生產(chǎn)業(yè)逐漸開始起步。最開始的時(shí)候是在引進(jìn)大

9、批帶有可編程邏輯控制器的設(shè)備。之后在各個(gè)企業(yè)的制造的產(chǎn)品中也增添了PLC的運(yùn)用。但是由于諸多原因，國(guó)內(nèi)PLC市場(chǎng)份額的95犯上都被國(guó)外品牌所占有，像德國(guó)的西門子，日本的三菱、歐姆龍等。歐美公司在大中性領(lǐng)域里優(yōu)勢(shì)較大，而在小型領(lǐng)域中，日本公司的產(chǎn)品占有很重要的位置。但是隨著國(guó)內(nèi)PLC生產(chǎn)制造的技術(shù)不斷成熟，國(guó)內(nèi)外小型PLC的差距正在逐步的縮小和利時(shí)、凱迪恩、德維森等一些國(guó)內(nèi)PLC廠家，近幾年來都獲得了一定的成長(zhǎng)。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)本設(shè)計(jì)是采用是S7200控制四相反應(yīng)步式步進(jìn)電機(jī)，通過采用二相激磁控制方式或采用1-2相激磁控制方式來控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。第二章PLC的綜述與選擇2.1 P

10、LC的綜述2.1.1 PLC的發(fā)展概述可編程控制器，簡(jiǎn)稱PLC(ProgrammablelogicController),是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。美國(guó)在20世紀(jì)60年代研發(fā)出世界上第一臺(tái)PLG由于當(dāng)時(shí)條件的限制，早期的PLC只能做一些簡(jiǎn)單的邏輯控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)功能。直到第二十世紀(jì)70年代微處理器出現(xiàn)運(yùn)用，PLC增加計(jì)算，數(shù)據(jù)傳輸和處理以及許多其他功能，逐步完成了擁有計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)工業(yè)自動(dòng)化控制裝置擁有計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)。在進(jìn)入到21世紀(jì)以后，PLC已經(jīng)變成特意為了各種不同的工業(yè)環(huán)境所設(shè)計(jì)而成的系統(tǒng)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、順序控制等操作命令，經(jīng)過數(shù)字量、模

11、擬量來對(duì)需要控制的系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制，具備了配套齊全，功能完善，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，易學(xué)易用，體積小，能耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著工業(yè)現(xiàn)代化水平的不斷發(fā)展，PLC在以后會(huì)擁有更廣泛的應(yīng)用。從技術(shù)層面上看，伴隨著新的計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷運(yùn)用在PLC的設(shè)計(jì)與制造上，會(huì)不斷有更加先進(jìn)的PLC產(chǎn)品出現(xiàn)；從市場(chǎng)層面上看，伴隨著國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，未來能夠呈現(xiàn)少量大企業(yè)壟斷的現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生國(guó)際通用的編程語言；從產(chǎn)品層面上看，會(huì)進(jìn)一步向著超小型和超大型的方向發(fā)展，產(chǎn)品的配套設(shè)施也會(huì)越來越豐富，可以滿足各個(gè)行業(yè)的不同需求。2.1.2 PLC的構(gòu)成根據(jù)構(gòu)造分類，PLC可分為組合式和固定式兩類。固定式由CPU、I/O板

12、、內(nèi)存塊等部分構(gòu)成一個(gè)整體。模塊式由CPU真塊、I/O模塊、內(nèi)存、底板或機(jī)架等相應(yīng)組合而成。CPU:PLC的核心是CPU,用來接收并儲(chǔ)存用戶所需要的數(shù)據(jù)和程序，使用從現(xiàn)場(chǎng)掃描的方式采集數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在相應(yīng)的寄存器，并且可以同時(shí)診斷內(nèi)部工作情況及語法錯(cuò)誤。投入運(yùn)行后，從程序存貯器中依次讀取所需要的指令，經(jīng)過分析之后，再產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)進(jìn)行電路控制。a)I/O模塊：PLC和電氣回路之間的接口，是經(jīng)過輸入輸出部份(I/O)實(shí)現(xiàn)的。PLC的I/O電路是通過I/O模塊來集成的。輸入模塊：電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到PLC,輸出模塊是相反的。b）電源模塊：為各模塊集成電路供電。c）底板或機(jī)架：電氣上，完成每

13、個(gè)模塊之間的聯(lián)絡(luò)，機(jī)械上，完成每個(gè)模塊之間的銜接，使每個(gè)模塊組成一個(gè)總體。d） PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備：編程設(shè)備。人機(jī)界面。輸入輸出設(shè)備。e） PLC的通訊：依托領(lǐng)先的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠快速有效的采集、傳遞生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。PLC擁有通訊聯(lián)網(wǎng)的功能，能夠讓PLC和PLC、PLC和上位計(jì)算機(jī)及其余設(shè)備間可以互換訊息，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一總體，完成分散統(tǒng)一控制。2.1.3PLC應(yīng)用中需要注意的問題a）溫度：PLC規(guī)定溫度在0C55C,安裝過程中不可以安置在發(fā)熱量大的元件周圍，周圍透風(fēng)空間必須足夠大。b）濕度：為了保證PLC有足夠的絕緣能力，確?？諝鉂穸刃∮诨虻扔诎俜种耸濉）震動(dòng)：讓PLC離開震動(dòng)源，避免振

14、動(dòng)頻率為10Hz55Hz的頻繁或持續(xù)振動(dòng)。d）空氣：防止有腐蝕和易燃的氣體。2.2西門子S7-200PLC2.2.1西門子S7-200PLC基本情況CPU系列號(hào)產(chǎn)品圖片描述CPU221DC/DC/DC;6點(diǎn)輸入/4點(diǎn)輸出F1.AC/DC/繼電器；6點(diǎn)輸入/4點(diǎn)輸出-DCPU222DC/DC/DC;8點(diǎn)輸入/6點(diǎn)輸出rn!L/.miAC/DC/繼電器；8點(diǎn)輸入/6點(diǎn)輸出CPU224DC/DC/DC;14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出J-wSZ1rMa4AC/DC/繼電器；14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出CPU224XPDC/DC/DC;14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出；2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)1TAC/DC/繼電器；

15、14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出；2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)CPU226DC/DC/DC;24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)晶體管輸出iiAC/DC/繼電器；24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)輸出CPU226XMDC/DC/DC;24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)晶體管輸出iiAC/DC/繼電器；24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)輸出圖2-1PLCCPU選型型號(hào)表2.2.2西門子S7-200PLC的選型本設(shè)計(jì)使用的PLC為西門子S7-200系歹1，CPU型號(hào)是224XP。其基本參數(shù)情況如下表述所小。描述CPU224XPCNDC/DC/DCCPU224XPCNAC/DC/繼電器物理特性尺寸140X80X62mm140X80X62mm重量390g440g功耗8W

16、11WI/O特性本機(jī)數(shù)字量輸入14輸入14輸入本機(jī)數(shù)字量輸出10輸出10輸出本機(jī)模擬量輸入2輸入2輸入本機(jī)模擬量輸出1輸出1輸出數(shù)字I/O映象區(qū)256（128輸入/128輸出）256（128輸入/128輸出）模I/O映象區(qū)64（32輸入/32輸出）64（32輸入/32輸出）允許最大的擴(kuò)展7個(gè)模塊7個(gè)模塊I/O模塊7個(gè)模塊7個(gè)模塊允許最大的智能1414高速計(jì)數(shù)器4,每個(gè)30KHz4,每個(gè)30KHz總數(shù)2,每個(gè)200KHz2,每個(gè)200KHz單相計(jì)數(shù)器3,每個(gè)20KHz3,每個(gè)20KHz1,每個(gè)100KHz1,每個(gè)100KHz6個(gè)6個(gè)兩相計(jì)數(shù)器2個(gè)100KHz（僅限于DC輸出）2個(gè)100KHz（僅

17、限于DC輸出）脈沖輸出常規(guī)特性定時(shí)器總數(shù)256個(gè)256個(gè)1ms4個(gè)4個(gè)10ms16個(gè)16個(gè)100ms236個(gè)236個(gè)計(jì)數(shù)器總數(shù)256（由超級(jí)電容或電池256（由超級(jí)電容或電池備份）備份）內(nèi)部存儲(chǔ)器位掉256（由超級(jí)電容或電池256（由超級(jí)電容或電池電保持備份）備份）112（存儲(chǔ)在EEPROM）112（存儲(chǔ)在EEPROM）2個(gè)1ms分辨率2個(gè)1ms分辨率時(shí)間中斷4個(gè)上升沿和/或4個(gè)下降沿4個(gè)上升沿和/或4個(gè)下降沿邊沿中斷2個(gè)8位分辨率2個(gè)8位分辨率模擬電位器0.22廬0.22s布爾量運(yùn)算執(zhí)行內(nèi)置內(nèi)置時(shí)間存儲(chǔ)卡和電池卡存儲(chǔ)卡和電池卡時(shí)鐘卡件選項(xiàng)模塊脈沖捕捉輸入圖2-2CPU224XPCN參數(shù)表第三

18、章步進(jìn)電機(jī)的綜述與選擇3.1 步進(jìn)電機(jī)的綜述3.1.1 步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)介第一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)是1920英國(guó)研發(fā)。伴隨著晶體管技術(shù)不斷的得到快速的發(fā)展，使步得進(jìn)電機(jī)在數(shù)字化控制方面更加輕松。隨著步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展不斷提高，已被廣泛應(yīng)用于高精度，高分辨率，高響應(yīng)系統(tǒng)。在一些需要高自動(dòng)化、省人力機(jī)器的生產(chǎn)中，我們更能輕易的找到步進(jìn)電機(jī)的身影，特別是注意速度控制，位置控制、需要對(duì)每一項(xiàng)指令都進(jìn)行較精確的控制的控制過程中使用頻率很高。雖然步進(jìn)電機(jī)在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是其不能像其他電機(jī)那樣在一般的情況下進(jìn)行常規(guī)的使用。雙環(huán)形的脈沖信號(hào)、驅(qū)動(dòng)電路等相干系統(tǒng)是進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的使用的時(shí)候不可缺少的條件。所以用好步

19、進(jìn)電機(jī)不是一件簡(jiǎn)單的事情，它許多領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)。步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展到現(xiàn)在，大致可分為三類：（1）變磁阻式結(jié)構(gòu)（VR型）：又稱為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子通過把軟鐵制造成齒狀之后制造而成的，在無激磁電壓時(shí)，保持轉(zhuǎn)矩為零，所以轉(zhuǎn)子慣量小，響應(yīng)好，但允許的負(fù)荷慣性小。其步進(jìn)角一般為15。（2）永久磁鐵式（PM型）：轉(zhuǎn)子由永磁組成的，它的磁化方向是輻向磁化，沒有激勵(lì)的時(shí)候存在保持轉(zhuǎn)矩。根據(jù)不同材料制成的轉(zhuǎn)子，有45,900和7.50,11.25,15,18等幾種不同步進(jìn)角。（3）混和式（HB型）：轉(zhuǎn)子是利用能夠產(chǎn)生軸向磁化的磁鐵制造而成的，同時(shí)具備了前兩種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)可變磁阻式（VR型）永久磁鐵式（PM型）混和

20、式（HB型）圖3-1步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖3.1.2 步進(jìn)電機(jī)的原理及術(shù)語1、步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)脈沖信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)器時(shí)，驅(qū)動(dòng)器就可以使步進(jìn)電機(jī)按照已經(jīng)規(guī)定好的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉(zhuǎn)是按照固定的角度一步一步進(jìn)行的，控制脈沖數(shù)對(duì)角位移控制，從而實(shí)現(xiàn)精確定位的任務(wù)；也能控制脈沖數(shù)對(duì)速度和加速度進(jìn)行控制，完成調(diào)速的任務(wù)。步進(jìn)電機(jī)能夠當(dāng)做一類在控制系統(tǒng)中使用的特殊電機(jī)，具已被廣泛地應(yīng)用在各種開環(huán)控制系統(tǒng)中。2、步進(jìn)電機(jī)靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語a）拍數(shù)：磁場(chǎng)周期性變化所需的脈沖數(shù)，經(jīng)常使用n表示。b）步距角：步距角的概念就是在與一個(gè)脈沖信號(hào)相對(duì)應(yīng)的情況下，轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)

21、動(dòng)的時(shí)候所轉(zhuǎn)過的角位移，用8來進(jìn)行表示。c）定位轉(zhuǎn)矩：在電機(jī)無電狀況下，電機(jī)轉(zhuǎn)子本身的鎖定力矩。d）靜轉(zhuǎn)矩：在電機(jī)沒有進(jìn)行工作的情況下，能夠鎖定住電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。3、步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)術(shù)語a）步距角精度：電機(jī)在開始進(jìn)行工作之后每一次轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角所產(chǎn)生的誤差。利用百分比來表示：誤差/步距角*100%。b）失步：電機(jī)在開始進(jìn)行工作以后實(shí)際的運(yùn)行步數(shù)，與理論值不同。c）最大空載起動(dòng)頻率：在沒有負(fù)載的情況之下，能夠使得電機(jī)直接進(jìn)行起動(dòng)工作的最大頻率。d）最大空載的運(yùn)行頻率：在沒有負(fù)載的情況之下，電機(jī)開始工作以后能夠達(dá)到的最大的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的頻率。3.1.3 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用注意事項(xiàng)1、步進(jìn)電機(jī)的特

22、點(diǎn)a）精度是步進(jìn)角的百分之三到百分之五，并且不能累積。b）步進(jìn)電機(jī)溫度太高會(huì)導(dǎo)致磁性材料退磁，使力矩下降甚至出現(xiàn)失步現(xiàn)象，所以磁性材料退磁點(diǎn)能夠決定電機(jī)的最高溫度；一般情況下，步進(jìn)電機(jī)最高溫度達(dá)到80度到90度完全沒有問題。c）力矩會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的增加而不斷地下降。d）步進(jìn)電機(jī)可以低速運(yùn)行，但如果超過一定的速度將不會(huì)啟動(dòng)，并伴隨著嘯叫2、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用的注意事項(xiàng)a）步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該運(yùn)用在低速的場(chǎng)合。b）由于整步工作的時(shí)候振動(dòng)相對(duì)來說比較大，所以步進(jìn)電機(jī)在半步狀態(tài)下的工作情況比較好。c）在高速度和大慣性負(fù)載時(shí)，通過逐漸升頻速度，不僅能保證不失步，并能降低噪聲，提高測(cè)量精度。d）高精度時(shí)，應(yīng)通過機(jī)械減速、提

23、高電機(jī)速度，或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來解決。e）電機(jī)不該振動(dòng)區(qū)工作，在必要情況下可通過加阻尼或改變電壓電流解決。f）原則是先選擇電機(jī)再選擇驅(qū)動(dòng)。3.2 四相步進(jìn)電機(jī)的概述3.2.1 四相步進(jìn)電機(jī)工作原理該圖為四相步進(jìn)電機(jī)，利用單極性直流電源供電。只需對(duì)步進(jìn)電機(jī)各相繞組按照相應(yīng)次序來進(jìn)行通電，就可以使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖為工作原理示意圖。圖3-2四相步進(jìn)電機(jī)原理圖初始的時(shí)候，開關(guān)SB通電，其余開關(guān)斷開，轉(zhuǎn)子的0、3號(hào)齒和B相磁極將會(huì)對(duì)齊，同時(shí)，1、4號(hào)齒與C、D相磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒現(xiàn)象，2、5號(hào)齒與D、A相磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒現(xiàn)象。當(dāng)開關(guān)SC通電，其余斷開，在C相繞組和1、4號(hào)齒之間磁力線共同作用下，轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，

24、1、4號(hào)齒與C相磁極對(duì)齊。0、3號(hào)齒與A、B相磁極發(fā)生錯(cuò)齒現(xiàn)象，2、5號(hào)齒與A、D相磁極發(fā)生錯(cuò)齒現(xiàn)象。如此循環(huán)往復(fù)，四相繞組輪流通電，所以轉(zhuǎn)子會(huì)按照A,B,C,D的方向進(jìn)行不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。3.2.2 四相步進(jìn)電機(jī)常見工作方式根據(jù)通電次序的差別，能夠分成單四拍、雙四拍、八拍三種完全不同的工作八拍工作方方式。步距角方面單四拍與雙四拍一樣，然而雙四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大。式的步距角是前兩種方式的一半,也能提高工作過程中的控制精度0椒仲jum/mnnnjuuinJL-TLJ1MflJL_TLJUcts_TLJLJLdminnn單四拍所以其能在保持一個(gè)相對(duì)較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩同時(shí)JUUUUUUinJUULTLrLrxru

25、KTrnmJT-TLT雙四拍1八拍3-3通電次序與波形圖3.2.3步進(jìn)電機(jī)的選擇28ybM8是可以使用四相八拍方式驅(qū)動(dòng)的四相步進(jìn)電機(jī),工作電壓為直流5V,勵(lì)磁線圈如圖所示的減速比為1/64,步距角是5.625x1/64,驅(qū)動(dòng)方式是四相八拍。圖3-428YBJ-48原理圖10第四章硬件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)框圖圖4-1控制方案系統(tǒng)框圖所選擇的方案是對(duì)上位機(jī)的參數(shù)進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)定，通過PLC能夠輸出所需要的月沖信號(hào)，送至三極管所構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路，通過驅(qū)動(dòng)器來進(jìn)行控制。4.2 電路設(shè)計(jì)圖WLFXOLmLrZUJ.U1ua咖ngLOwg相或gL,且丁喃.注【岫仲前曠所面.口兩國(guó)及兩昌瑤|與曲J2芝0|國(guó)|4

26、_Standard*口乂|ISO-2J下0Sfidard，H0修H.ByLtytr.加心產(chǎn)片tIE/L用ar運(yùn)行顯示圖4-2電路設(shè)計(jì)圖4.3 四相步進(jìn)電機(jī)控制方式ii采用1-2相激磁控制的方式1-2相激磁就是一次有一個(gè)繞組被激磁，下一次有兩個(gè)繞組被激磁即A-ABfB一BA-ABBBAA的循環(huán)激磁方式。如圖所示不NlfKErMjttetrnjJQ月A|司隅屯帶&國(guó)少|(zhì)則加3.洛宮吊.HRy一，國(guó)1&口-25b|O|ztandard”力EyLA.yr下IByLfayar叩9TDQUE13264c891326-89正反QO.O3映1Q0.21Q0.2Q0.1Q0.3Q0.0密式rsi/firrtF舊

27、”欄tr.M-圖4-3脈沖時(shí)序圖4.4步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路PLC控制步進(jìn)電機(jī)的方法是專用的PLC步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊控制和通用的PLC控制兩種方式，模塊控制的方法具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，而通用PLC控制具有系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單、成本等優(yōu)點(diǎn)，便于廣泛應(yīng)用。圖例是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。12圖4-4驅(qū)動(dòng)電路圖圖中所示驅(qū)動(dòng)電路是其中的一相。三極管T1起開關(guān)的作用。當(dāng)三極管截止時(shí)，相當(dāng)于將開關(guān)斷開；當(dāng)三極管飽和時(shí)，相當(dāng)于將開關(guān)閉合。通過T2、T3兩個(gè)三極管構(gòu)成放大電路，能夠使步進(jìn)電機(jī)的繞組得到驅(qū)動(dòng)。光電耦合器用來把控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行隔離。當(dāng)輸入信號(hào)為低電平，T1將會(huì)截止，那么電路中最終輸出的就是一個(gè)高電平的信號(hào)，所以繞組中沒有

28、電流流經(jīng)；當(dāng)信號(hào)輸入時(shí)高電平的時(shí)候，T1就能夠?qū)?，使得?qū)動(dòng)電路能夠?qū)㈦娏魈峁┙o驅(qū)動(dòng)晶體管的基極，使得電機(jī)的繞組能夠有電流的通過。13第五章程序的設(shè)計(jì)及軟件仿真5.1 西門子STEP7-Micro/WIN32V4.0的概述STEP7-Micro/WIN32V4.0是基于Windows的西門子編程軟件，STEP7-Micro/WIN32V4.0是西門子公司為S7-200系歹PLC設(shè)計(jì)開發(fā)而成，是一種西門子PLC用戶不可或缺的工具。為了實(shí)現(xiàn)PLC和計(jì)算機(jī)的通訊，西門子公司提供兩種不同的硬件連接方法：第一種是經(jīng)由PC/PPI電纜直接連接，第二種是通過帶有MPI電纜的通訊處理器進(jìn)行連接。如圖所示是單一

29、上位機(jī)與PLC直接連接，不需要其他硬件設(shè)備圖5-1硬件設(shè)備圖啟動(dòng)編程軟件后，編程軟件的主界面如下圖所示。主界面可以分為6個(gè)區(qū)域除了菜單欄之外，PLC用戶可以依據(jù)自己的需要來決定其余窗口設(shè)置。14網(wǎng)覽欄指令例交叉引用數(shù)據(jù)塊狀態(tài)表符號(hào)表標(biāo)題欄菜單欄工具欄.-.四囚Fmrnicrn/raJlQi相便田中也下凹rcrijiMiao)_Rn0QH)班如由盲0號(hào)圖-9電鼠事|畫圖厘|4為為耳需加IbU23GEMREL02(11乜口|畦序賽1舌將弓第IJU金王由!t口北需安；P采tSs百效引用i*/后籌V：生向早與IftF技安li山-dqJLIarl四21JJ|奉津五II颯M種遣恒Eifl*朝百方n.x上叵

30、!兇1)-ipI；-E|T1(：UJ事工富nlxjflljsi二1匚三正可在并利特11理砥|noII-加。t)lEEEh壬,呼河K畫1LI正在屬騁孑wI王昵10011輸出窗口狀態(tài)欄程序銅輯器局部變量表圖5-2軟件主界面圖5.2 相應(yīng)指令的介紹1、字節(jié)、字、雙字和實(shí)數(shù)傳送指令將字節(jié)、字、雙字和實(shí)數(shù)由輸入傳送到輸出所代指的存儲(chǔ)單元當(dāng)中進(jìn)行儲(chǔ)存進(jìn)行傳送后，原先內(nèi)容不變。其指令的格式分別是：MOVBIN,OUTMOVWIN,OUTMOVDIN,OUTMOVRIN,OUT15MOVAENE1SJOHZOUT輸出32位有符號(hào)數(shù)c輸出一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的有圖5-3字節(jié)、字、雙字和實(shí)數(shù)傳送指令圖2、字增和字減INCW

31、小增指令：把一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的有符號(hào)的輸入數(shù)加1,DECW字減指令：把一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的有符號(hào)的輸入數(shù)減1,符號(hào)數(shù)。圖5-4字增和字減指令圖3、字循環(huán)左移(RLW和字循環(huán)右移(RRW)N除以16之后，所若所需要的移位次數(shù)=16,在循環(huán)執(zhí)行之前，首先要將得余數(shù)就是實(shí)際的移動(dòng)位數(shù)。若鎖移位數(shù)N=0,不進(jìn)行循環(huán)移位。如果移位操作的結(jié)果是0,則SM1.0會(huì)被置位。指令格式：RRWOUTNRLWOUT,N16RRWOUT,NRIMOUT,NIZIZGZtz221222224226圖5-5字循環(huán)左移和字循環(huán)右移指令圖4、雙字循環(huán)左移(RLD)和雙字循環(huán)右移(RRD)若所需要的移位次數(shù)=32,在執(zhí)行循環(huán)位之前，先將N除

32、以32,所得的余數(shù)就是實(shí)際的移動(dòng)位數(shù)。若鎖移位數(shù)N=0,不進(jìn)行循環(huán)移位。如果移位操作的結(jié)果是0,則SM1.0會(huì)被置位。指令格式：RRDOUTNRLDOUT,N圖5-6雙字循環(huán)左移和雙字循環(huán)右移指令圖175.3輸入/輸出元件及控制功能表5-1輸入/輸出控制表PLC軟元件|元件文字符號(hào)元件名稱控制功能輸入I0.0SB1啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)控制I0.1SB2停止按鈕停止控制I0.2SA開關(guān)正反轉(zhuǎn)拴制輸出Q0.0A相端步進(jìn)電機(jī)A才|Q0.1B相端步進(jìn)電機(jī)B才1Q0.2A相端步進(jìn)電機(jī)A游1Q0.3郵11,相端步進(jìn)電機(jī)日相Q0.4HL卜也刈運(yùn)行顯示5.4程序梯形圖采用1-2相激磁控制方式1861Network6R

33、OLW133N。/伽io.!m叫,叩ENOENENO恤NOJT-VDO20NHwairjNelwoiklONelwaikll30.0Ti)bl麗幣Mn(iToTifn/四相步進(jìn)電機(jī)1-2相激磁控制的梯形圖如圖所示。根據(jù)四相步進(jìn)電機(jī)采用1-2相激磁控制方式，可將激磁波用八位十六進(jìn)制數(shù)13264c89來表示。PLC運(yùn)行時(shí)初始化脈沖SM0.1將十六進(jìn)制數(shù)13264c89傳送到VD0中。SM0.1將100傳送到VB5中，VB5是VW4的低八位，做為T33的初始設(shè)定值。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，按下按鈕I0.0,Q0.4得電自鎖，信號(hào)燈亮。Q0.4常開接點(diǎn)閉合執(zhí)行ROL循環(huán)左移指令，定時(shí)器T33每發(fā)一個(gè)脈沖，VD0循

34、環(huán)左移四位。也就是一位十六進(jìn)制數(shù)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。將開關(guān)I0.4閉合，則執(zhí)行ROR循環(huán)右移指令，定時(shí)器定時(shí)器T33每發(fā)一個(gè)脈沖,VD0循環(huán)右移四位。步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。按動(dòng)減速按鈕I0.2,每按一次T33的設(shè)定值VW4數(shù)值加1,當(dāng)大于250時(shí),比較接點(diǎn)VB5=50斷開。按動(dòng)按鈕I0.1,Q0.4失電，信號(hào)燈熄滅。Q0.4常開接點(diǎn)斷開，不再執(zhí)行循21環(huán)左、右移指令，Q0.4常閉接點(diǎn)閉合，將輸出繼電器Q0.0Q0.3復(fù)位，電機(jī)停止5.5應(yīng)用仿真軟件對(duì)S7-200進(jìn)行仿真1、在編程軟件中建立一個(gè)新的文件項(xiàng)目來進(jìn)行編程。正確編譯之后轉(zhuǎn)為STL編程語言（查看（V）STL（S）。2、對(duì)程序進(jìn)行復(fù)制。對(duì)所需的仿真程

35、序進(jìn)行選擇，之后點(diǎn)擊“編輯“一“復(fù)制。注意：對(duì)Step7MicroWinV4.0的STL編程語言復(fù)制的時(shí)候，必須完整復(fù)制指令。3、打開軟件，點(diǎn)擊“配置-CPU”模型。4、在對(duì)話框中選擇的CPU型號(hào)，要求與項(xiàng)目中的型號(hào)相同。5、點(diǎn)擊”程序（P）”-粘貼程序（OB1）。Step7MicroWinV4.0中的STL程就會(huì)被粘貼到模擬軟件中。6、點(diǎn)擊“PLC-“運(yùn)行，程序就可以進(jìn)行運(yùn)行。S3EMEHSTMAflCLU1234507U12345hf!LlIi|由0_d_|_dD.oflv1區(qū)口0I廠iD.flflVCdhLMu-iJuiIe|PLsni|正轉(zhuǎn)仿真圖圖5-7Nhtvark.2LDSHD.1MO7B10Q.VB5惘匕:嶗。*H3工口目y-vhe,3nTOHT33.VU4圖5-8反轉(zhuǎn)仿真圖22TitLvax-k.x產(chǎn)/M-七WDHkED10QDAHiIDAHiT33TOHT33tvcx-k.2EDSWDMQB10DMmLwarlc.3-VBEA10EV工HCbWH/twork4LDB-VB5I4口011-ID.OCJVC