變頻調(diào)速與伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)課件：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用

步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用2024/11/20內(nèi)容Contents

任務(wù)4.1單軸機(jī)械手的控制一

任務(wù)4.1.2認(rèn)識(shí)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器

2

任務(wù)4.1.1認(rèn)識(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1

任務(wù)4.1.3S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)軸配置32024/11/20內(nèi)容Contents

任務(wù)4.2雙軸行走機(jī)械手的控制二

任務(wù)4.1.4使用軸控制面板調(diào)試運(yùn)動(dòng)軸4

任務(wù)4.1.5S7-1200PLC運(yùn)動(dòng)控制指令的應(yīng)用5

任務(wù)4.1.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)定角循環(huán)控制6任務(wù)4.1單軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制——任務(wù)4.1.1認(rèn)識(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一、任務(wù)導(dǎo)入

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。步進(jìn)電機(jī)每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)就前進(jìn)一步，所以叫做步進(jìn)電機(jī)。

脈沖數(shù)越多，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度越大。

脈沖的頻率越高步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速越快。

步進(jìn)電機(jī)二、任務(wù)實(shí)施1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理

三相步進(jìn)電機(jī)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。（1）三相單三拍：“三相”指定子繞組有3組；“單”指每次只能一相繞組通電；“三拍”指通電三次完成一個(gè)通電循環(huán)?！袢嗬@組中的通電順序?yàn)椋?.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖4-2步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖通常按勵(lì)磁方式分為三大類：1）反應(yīng)式（VR）

轉(zhuǎn)子為軟磁材料，無繞組，定、轉(zhuǎn)子開小齒、步距角小。2）永磁式（PM）

轉(zhuǎn)子為永磁材料，轉(zhuǎn)子的極數(shù)=每相定子極數(shù)，不開小齒，步距角較大，力矩較大3）混合式（HB）

轉(zhuǎn)子為永磁式、兩段，開小齒，轉(zhuǎn)矩大、動(dòng)態(tài)性能好、步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。3．步進(jìn)電機(jī)的分類

步進(jìn)電機(jī)每接收一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一定的角度，該角度稱為步距角。Z：轉(zhuǎn)子齒數(shù)；K：為通電系數(shù)，當(dāng)前后通電相數(shù)一致時(shí)，K=1，否則，K=2；m：為相數(shù)。（1）

步距角4．步進(jìn)電機(jī)的重要參數(shù)4.步進(jìn)電機(jī)的重要參數(shù)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于各相定子繞組通入電脈沖的頻率，其速度為式中，f——電脈沖的頻率，即每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS）；

Z——轉(zhuǎn)子齒數(shù)；

K——通電系數(shù)。

（2）

步進(jìn)電機(jī)的速度

（3）

相數(shù)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，常用m表示。目前常用的有二相、三相、四相、五相、六相、八相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同。

在沒有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。4.步進(jìn)電機(jī)的重要參數(shù)

（4）

拍數(shù)

完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)。θ

=

360°/（轉(zhuǎn)子齒數(shù)×運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相為例，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為50齒電動(dòng)機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ

=

360°/（50×4）=1.8°（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ

=

360°/（50×8）=0.9°（俗稱半步）。以四相電機(jī)為例，有四相雙四拍運(yùn)行方式即AB→BC→CD→DA→AB，四相單雙八拍運(yùn)行方式即A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。步距角對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。4.步進(jìn)電機(jī)的重要參數(shù)

（5）

保持轉(zhuǎn)矩

保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N·m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N·m的步進(jìn)電機(jī)。4.步進(jìn)電機(jī)的重要參數(shù)任務(wù)4.1單軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制——任務(wù)4.1.2認(rèn)識(shí)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器一、任務(wù)導(dǎo)入二、任務(wù)實(shí)施1.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的外部端子1.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的外部端子2.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的外部典型接線●光電耦合隔離元件作用：電氣隔離、抗干擾●共陽極接法、共陰極接法和差分方式接法●根據(jù)所選PLC來選擇驅(qū)動(dòng)器●西門子S7-1200PLC本體晶體管輸出信號(hào)為PNP輸出（高電平信號(hào)），應(yīng)采用共陰接法●三菱FX2NPLC晶體管輸出信號(hào)為NPN輸出（低電平信號(hào)），應(yīng)采用共陽接法。2.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的外部典型接線2.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的外部典型接線2.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的外部典型接線3.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分設(shè)置3.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分設(shè)置3.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分設(shè)置任務(wù)4.1單軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制——任務(wù)4.1.3S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)軸配置一、任務(wù)導(dǎo)入二、相關(guān)知識(shí)1.S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制方式圖4-8S7-1200PLC運(yùn)動(dòng)控制方式S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制方式有3種：①分PTO(PulseTrainOutput,脈沖串輸出)控制方式②模擬量控制方式③通信(PROFIdrive)控制方式1.S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制方式1.S7-1200PLC的運(yùn)動(dòng)控制方式2.S7-1200PLC的高速脈沖輸出PTOS7-1200PLC的高速脈沖輸出包括PTO和脈寬調(diào)制(PWM)輸出。2.S7-1200PLC的高速脈沖輸出PTO三、任務(wù)實(shí)施1.硬件組態(tài)（a）啟用脈沖發(fā)生器1.硬件組態(tài)（b）參數(shù)分配圖4-11設(shè)置脈沖發(fā)生器2.組態(tài)“軸”工藝對(duì)象圖4-12添加工藝對(duì)象2.組態(tài)“軸”工藝對(duì)象圖4-13組態(tài)軸工藝對(duì)象基本參數(shù)-常規(guī)2.組態(tài)“軸”工藝對(duì)象圖4-15組態(tài)軸工藝對(duì)象基本參數(shù)-驅(qū)動(dòng)器2.組態(tài)“軸”工藝對(duì)象圖4-16組態(tài)軸工藝對(duì)象擴(kuò)展參數(shù)-機(jī)械2.組態(tài)“軸”工藝對(duì)象2.組態(tài)“軸”工藝對(duì)象圖4-18組態(tài)軸工藝對(duì)象擴(kuò)展參數(shù)-位置限制2.組態(tài)“軸”工藝對(duì)象圖4-19組態(tài)軸工藝對(duì)象擴(kuò)展參數(shù)-動(dòng)態(tài)-常規(guī)2.組態(tài)“軸”工藝對(duì)象圖4-20組態(tài)軸工藝對(duì)象擴(kuò)展參數(shù)-動(dòng)態(tài)-急停2.組態(tài)“軸”工藝對(duì)象圖4-21組態(tài)軸工藝對(duì)象擴(kuò)展參數(shù)-回原點(diǎn)-主動(dòng)2.組態(tài)“軸”工藝對(duì)象2.組態(tài)“軸”工藝對(duì)象2.組態(tài)“軸”工藝對(duì)象圖4-24組態(tài)軸工藝對(duì)象擴(kuò)展參數(shù)-回原點(diǎn)-被動(dòng)任務(wù)4.1單軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制——任務(wù)4.1.4使用軸控制面板調(diào)試運(yùn)動(dòng)軸一、任務(wù)導(dǎo)入二、任務(wù)實(shí)施1.硬件電路接線圖2.調(diào)試工藝“軸”圖4-25選擇調(diào)試功能后控制面板的初始組態(tài)2.調(diào)試工藝“軸”圖4-26點(diǎn)動(dòng)控制2.調(diào)試工藝“軸”圖4-27絕對(duì)定位2.調(diào)試工藝“軸”圖4-28相對(duì)定位2.調(diào)試工藝“軸”圖4-28回原點(diǎn)3.診斷工藝“軸”圖4-29軸狀態(tài)和錯(cuò)誤位3.診斷工藝“軸”圖4-30運(yùn)動(dòng)狀態(tài)圖4-31動(dòng)態(tài)設(shè)置任務(wù)4.1單軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制

——任務(wù)4.1.5S7-1200運(yùn)動(dòng)控制指令的應(yīng)用一、任務(wù)導(dǎo)入一、任務(wù)導(dǎo)入圖4-33觸摸屏畫面二、相關(guān)知識(shí)1.運(yùn)動(dòng)控制指令簡介圖4-34插入運(yùn)動(dòng)控制指令圖4-35添加運(yùn)動(dòng)控制指令背景數(shù)據(jù)塊及指令1.運(yùn)動(dòng)控制指令簡介1.運(yùn)動(dòng)控制指令簡介圖4-36運(yùn)動(dòng)控制指令背景數(shù)據(jù)塊圖4-37軸背景數(shù)據(jù)塊1.運(yùn)動(dòng)控制指令簡介圖4-38運(yùn)動(dòng)控制指令說明1.運(yùn)動(dòng)控制指令簡介1.運(yùn)動(dòng)控制指令簡介1.運(yùn)動(dòng)控制指令簡介2.運(yùn)動(dòng)控制指令（1）啟動(dòng)/禁用軸指令MC_PowerEN：使能，該端子必須一直為1，保證MC_Power指令在程序中一直被調(diào)用Axis：已組態(tài)好的工藝對(duì)象名稱Enable：軸使能端，1：軸已啟用StartMode：控制模式選擇，0：啟用位置不受控的定位軸即速度控制模式；1：啟用位置受控的定位軸即位置控制StopMode：停止模式選擇，0：按照工藝對(duì)象組態(tài)好的“急?！彼俣然驎r(shí)間緊急停止軸；1：立即停止，PLC立即停止發(fā)脈沖ENO：使能輸出Status：軸的使能狀態(tài)。FALSE：禁用軸；TRUE：軸已啟用Busy：標(biāo)記MC_Power指令是否處于活動(dòng)狀態(tài)Error：0：無錯(cuò)誤；1：產(chǎn)生錯(cuò)誤標(biāo)記ErrorID：錯(cuò)誤ID碼ErrorInfo：錯(cuò)誤信息2.運(yùn)動(dòng)控制指令（2）確認(rèn)故障指令MC_ResetExecute：指令的啟動(dòng)位，用上升沿觸發(fā)Restart：0：表示用來確認(rèn)錯(cuò)誤。1：將軸組態(tài)從裝載存儲(chǔ)器下載到工作存儲(chǔ)器。僅可在禁用軸后，才能執(zhí)行該命令Done：1：錯(cuò)誤已確認(rèn)2.運(yùn)動(dòng)控制指令（3）回原點(diǎn)指令MC_HomeExecute：指令的啟動(dòng)位，用上升沿觸發(fā)Position：位置●Mode

=

0、2和3時(shí)，完成回原點(diǎn)操作之后，軸的絕對(duì)位置●Mode

=

1時(shí)，對(duì)當(dāng)前軸位置的修正值Mode：回原點(diǎn)模式Mode=1：相對(duì)式直接回原點(diǎn)。Mode=2：被動(dòng)回原點(diǎn)。Mode=3：主動(dòng)回原點(diǎn)。Done：1：命令已完成CommandAborted：1：1：命令在執(zhí)行過程中被另一命令中止ReferenceMarkPosition：顯示工藝對(duì)象歸位位置（“Done”=TRUE時(shí)有效）2.運(yùn)動(dòng)控制指令（4）暫停軸指令MC_HaltExecute：指令的啟動(dòng)位，用上升沿觸發(fā)Done：1：速度達(dá)到零CommandAborted：1：1：命令在執(zhí)行過程中被另一命令中止2.運(yùn)動(dòng)控制指令（5）絕對(duì)定位指令MC_MoveAbsoluteExecute：指令的啟動(dòng)位，用上升沿觸發(fā)Position：絕對(duì)目標(biāo)位置，即相對(duì)于原點(diǎn)的位置Velocity：軸的運(yùn)動(dòng)速度Direction：軸的運(yùn)動(dòng)方向，僅在“模數(shù)”已啟用的情況下才生效Done：1：達(dá)到絕對(duì)目標(biāo)位置CommandAborted：1：1：命令在執(zhí)行過程中被另一命令中止2.運(yùn)動(dòng)控制指令（6）相對(duì)定位指令MC_MoveRelativeExecute：指令的啟動(dòng)位，用上升沿觸發(fā)Distance：相對(duì)移動(dòng)距離Velocity：軸的運(yùn)動(dòng)速度Done：1：目標(biāo)位置已到達(dá)CommandAborted：1：1：命令在執(zhí)行過程中被另一命令中止2.運(yùn)動(dòng)控制指令（7）點(diǎn)動(dòng)指令MC_MoveJogJogForward：1：正向點(diǎn)動(dòng)0：軸停止JogBackward：1：反向點(diǎn)動(dòng)0：軸停止Velocity：點(diǎn)動(dòng)速度InVelocity：1：達(dá)到參數(shù)“Velocity”中指定的速度三、任務(wù)實(shí)施1.硬件電路接線圖1.硬件電路2.程序設(shè)計(jì)

(1)按照任務(wù)4.1.3的方法對(duì)工藝“軸”進(jìn)行組態(tài)；

(2)建立PLC變量表(圖4-43)。2.程序設(shè)計(jì)

(3)編寫程序如圖4-44所示。具體程序請(qǐng)參考教材P184或機(jī)械工業(yè)出版社教材配套資源下載源程序任務(wù)4.1單軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制

——任務(wù)4.1.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反向定角循環(huán)控制一、