步進電機PLC控制 (課堂用)

2023/2/6綜合實訓項目-步進電機的PLC控制任務(wù)描述1.完成步進電機、輸入按鈕與PLC的系統(tǒng)連接2.編程實現(xiàn)步進電機的正向運轉(zhuǎn)3.用兩個按鈕，實現(xiàn)0.001S步進控制和1S步進控制4.用兩個開關(guān)，實現(xiàn)100步計數(shù)控制和10步計數(shù)控制5.用一個按鈕實現(xiàn)步進的正反轉(zhuǎn)控制2023/2/6能力（技能）目標知識目標1.能給出步進電機控制系統(tǒng)的功能描述2.能畫出PLC控制系統(tǒng)的輸入輸出接線圖3.能寫出輸入輸出的I/O表4.能完成梯形圖程序的編制5.能寫入軟件驗證程序的正確性并運行1.步進電機的結(jié)構(gòu)與原理2.基本輸入輸出指令3.定時器指令、計數(shù)指令4.高級指令（移位指令MOV和數(shù)據(jù)傳送指令SFTL/SFTR）2023/2/6步進電動機的工作原理與特點原理：步進電機是利用電磁鐵原理,將脈沖信號轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機。每來一個電脈沖，電機轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機械移動一小段距離。它的運動形式是步進式的。

特點：(1)來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。(2)控制脈沖頻率，可控制電機轉(zhuǎn)速。(3)改變脈沖順序，改變轉(zhuǎn)動方向。(4)角位移量或線位移量與電脈沖數(shù)成正比.步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理1.步進電機結(jié)構(gòu)

步進電機可分為反應(yīng)式和勵磁式兩大類。兩類的區(qū)別在于反應(yīng)式步進電機轉(zhuǎn)子上無勵磁繞組，轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)的磁極是由于定于繞組通電后產(chǎn)生的磁場而生成的。兩類步進電機的動作原理相同，這里以反應(yīng)式步進電機為例進行分析。圖5-41是一種三相反應(yīng)式步進電機，它由定子與轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。電機定子上有六個磁極，每個極上裝有控制繞組，每兩個相對的磁極組成一相。

脈沖分配器放大器步進機負載脈沖信號步進電機的轉(zhuǎn)動受脈沖信號控制，每來一個脈沖信號，定子繞組通電的狀態(tài)就改變一次，而定子繞組通電后產(chǎn)生的磁場對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生作用將使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個角位移。改變步進電機定子繞組通電狀態(tài)的電路稱為脈沖分配器?？刂泼}沖信號來到后，先送到脈沖分配器，經(jīng)過分配器輸出的信號決定各定子繞組通電的順序和步進電機轉(zhuǎn)動的速度。步進電機控制電路框圖如圖5-42所示。從分配器輸出的脈沖信號還需經(jīng)過功率放大之后才能送至步進電機的定子繞組。2023/2/6工作方式步進電機的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。一、三相單三拍（1）三相繞組聯(lián)接方式：Y型（2）三相繞組中的通電順序為：A相

B相

C相通電順序也可以為：

A相C相B相

2023/2/6（3）工作過程引轉(zhuǎn)子，由于磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，因此會在磁力線扭曲時產(chǎn)生切向力而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。A相通電，A方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁化，吸A相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和AA'對齊。CA'BB'C'A34122023/2/6CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉(zhuǎn)30；1C'342CA'BB'AC相通電再轉(zhuǎn)302023/2/6這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。三相單三拍的特點：（1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30。此角稱為步距角，用S表示。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。2023/2/6二、三相單雙六拍三相繞組的通電順序為：

AABBBCCCAA

共六拍。工作過程：A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和A相對齊。CA'BB'C'A34122023/2/6所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA'通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15°。（1）BB'磁場對2、4齒有磁拉力，該拉力使轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動。A、B相同時通電（2）AA'磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。CA'BB'C'A34122023/2/6總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為15。CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相對齊，又轉(zhuǎn)了15。2023/2/6三、三相雙三拍三相繞組的通電順序為：

AB

BC

CA

AB共三拍。AB通電CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412BC通電2023/2/6以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30，即S=30。CA通電CA'BB'C'A34122023/2/6步進電機通過一個電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為步距角。N:一個周期的運行拍數(shù),即通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變的次數(shù)Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)如：Zr=40,N=3時步距角拍數(shù)：N=kmk=1單拍制2雙拍制m:相數(shù)

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：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)。脈沖分配器放大器步進機負載脈沖信號改變步進電機定子繞組通電狀態(tài)的電路稱為脈沖分配器?？刂泼}沖信號來到后，先送到脈沖分配器，經(jīng)過分配器輸出的信號決定各定子繞組通電的順序和步進電機轉(zhuǎn)動的速度。步進驅(qū)動器原理從步進電機的轉(zhuǎn)動原理可以看出，要使步進電機正常運行，必須按規(guī)律控制步進電機的每一相繞組得電。步進驅(qū)動器接收外部的信號是方向信號（DIR）和脈沖信號（CP）。另外步進電機在停止時，通常有一相得電，電機的轉(zhuǎn)子被鎖住，所以當需要轉(zhuǎn)子松開時，可以使用脫機信號（FREE）.步進驅(qū)動器環(huán)型分配器的功能：主要是把外部CP端送入的脈沖進行分配，給功率放大器，功率放大器相應(yīng)的晶體管導通，步進電機的線圈得電。（3）步進電機驅(qū)動器的端子與接線

PLC與步進電機驅(qū)動器，步進電機驅(qū)動器與步進電機的接線：

2023/2/6步進電動機的驅(qū)動步進電動機的驅(qū)動電源主要由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖放大器（也稱功率放大器）三部分組成。高速脈沖輸出高速脈沖輸出有脈沖串輸出PTO和脈寬調(diào)制輸出PWM兩種形式。每個CPU有兩個PTO/PWM發(fā)生器，一個發(fā)生器分配給輸出端Q0.0，另一個分配給Q0.1。當Q0.0或Q0.1設(shè)定為PTO或PWM功能時，其他操作均失效。不使用PTO/PWM發(fā)生器時，Q0.0或Q0.1作為普通輸出端子使用。通常在啟動PTO或PWM操作之前，用復(fù)位R指令將Q0.0或Q0.1清0。脈沖串輸出（PTO）

PTO功能可輸出一定脈沖個數(shù)和占空比為50%的方波脈沖。輸出脈沖的個數(shù)在1-4294967295范圍內(nèi)可調(diào)；輸出脈沖的周期以μs或ms為增量單位，變化范圍分別是10～65535μs或2～65535ms。如果周期小于兩個時間單位，周期被默認為兩個時間單位。如果指定的脈沖數(shù)為0，則脈沖數(shù)默認為1。

PTO功能允許多個脈沖串排隊輸出，從而形成流水線。流水線分為兩種：單段流水線(流水線中只能存儲一個脈沖串的控制參數(shù)）和多段流水線（需建立包絡(luò)表，執(zhí)行時可按包絡(luò)表的順序輸出多個脈沖串）。

每個高速脈沖發(fā)生器對應(yīng)一定數(shù)量特殊標志寄存器，這些寄存器包括控制字節(jié)寄存器、狀態(tài)字節(jié)寄存器和參數(shù)數(shù)值寄存器，用以控制高速脈沖的輸出形式、反映輸出狀態(tài)和參數(shù)值。各寄存器分配如表所示?？刂谱止?jié)每個高速脈沖輸出都對應(yīng)一個控制字節(jié)，通過對控制字節(jié)中指定位的編程，可以根據(jù)操作要求設(shè)置字節(jié)中各控制位，如脈沖輸出允許、PTO/PWM模式選擇、單段/多段選擇、更新方式、時間基準、允許更新等?？刂谱止?jié)中各控制位的功能如表所示。高速脈沖串輸出PTO（1）周期和脈沖數(shù)（2）PTO的種類（3）中斷事件類型（4）PTO的使用（1）周期和脈沖數(shù)周期：單位可以是微秒μs或毫秒ms；為16位無符號數(shù)據(jù)，周期變化范圍是50~65535μs或2~65535ms，通常應(yīng)設(shè)定周期值為偶數(shù)，若設(shè)置為奇數(shù)，則會引起輸出波形占空比的輕微失真。如果編程時設(shè)定周期單位小于2，系統(tǒng)默認按2進行設(shè)置。脈沖數(shù)：用雙字長無符號數(shù)表示，脈沖數(shù)取值范圍是1~4294967295之間。如果編程時指定脈沖數(shù)為0，則系統(tǒng)默認脈沖數(shù)為1個。（4）PTO的使用使用高速脈沖串輸出時，要按以下步驟進行：確定脈沖發(fā)生器及工作模式設(shè)置控制字節(jié)

寫入周期值、周期增量值和脈沖數(shù)(裝入包絡(luò)的首地址)(設(shè)置中斷事件并全局開中斷)執(zhí)行PLS指令高速脈沖輸出指令

1．指令格式及功能PLSENQ0.X說明：1）高速脈沖串輸出PTO和脈寬調(diào)制輸出PWM都由PLS指令來激活；2）操作數(shù)X指定脈沖輸出端子，0為Q0.0輸出，1為Q0.1輸出；3）高速脈沖串輸出PTO可采用中斷方式進行控制，而脈寬調(diào)制輸出PWM只能由指令PLS來激活。功能：當使能端輸入有效時，PLC首先檢測為脈沖輸出位（X）設(shè)置的特殊存儲器位，然后激活由特殊存儲器位定義的脈沖操作圖7-15PTO脈沖輸出初始化子程序//設(shè)置PTO0控制字//設(shè)置周期時間為500ms//設(shè)置脈沖數(shù)為6//定義中斷程序0處理PTO0中斷事件//全局中斷允許//激活PTO0操作，PLS0由Q0.0輸出2．PTO/PWM指令編程舉例四、基于PLC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