中職 電氣控制與PLC技術(shù)（三菱機(jī)型）項(xiàng)目9任務(wù)4電子課件 （）

中職電氣控制與PLC技術(shù)（三菱機(jī)型）項(xiàng)目9任務(wù)4電子課件（高教版）任務(wù)四

三相步進(jìn)電動機(jī)PLC速度控制

【任務(wù)描述】本項(xiàng)目在掌握FX2N系列PLC的相關(guān)指令和輸入/輸出的配置的基礎(chǔ)上，熟悉三相步進(jìn)電動機(jī)的控制與運(yùn)行。應(yīng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制、正反轉(zhuǎn)控制以及能對步進(jìn)電動機(jī)的步數(shù)進(jìn)行控制。【任務(wù)分析】本項(xiàng)目研究PLC技術(shù)對步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制、正反轉(zhuǎn)控制以及能對步進(jìn)電動機(jī)的步數(shù)進(jìn)行控制。轉(zhuǎn)速控制：由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生不同周期T的控制脈沖，通過脈沖控制器的選擇，以獲得不同控制頻率的脈沖實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電動機(jī)的調(diào)速；正反轉(zhuǎn)控制：通過正反轉(zhuǎn)驅(qū)動環(huán)節(jié)（即調(diào)換相序），改變Y000、Y001和Y002接通的順序，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制；步數(shù)控制：通過脈沖計(jì)數(shù)器，控制六拍時(shí)序脈沖數(shù)，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電動機(jī)步數(shù)的控制?！竞粚?shí)基礎(chǔ)】一、步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)伺服系統(tǒng)是典型的開環(huán)伺服系統(tǒng)。在這種開環(huán)伺服系統(tǒng)中，執(zhí)行元件是步進(jìn)電動機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)把進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移，并由傳動絲杠帶動工作臺移動。由于該系統(tǒng)中為位置和速度檢測環(huán)節(jié)，因此它的精度主要由步進(jìn)電動機(jī)的步距角和與之相聯(lián)系的絲杠等傳動機(jī)構(gòu)所決定。1．步進(jìn)電動機(jī)的分類及基本結(jié)構(gòu)按力矩產(chǎn)生的原理分為反應(yīng)式和勵磁式。（1）反應(yīng)式轉(zhuǎn)子中無繞組，定子繞組勵磁后產(chǎn)生反應(yīng)力矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。（2）勵磁式。電動機(jī)定子和轉(zhuǎn)子均有勵磁繞組，由它們之間的電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動。（3）混合式（即永磁感應(yīng)子式）。它與反應(yīng)式的主要區(qū)別是轉(zhuǎn)子上置有磁鋼。按輸出力矩大小可分為伺服式和功率式。（1）伺服式。伺服式步進(jìn)電機(jī)，輸出扭矩一般為0.07～4Nm。只能驅(qū)動較小的負(fù)載，一般與液壓轉(zhuǎn)矩放大器配合使用，才能驅(qū)動機(jī)床等較大負(fù)載。（2）功率式。功率式步進(jìn)電機(jī)，輸出扭矩一般為5～40Nm?？梢灾苯域?qū)動較大負(fù)載。按勵磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相等。相數(shù)越多步距角越小，但結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。按各相繞組分布型式分為徑向式和軸向式。（1）徑向式（單段式）徑向式步進(jìn)電機(jī)定子各相繞組按圓周依次排列。（2）軸向式（多段式）軸向式步進(jìn)電機(jī)定子各相繞組按軸向依次排列。2．反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的工作原理（1）步進(jìn)電動機(jī)的有關(guān)術(shù)語：相數(shù)：電動機(jī)定子上有磁極，磁極對數(shù)稱為相數(shù)。拍數(shù)：電動機(jī)定子繞組每改變一次通電方式稱為一拍。步距角：轉(zhuǎn)子經(jīng)過一拍轉(zhuǎn)過的空間角度用符號α表示。齒距角：轉(zhuǎn)子上齒距在空間的角度。如轉(zhuǎn)子上有N個齒，齒距角θ。(a)反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)原理(b)步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)過程原理

圖9-31反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)與步進(jìn)過程原理從圖9-31a中可以看出，在定子上有六個大極，每個極上繞有繞組。每對對稱的大極繞組形成一相控制繞組。這樣形成A、B、C三相繞組。極間夾角為60°。在每個大極上，面向轉(zhuǎn)子的部分分布著多個小齒，這些小齒呈梳狀排列，大小相同，間距相等。轉(zhuǎn)子上均勻分布40個齒，大小和間距與大齒上相同。(2)步進(jìn)電動機(jī)的工作原理當(dāng)某相（如A相）上的定子和轉(zhuǎn)子上的小齒由于通電電磁力使之對齊時(shí)，另外兩相（B相，C相）上的小齒分別向前或向后產(chǎn)生三分之一齒的錯齒，這種錯齒是實(shí)現(xiàn)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)的根本原因。這時(shí)如果在A相斷電的同時(shí)，另外某一相通電，則電動機(jī)的這個相由于電磁吸力的作用使之對齊，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電動機(jī)每走一步，旋轉(zhuǎn)的角度是錯齒的角度。錯齒的角度越小，所產(chǎn)生的步距角越小，精度越高。現(xiàn)在步進(jìn)電動機(jī)的步距角通常為3°；1.8°；1.5°；0.9°；0.5°到0.09°等。步距角越小，步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。（3）步進(jìn)電動機(jī)的通電方式及步距角①步進(jìn)電動機(jī)的通電方式步進(jìn)電動機(jī)有單相輪流通電，雙相輪流通電，單雙相輪流通電幾種通電方式。三相單三拍。我們把對一相繞組一次通電的操作稱為一拍，則對三相繞組A、B、C輪流通電三拍，才使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒，轉(zhuǎn)一齒所需的拍數(shù)為工作拍數(shù)。對A、B、C三相輪流通電一次稱為一個通電周期，步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個齒距。對于三相步進(jìn)電動機(jī)，如果三拍轉(zhuǎn)過一個齒，稱為三相三拍工作方式。雙相雙三拍。這種通電方式由于兩相同時(shí)通電，其通電順序?yàn)锳B→BC→CA→AB，控制電流切換三次，磁場旋轉(zhuǎn)一周?！救蝿?wù)實(shí)施】

1．任務(wù)實(shí)施所需設(shè)備（1）訓(xùn)練任務(wù)所需要的設(shè)備。如表9.4.2示。表9.4.2訓(xùn)練任務(wù)所需要設(shè)備明細(xì)表名稱型號或規(guī)格數(shù)量名稱型號或規(guī)格數(shù)量可編程控制器FX2N-48MR1只啟動開關(guān)KN121個三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)36BF021臺停止開關(guān)KN121個按鈕（啟動、停止）LA192個鈕子開關(guān)KNX6個2．訓(xùn)練步驟及要求（2）輸入和輸出點(diǎn)分配。對步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速、步數(shù)控制輸入和輸出點(diǎn)分配見表9.4.3。表9.4.3步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速、步數(shù)控制輸入和輸出點(diǎn)分配表輸入信號100步開關(guān)S7X007名稱代號輸入點(diǎn)編號暫停開關(guān)S8X010啟動開關(guān)S0X000停止按鈕SB2X011慢速開關(guān)S1X001輸出信號中速開關(guān)S2X002快速開關(guān)S3X003名稱代號輸出點(diǎn)編號正/反轉(zhuǎn)S4X004U相功放電路UY000單步按鈕SB1X005V相功放電路VY00110步開關(guān)S6X006W相功放電路WY002(2)PLC接線圖三相步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，分慢速、中速和快速三擋，分別通過開關(guān)S1、S2和S3選擇；正反轉(zhuǎn)控制由開關(guān)S4選擇（X004為ON，正轉(zhuǎn)；X004為OFF，反轉(zhuǎn)）；步數(shù)控制分單步、10步和100步三擋，分別通過按鈕SB1、開關(guān)S6和S7開關(guān)選擇；停止用按鈕SB2控制。X0Y0圖9-32步進(jìn)電機(jī)PLC的I/O配置及接線圖FX2N-48RMX1X3X4COMNLY1Y2Y3COM0COM1COM2···220VACPE···X5Y4S0S1FUY6Y10X2S3S4X6X7X10X11SA1SB1S6S7S8SB2Y5Y7Y11220VACFUMUVW三相步進(jìn)電動機(jī)控制程序設(shè)計(jì)的梯形圖如圖9-33所示。4．程序設(shè)計(jì)FNC34SFTR(P)M10M100M101M102Y000Y001Y002X000X004X004X004X004M100M101M101M100M1021M0M1M2M2M3M4M4M5M0M1M2M3M4M5M20C0C1X010K1K6M0M10正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動三相六拍環(huán)形分配器六拍時(shí)序脈沖M20X002ENDT2T1T0圖9-33三相步進(jìn)電動機(jī)控制的梯形圖OUTOUTK10K100M20M20X007X007X006X006M11X003X001RSTRSTC0C1T2T1T0PLSM11X005T0T1T2K10K5K2脈沖發(fā)生器脈沖控制器步數(shù)整定①轉(zhuǎn)速控制。由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生不同周期T的控制脈沖，通過脈沖控制器的選擇，再通過三相六拍環(huán)形分配器使三個輸出繼電器Y000、Y001和Y002按照單雙六拍的通電方式接通，其接通順序?yàn)椋涸撨^程對應(yīng)于三相步進(jìn)電動機(jī)的通電順序是：Y000Y000、Y001Y001Y001、Y002Y002Y001、Y002TTTTTUU、VVV、WWW、UTTTTT選擇不同的脈沖周期T，以獲得不同頻率的控制脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電動機(jī)的調(diào)速。②正反轉(zhuǎn)控制。通過正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動環(huán)節(jié)（調(diào)換相序），改變Y000、Y001和Y002接通的順序，以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制。即正轉(zhuǎn)：Y000Y000、Y001Y001Y001、Y002Y002Y001、Y002反轉(zhuǎn)：Y001Y001、Y000Y000Y000、Y002Y002Y002、Y001③步數(shù)控制。過脈沖計(jì)數(shù)器，控制六拍時(shí)序脈沖數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電動機(jī)步數(shù)的控制。（4）運(yùn)行與調(diào)試程序。

將圖9-33的梯形圖編寫對應(yīng)的指令程序①轉(zhuǎn)速控制。選擇慢速（接通S1），接通啟動開關(guān)S0。脈沖控制器產(chǎn)生周期為1s的控制脈沖，使M0~M5的狀態(tài)隨脈沖向右移位，產(chǎn)生六拍時(shí)序脈沖，并通過三相六拍環(huán)形分配器使Y000、Y001和Y002按照單雙六拍的通電方式接通，步進(jìn)電動機(jī)開始慢速步進(jìn)運(yùn)行。斷開S1、S0；接通S2、S0或S3、S0，觀察步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制運(yùn)行情況。②正反轉(zhuǎn)控制。先接通正、反轉(zhuǎn)開關(guān)S4，再重復(fù)上述轉(zhuǎn)速控制操作，觀察步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行情況。③步數(shù)控制。選擇慢速（接通S1）；選擇10步（接通S6）；接通啟動開關(guān)S0。六拍時(shí)序脈沖及三相六拍環(huán)形分配器開始工作；計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)走完預(yù)定步數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器動作，其常閉觸點(diǎn)斷開移位驅(qū)步進(jìn)電動機(jī)動電路，六拍時(shí)序脈沖、三相六拍環(huán)形分配器及正反轉(zhuǎn)驅(qū)動環(huán)節(jié)停止工作。步進(jìn)電動機(jī)停轉(zhuǎn)。在選擇慢速的前提下，再選擇單步或100步重