步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試概要課件

電控與PLC控制技術(shù)

項目十步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試

廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電控與PLC控制技術(shù)項目十步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試任務(wù)二PLC中斷系統(tǒng)

任務(wù)一步進電機的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

任務(wù)三PLC高速計數(shù)或高頻脈沖輸出的硬件設(shè)置

任務(wù)四

步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試

任務(wù)二PLC中斷系統(tǒng)任務(wù)一步進電機的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用運動工作臺運動工作臺運動控制與步進電機

運動控制

運動控制系統(tǒng)是一門有關(guān)如何對物體位置和速度進行精密控制的技術(shù)，典型的運動控制系統(tǒng)由三部分組成：控制部分、驅(qū)動部分和執(zhí)行部分。運動控制與步進電機運動控制運動控制系統(tǒng)是一門有關(guān)步進電機的運行要有一電子裝置進行驅(qū)動，這種裝置就是步進電機驅(qū)動器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號，加以放大以驅(qū)動步進電機。步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比，控制步進電機脈沖信號的頻率，可以對電機精確調(diào)速；控制步進脈沖的個數(shù)，可以對電機精確定位。運動控制與步進電機

步進電機驅(qū)動器步進電機的運行要有一電子裝置進行驅(qū)動，這種裝

步進角：每輸入一個電脈沖信號時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步進角。步進角的大小可直接影響電機的運行精度。

整步：最基本的驅(qū)動方式，這種驅(qū)動方式的每個脈沖使電機移動一個基本步矩角。例如：標(biāo)準(zhǔn)兩相電機的一圈共有200個步矩角，則整步驅(qū)動方式下，每個脈沖使電機移動1.8°。

半步：在單相激磁時，電機轉(zhuǎn)軸停至整步位置上，驅(qū)動器收到下一個脈沖后，如給另一相激磁且保持原來相繼續(xù)處在激磁狀態(tài)，則電機轉(zhuǎn)軸將移動半個基本步矩角，停在相鄰兩個整步位置的中間。如此循環(huán)地對兩相線圈進行單相然后兩相激磁，步進電機將以每個脈沖半個基本步矩角的方式轉(zhuǎn)動。運動控制與步進電機

常用術(shù)語運動控制與步進電機常用術(shù)語細分就是指電機運行時的實際步矩角是基本步矩角的幾分之一。如：驅(qū)動器工作在10細分狀態(tài)時，其步矩角只為電機固有步矩角的十分之一，也就是說：當(dāng)驅(qū)動器工作在不細分的整步狀態(tài)時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖，電機轉(zhuǎn)動1.8°，而用細分驅(qū)動器工作在10細分狀態(tài)時，電機只轉(zhuǎn)動了0.18°。細分功能完全是由驅(qū)動器靠精度控制電機的相電流所產(chǎn)生的，與電機無關(guān)。運動控制與步進電機

細分細分就是指電機運行時的實際步矩角是基本步矩角的幾分之一。如：步進電機a、驅(qū)動器的電流。電流是判斷驅(qū)動器能力大小的依據(jù)，是選擇驅(qū)動器的重要指標(biāo)之一，通常驅(qū)動器的最大額定電流要略大于電機的額定電流，通常驅(qū)動器有2.0、35、6.0和8.0A。b、驅(qū)動器的供電電壓。供電電壓是判斷驅(qū)動器升速能力的標(biāo)志，常規(guī)電壓供給有24V（DC）、40V（DC）、60V（DC）、80V（DC）、110V（AC）、220V（AC）等。c、驅(qū)動器的細分。細分是控制精度的標(biāo)志，通過增大細分能改善精度。步進電機都有低頻振蕩的特點，如果電機需要工作在低頻共振區(qū)工作，細分驅(qū)動器是很好的選擇。此外，細分和不細分相比，輸出轉(zhuǎn)矩對各種電機都有不同程度的提升。步進電機的選型步進電機步進電機的選型本系統(tǒng)中采用兩相混合式步進電機驅(qū)動器YKA2404MC細分驅(qū)動器，其外形如圖所示。

步進電機驅(qū)動器步進電機驅(qū)動器步進電機驅(qū)動器的端子與接線步進電機驅(qū)動器的端子與接線步進電機驅(qū)動器的端子步進電機驅(qū)動器的端子YKA2404MC步進電機驅(qū)動器共有6個細分設(shè)定開關(guān)。步進電機驅(qū)動器的細分設(shè)定YKA2404MC步進電機驅(qū)動器共有6個細分設(shè)定開關(guān)。步進步進電機驅(qū)動器的細分設(shè)定步進電機驅(qū)動器的細分設(shè)定S7-200PLC與步進電機的小車自動往返控制項目一：步進電機正反轉(zhuǎn)控制用S7-200PLC控制步進電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。把步進電機驅(qū)動器的D2設(shè)置為OFF，即PU為步進脈沖信號，DR為方向控制信號。PLC的Q0.0輸出高速脈沖至步進電機驅(qū)動器的PU端，Q0.1控制步進電機反轉(zhuǎn)。對應(yīng)小車的運行各輸出點分配如下：正轉(zhuǎn)啟動，I0.0；反轉(zhuǎn)啟動，I0.1；向左運行，Q0.0發(fā)脈沖，Q0.1為OFF；向右運行，Q0.0發(fā)脈沖，Q0.1為ON；停止，Q0.0停止發(fā)脈沖，Q0.1為OFF。S7-200PLC與步進電機的小車自動往返控制項目一：步進電系統(tǒng)電氣控制原理圖系統(tǒng)電氣控制原理圖控制程序如圖所示控制程序如圖所示運動小車自動往返控制按下啟動按鈕后，要求小車能自動往返運行。按下停止按鈕或碰到左右極限開關(guān)，小車自動停止。I/O分配如表示。設(shè)Q0.1為OFF時小車往左運行，為ON時小車往右運行。運動小車自動往返控制按下啟動按鈕后，要求小車步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試概要課件S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制用PLC的Q0.0向步進電機發(fā)出高速脈沖串，步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機帶動小車運行。小車運行軌跡上安裝有位移檢測的DA-300光柵尺，在軌道上安裝有左、右限位開關(guān)和原點開關(guān)，從原點至右行程限位開關(guān)距離小于光柵尺的測量距離。編程實現(xiàn)以下功能：（1）按下回原點按鈕，小車運行至原點后停止，此時小車所處的位置坐標(biāo)為0。系統(tǒng)啟動運行時，首先必須找一次原點位置。（2）當(dāng)小車碰到左限位或右限位開關(guān)動作時，小車應(yīng)立即停止。S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制用PLC的（3）設(shè)定A位置對應(yīng)坐標(biāo)值。按下啟動按鈕，小車自動運行到A點后停止5s，再自動返回到原點位置結(jié)束。運行過程中若按停止按鈕則小車立即停止，運行過程結(jié)束。（4）用光柵尺來檢測小車位移。（5）設(shè)小車的有效運行軌道為200mm，原點位置坐標(biāo)為0點。S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（3）設(shè)定A位置對應(yīng)坐標(biāo)值。按下啟動按鈕，小車自I/O分配及接線圖如圖所示。Q0.0輸出高速脈沖控制小車運行速度，Q0.1控制小車的運行方向。Q0.1為OFF時小車往左運行，為ON時小車往右運行。S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制I/O分配及接線圖如圖所示。Q0.0輸出高速脈沖控制分析：用A、B相正交高速計數(shù)器對光柵尺的A、B相輸出脈沖進行高速計數(shù)。對高速計數(shù)器選擇4X計數(shù)速率。則高速計數(shù)器從0計數(shù)到10000個脈沖對應(yīng)的位移變化為50mm，所以1mm對應(yīng)的脈沖數(shù)為200個。若設(shè)定A位置的坐標(biāo)值為60mm，則對應(yīng)的高速計數(shù)器的當(dāng)前值為12000。S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制分析：用A、B相正交高速計數(shù)器對光柵尺的A、B相輸設(shè)A點位置通過元件VD0設(shè)定，數(shù)據(jù)范圍為0～200mm。按下啟動按鈕，比較小車當(dāng)前所在位置和A點位置坐標(biāo)，若小車當(dāng)前所在位置大于A點位置坐標(biāo)，則控制小車向右運行，運行到兩個位置值相等時產(chǎn)生一個中斷，使小車立即停止。若小車當(dāng)前所在位置小于A點位置坐標(biāo)，則控制小車向左運行，運行到兩個位置值相等時產(chǎn)生一個中斷，使小車立即停止。若小車當(dāng)前位置與A點位置相同，則按下啟動按鈕后，小車停止5s后返回到原點。S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制設(shè)A點位置通過元件VD0設(shè)定，數(shù)據(jù)范圍為0～200m（a）主程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（a）主程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（a）主程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（a）主程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（a）主程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（a）主程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（a）主程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（a）主程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（b）運行子程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（b）運行子程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（c）停止子程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（c）停止子程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（d）中斷停止程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（d）中斷停止程序S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制電控與PLC控制技術(shù)

項目十步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試

廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電控與PLC控制技術(shù)項目十步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試任務(wù)二PLC中斷系統(tǒng)

任務(wù)一步進電機的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

任務(wù)三PLC高速計數(shù)或高頻脈沖輸出的硬件設(shè)置

任務(wù)四

步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試

任務(wù)二PLC中斷系統(tǒng)任務(wù)一步進電機的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用運動工作臺運動工作臺運動控制與步進電機

運動控制

運動控制系統(tǒng)是一門有關(guān)如何對物體位置和速度進行精密控制的技術(shù)，典型的運動控制系統(tǒng)由三部分組成：控制部分、驅(qū)動部分和執(zhí)行部分。運動控制與步進電機運動控制運動控制系統(tǒng)是一門有關(guān)步進電機的運行要有一電子裝置進行驅(qū)動，這種裝置就是步進電機驅(qū)動器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號，加以放大以驅(qū)動步進電機。步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比，控制步進電機脈沖信號的頻率，可以對電機精確調(diào)速；控制步進脈沖的個數(shù)，可以對電機精確定位。運動控制與步進電機

步進電機驅(qū)動器步進電機的運行要有一電子裝置進行驅(qū)動，這種裝

步進角：每輸入一個電脈沖信號時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步進角。步進角的大小可直接影響電機的運行精度。

整步：最基本的驅(qū)動方式，這種驅(qū)動方式的每個脈沖使電機移動一個基本步矩角。例如：標(biāo)準(zhǔn)兩相電機的一圈共有200個步矩角，則整步驅(qū)動方式下，每個脈沖使電機移動1.8°。

半步：在單相激磁時，電機轉(zhuǎn)軸停至整步位置上，驅(qū)動器收到下一個脈沖后，如給另一相激磁且保持原來相繼續(xù)處在激磁狀態(tài)，則電機轉(zhuǎn)軸將移動半個基本步矩角，停在相鄰兩個整步位置的中間。如此循環(huán)地對兩相線圈進行單相然后兩相激磁，步進電機將以每個脈沖半個基本步矩角的方式轉(zhuǎn)動。運動控制與步進電機

常用術(shù)語運動控制與步進電機常用術(shù)語細分就是指電機運行時的實際步矩角是基本步矩角的幾分之一。如：驅(qū)動器工作在10細分狀態(tài)時，其步矩角只為電機固有步矩角的十分之一，也就是說：當(dāng)驅(qū)動器工作在不細分的整步狀態(tài)時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖，電機轉(zhuǎn)動1.8°，而用細分驅(qū)動器工作在10細分狀態(tài)時，電機只轉(zhuǎn)動了0.18°。細分功能完全是由驅(qū)動器靠精度控制電機的相電流所產(chǎn)生的，與電機無關(guān)。運動控制與步進電機

細分細分就是指電機運行時的實際步矩角是基本步矩角的幾分之一。如：步進電機a、驅(qū)動器的電流。電流是判斷驅(qū)動器能力大小的依據(jù)，是選擇驅(qū)動器的重要指標(biāo)之一，通常驅(qū)動器的最大額定電流要略大于電機的額定電流，通常驅(qū)動器有2.0、35、6.0和8.0A。b、驅(qū)動器的供電電壓。供電電壓是判斷驅(qū)動器升速能力的標(biāo)志，常規(guī)電壓供給有24V（DC）、40V（DC）、60V（DC）、80V（DC）、110V（AC）、220V（AC）等。c、驅(qū)動器的細分。細分是控制精度的標(biāo)志，通過增大細分能改善精度。步進電機都有低頻振蕩的特點，如果電機需要工作在低頻共振區(qū)工作，細分驅(qū)動器是很好的選擇。此外，細分和不細分相比，輸出轉(zhuǎn)矩對各種電機都有不同程度的提升。步進電機的選型步進電機步進電機的選型本系統(tǒng)中采用兩相混合式步進電機驅(qū)動器YKA2404MC細分驅(qū)動器，其外形如圖所示。

步進電機驅(qū)動器步進電機驅(qū)動器步進電機驅(qū)動器的端子與接線步進電機驅(qū)動器的端子與接線步進電機驅(qū)動器的端子步進電機驅(qū)動器的端子YKA2404MC步進電機驅(qū)動器共有6個細分設(shè)定開關(guān)。步進電機驅(qū)動器的細分設(shè)定YKA2404MC步進電機驅(qū)動器共有6個細分設(shè)定開關(guān)。步進步進電機驅(qū)動器的細分設(shè)定步進電機驅(qū)動器的細分設(shè)定S7-200PLC與步進電機的小車自動往返控制項目一：步進電機正反轉(zhuǎn)控制用S7-200PLC控制步進電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。把步進電機驅(qū)動器的D2設(shè)置為OFF，即PU為步進脈沖信號，DR為方向控制信號。PLC的Q0.0輸出高速脈沖至步進電機驅(qū)動器的PU端，Q0.1控制步進電機反轉(zhuǎn)。對應(yīng)小車的運行各輸出點分配如下：正轉(zhuǎn)啟動，I0.0；反轉(zhuǎn)啟動，I0.1；向左運行，Q0.0發(fā)脈沖，Q0.1為OFF；向右運行，Q0.0發(fā)脈沖，Q0.1為ON；停止，Q0.0停止發(fā)脈沖，Q0.1為OFF。S7-200PLC與步進電機的小車自動往返控制項目一：步進電系統(tǒng)電氣控制原理圖系統(tǒng)電氣控制原理圖控制程序如圖所示控制程序如圖所示運動小車自動往返控制按下啟動按鈕后，要求小車能自動往返運行。按下停止按鈕或碰到左右極限開關(guān)，小車自動停止。I/O分配如表示。設(shè)Q0.1為OFF時小車往左運行，為ON時小車往右運行。運動小車自動往返控制按下啟動按鈕后，要求小車步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試概要課件S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制用PLC的Q0.0向步進電機發(fā)出高速脈沖串，步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機帶動小車運行。小車運行軌跡上安裝有位移檢測的DA-300光柵尺，在軌道上安裝有左、右限位開關(guān)和原點開關(guān)，從原點至右行程限位開關(guān)距離小于光柵尺的測量距離。編程實現(xiàn)以下功能：（1）按下回原點按鈕，小車運行至原點后停止，此時小車所處的位置坐標(biāo)為0。系統(tǒng)啟動運行時，首先必須找一次原點位置。（2）當(dāng)小車碰到左限位或右限位開關(guān)動作時，小車應(yīng)立即停止。S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制用PLC的（3）設(shè)定A位置對應(yīng)坐標(biāo)值。按下啟動按鈕，小車自動運行到A點后停止5s，再自動返回到原點位置結(jié)束。運行過程中若按停止按鈕則小車立即停止，運行過程結(jié)束。（4）用光柵尺來檢測小車位移。（5）設(shè)小車的有效運行軌道為200mm，原點位置坐標(biāo)為0點。S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制（3）設(shè)定A位置對應(yīng)坐標(biāo)值。按下啟動按鈕，小車自I/O分配及接線圖如圖所示。Q0.0輸出高速脈沖控制小車運行速度，Q0.1控制小車的運行方向。Q0.1為OFF時小車往左運行，為ON時小車往右運行。S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制I/O分配及接線圖如圖所示。Q0.0輸出高速脈沖控制分析：用A、B相正交高速計數(shù)器對光柵尺的A、B相輸出脈沖進行高速計數(shù)。對高速計數(shù)器選擇4X計數(shù)速率。則高速計數(shù)器從0計數(shù)到10000個脈沖對應(yīng)的位移變化為50mm，所以1mm對應(yīng)的脈沖數(shù)為200個。若設(shè)定A位置的坐標(biāo)值為60mm，則對應(yīng)的高速計數(shù)器的當(dāng)前值為12000。S7-200PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制分析：