《LC控制步進電機》word版

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1、 PLC控制步進電機 基于PLC的步進電機運動控制 ? 一、 步進電機工作原理 1. 步進電機簡介 ????? 步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構。通俗一點講：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；也可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關系的

2、存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單 2. 步進電機的運轉(zhuǎn)原理及結構 ????? 電機轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。0、1/3て、2/3て,即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3て，C與齒3向右錯開2/3て，A‘與齒5相對齊，（A‘就是A，齒5就是齒1） 3. 旋轉(zhuǎn) ????? 如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力，以下均同）。如B相通電，A，C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3て，

3、此時齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通電，A，B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て，此時齒4與A偏移為1/3て對齊。 如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て ????? 這樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機就每步（每脈沖）1/3て,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A……通電，電機就反轉(zhuǎn)。由此可見：電機的位置和速度由導電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應關系。而方向由導電順序決定。 步進電機的靜態(tài)指標術語 ?????

4、拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：對應一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。 4. 步進電動機的特征 ? ????? 1) 運轉(zhuǎn)需要的三要素：控制器、驅(qū)動器、步進電動機

5、 ????? 以上三部分是步進電機運轉(zhuǎn)必不可少的三部分?？刂破饔纸忻}沖產(chǎn)生器，目前主要有PLC、單片機、運動板卡等等。 ????? 2) 運轉(zhuǎn)量與脈沖數(shù)的比例關系 二、 西門子S7-200 CPU 224 XP CN ????? 本機集成14輸入/10輸出共14個數(shù)字量I/O點。2輸入/1輸出3個模擬量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量I/O點或38路模擬量I/O點。22K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的30KHz高速計數(shù)器，2個獨立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS458通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和

6、自由通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強能力的控制器。 ? 三、 三相異步電動機DF3A驅(qū)動器 1.產(chǎn)品特點 ????? 可靠性高:數(shù)字技術和單片機的應用,使得驅(qū)動器線路簡單可靠;合理的結構設計，使得整機結構緊湊、防護性能好；短路、過流、超溫、欠壓保護線路提供全面、可靠的保護、大大提高了步進驅(qū)動器的可靠性。低速性能好：引入單片機進行軟環(huán)分及矢量細分，實現(xiàn)1:1平滑細分及5、10、20倍矢量細分，使得步進電機低速運行平穩(wěn)，避免振蕩及失步。矢量細分技術的應用，使得與μm級位置控制器配套的步進系統(tǒng)輸出精度接近μm級。高速性能優(yōu)：輸入信號頻率不大于250kHz（20細分

7、時），輸出電流頻率可達15kHｚ。由于采用單高壓（300V）恒流斬波，高速特性好，驅(qū)動步進電機空載運行最高速不低于7.0mm/min適用面廣：輸出電流3A～10A可調(diào)，可驅(qū)動90BF、110BF、130BF步進電機，輸出轉(zhuǎn)矩2N?m～25N?m。 2.主要技術參數(shù) 四、 PLC與步進電機驅(qū)動器接口原理圖 五、 PLC控制實例的流程圖及梯形圖 1. 控制要求 ????? 1) 要求點機能正反轉(zhuǎn) ????? 2) 電機有高低速兩檔 ????? 3) 電機位移和距離有兩檔 ????? 4) 要求說明用PLS原理 ????? 5) 所有換擋均需

8、要在電機停止時進行 2. 流程圖 3. 梯形圖 | 管理 | 設為最佳回復 上面的“PLC與步進電機驅(qū)動器接口原理圖 ”太大顯示不全，下面是縮小版的！ | 管理 | 設為最佳回復 | 步進電機的定位控制 plc輸出的集成脈沖可通過步進電機進行定位控制。關于定位控制，調(diào)節(jié)和控制操作之間存在一些區(qū)別。步進電機不需要連續(xù)的位置控制，而在控制操作中得到應用。在以下的程序例子中，借助于cpu214所產(chǎn)生的集成脈沖輸出，通過步進電機來實現(xiàn)相對的位置控制。雖然這種類型的定位控制不需要參考點，本例還是粗略地描述了確定參考點的簡單步驟。因為實際上它總是相對

9、一根軸確定一個固定的參考點，因此，用戶借助于一個輸入字節(jié)的對偶碼(dual coding)給cpu指定定位角度。用戶程序根據(jù)該碼計算出所需的定位步數(shù)，再由cpu輸出相關個數(shù)的控制脈沖。? 1、 系統(tǒng)結構 如圖1所示： ?????????????????????? 圖1 系統(tǒng)結構? 2、 硬件配置 如表1所示： 3、軟件結構 3.1 plc的輸入信號與輸出信號 plc的部分輸入信號與輸出信號，以及標志位如表2所示。 ?3.2 系統(tǒng)軟件設計 plc的程序框圖如圖2所示。 3.3 初始化 在程序的第一個掃描周期(sm0.1=1)，初始

10、化重要參數(shù)。選擇旋轉(zhuǎn)方向和解除聯(lián)鎖。 3.4 設置和取消參考點 如果還沒有確定參考點，那么參考點曲線應從按“start”按扭(i1.0)開始。cpu有可能輸出最大數(shù)量的控制脈沖。在所需的參考點，按“設置/取消參考點”開關(i1.4)后，首先調(diào)用停止電機的子程序。然后，將參考點標志位m0.3置成1，再把新的操作模式“定位控制激活”顯示在輸出端q1.0。 如果i1.4的開關已激活，而且“定位控制”也被激活(m0.3=1)，則切換到“參考點曲線”參考點曲線。在子程序1中，將m0.3置成0，并取消“定位控制激活”的顯示(q1.0=0)。此外，控制還為輸出最大數(shù)量的控制脈沖做準備。當再次激活

11、i1.4開關，便在兩個模式之間切換。如果此信號產(chǎn)生，同時電機在運轉(zhuǎn)，那么電機就自動停止。 實際上，一個與驅(qū)動器連接的參考點開關將代替手動操作切換開關的使用，所以，參考點標志能解決模式切換。 3.5 定位控制 如果確定了一個參考點(m0.3=1)而且沒有聯(lián)鎖，那么就執(zhí)行相對的定位控制。在子程序2中，控制器從輸入字節(jié)ibo讀出對偶碼方式的定位角度后，再存入字節(jié)mb11。與此角度有關的脈沖數(shù)，根據(jù)下面的公式計算: n=φ/360°×s 式中:n-控制脈沖數(shù) φ-旋轉(zhuǎn)角度 s-每轉(zhuǎn)所需的步數(shù) 該程序所使用的步進電機采用半步操作方式(s=1000)。在子程序3中循環(huán)計算步

12、數(shù)，如果現(xiàn)在按“start”按鈕(i1.0)，cpu將從輸出端q0.0輸出所計算的控制脈沖個數(shù)，而且電機將根據(jù)相應的步數(shù)來轉(zhuǎn)動，并在內(nèi)部將“電機轉(zhuǎn)動”的標志位m0.1置成1。 在完整的脈沖輸出之后，執(zhí)行中斷程序0，此程序?qū)0.1置成0，以便能夠再次起動電機。 3.6 停止電機 按“stop”(停止)按扭(i1.1)，可在任何時候停止電機。執(zhí)行子程序0中與此有關的指令。? 4、 程序和注釋 //標題:用脈沖輸出進行定位控制 //主程序 ld sm0.1???????????? //僅首次掃描周期sm0.1才為1。 r m0.0，128????? //md0至md1

13、2復位 atch 0，19??????? //把中斷程序0分配給中斷事件19(脈沖串終止) eni???????????????????? //允許中斷 //脈沖輸出功能的初始化 movw 500，smw68????? //脈沖周期t=500us movw 0,smw70??????????? //脈沖寬度為0(脈沖調(diào)制) movd 429496700，smd72????? //為參考點設定的最大脈沖數(shù) //設置逆時針旋轉(zhuǎn) ldn m0.1????????? //若電機停止 a i1.5?????????????? //且旋轉(zhuǎn)方向開關=1 s q0.2，

14、1??????? //則逆時針旋轉(zhuǎn)(q0.2=1) //設置順時針旋轉(zhuǎn) ldn m0.1???????? //若電機停止 an i1.5??????????? //且旋轉(zhuǎn)方向開關=0 r q0.2，1?????? //則逆時針旋轉(zhuǎn)(q0.2=0) //聯(lián)鎖 ld i1.1??????????? //若按“stop”(停止)按鈕 s m0.2，1???? //則激活聯(lián)鎖(m0.2=1) //解除聯(lián)鎖 ldn i1.1???????? //若“start”(啟動)按鈕松開 an i1.0?????????//且“stop”(停止)按鈕松開 r m0.2，

15、1???? //則解除聯(lián)鎖(m0.2=0)????? ?//確定操作模式(參考點定位控制) ld i1.4????? //若按“設置/取消參考點”按鈕 eu??????????? ?//上升沿 call 1??????? //則調(diào)用子程序1 //啟動電機 ld i1.0?????????????????????? ?//若按“start”(啟動)按鈕 eu??????????????????????????? ?//上升沿 an m0.1?? ???????????????? //且電機停止 an m0.2??????????????????? ?//且無聯(lián)鎖

16、 ad≥ smd72，1????? //且步數(shù)≥1，則 movb 16#85，smb67?????????? //置脈沖輸出功能(pto)的控制位 pls 0????????????????????????????? ?//啟動脈沖輸出(q0.0) s m0.1，1???????????????? //“電機運行”標志位置位(m0.1=1) //定位控制 ld m0.3??????????????? //若已激活“定位控制” 操作模式 an m0.1???????????????? //且電機停止 call 2????????????????? //則調(diào)用子程序

17、2 //停止電機 ld i1.1???????????????????? ?//若按“stop”(停止)按鈕 eu????????????????????? //上升沿 a m0.1????????????????? //且電機運行，則 call 0???????????????? ?//則調(diào)用子程序0 mend???????????????? ?//主程序結束 //子程序1 sbr 0???????????????????????????? //子程序0停止電機 movb 16#cb，smb67????????????? ?//激活脈寬調(diào)制 pls 0

18、??????????????????????????? //停止輸出脈沖到q0.0 r m0.1，1???????????????? ?//“電機運行”標志位復位(m0.1=0) ret??????????????????????????? //子程序0結束 sbr1???????????????????? //子程序1，“確定操作模式” ld m0.1????????????????? //若電機運行 call 0???????????????????? //則調(diào)用子程序0，停止電機 //申請“參考點曲線” ld m0.3?????????????????????

19、 //若已激活“定位控制”，則 r m0.3，1?????????????? ?//參考點標志位;復位(m0.3=0) r q1.0，1?????????????? //取消“定位控制激活”信息(q1.0=0) movd 429496700，smd72???????????? ?//為新的“參考點曲線”設定最大的脈沖數(shù)。 cret??????????????????? //條件返回到主程序。 //申請“定位控制” ldn m0.3????????????? //若未設置參考點(m0.3=0)，則 s m0.3，1??????????? ?//參考點標志位置位(m0.

20、3=1) s q1.0，1??????????? //輸出“定位控制激活”信息(q1.0=1) ret??????????????????????? //子程序1結束 //子程序2 sbr2??????????????? //子程序2，“定位控制” movb ib0，mb11??????????????????? //把定位角度從ibo拷到md8的最低有效字節(jié)mb11。 r m8.0，24?????????????????????????? //mb8至mb10清零 div 9，md8??????????????????????????? //角度/9=q1+r1

21、 movw mw8，mw14???????????? //把r1存入md12 mul 25，md8????????????????????? //q1×25→md8 mul 25，md12 div 9，md12????????????????????? // r1×25／9= q2+r2 call 3 //在子程序3中循環(huán)步數(shù) movw 0，mw12????????????????? ?//刪除r2 +d md12，md8????????????????????? //把步數(shù)寫入md8 movd md8，smd72????????????????????? /

22、/把步數(shù)傳到smd72 ret??????????????????????????? ?//子程序2結束 //子程序3 sbr3??????????????????????? //子程序3，“循環(huán)步數(shù)” ldw≥mw12，5?????????? //如果r2≥5／9，則 incw mw14?????????????? ?//步數(shù)增加1。 ret //子程序3結束 //中斷程序0，“脈沖輸出終止” int0?????????????? //中斷程序0 r m0.1，1??????????????? //“電機運行”標志位復位(m0.1=0) ret??

23、????????????????? //子程序0結束 | 管理 | 設為最佳回復 。 | 管理 | 設為最佳回復 | 管理 | 設為最佳回復 | 管理 | 設為最佳回復 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 基于PLC的步進電機的開環(huán)控制系統(tǒng)設計 一、控制要求： ⑴ 能夠?qū)崿F(xiàn)步進電機的起動和停止、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)及改變轉(zhuǎn)速。 ⑵ 能夠?qū)崿F(xiàn)步進電機的單四拍、雙四拍、單雙八拍運行。 ⑶ 當按下按鈕SB1時，步進電機以單四拍方式和500MS

24、/步的頻率順時針方向運行30步后停止； 當按下按鈕SB2時，步進電機以單四拍方式和500MS/步的頻率逆時針方向運行30步后停止； 當按下按鈕SB3時，步進電機以雙四拍方式和500MS/步的頻率順時針方向運行30步后停止； 當按下按鈕SB4時，步進電機以雙四拍方式和500MS/步的頻率和逆時針方向運行30步后停止； 當按下按鈕SB5時，步進電機以單雙八拍方式和500MS/步的頻率順時針方向運行30步后停止； 當按下按鈕SB6時，步進電機以單雙八拍方式和500MS/步的頻率逆時針方向運行30步后停止； 任何時刻按下按鈕SB7，步進電機停止。 二、設計方案論證及電路

25、圖 (PLC的輸入輸出接線圖、編程元件地址分配表、硬件組態(tài)、控制程序) 2.1 PLC的輸入輸出接線圖： ????????????????????????????????????????????????????????????????? ? 附圖一 控制兩相步進電動機正反轉(zhuǎn)控制線路接線圖 2.2編程元件地址分配表： ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? PlC編程元件的地址分配及相應符號表 2.3硬件組態(tài)： ???????????????

26、??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? PLC硬件組態(tài)表： 2.4控制程序： ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? ※線性化控制程序(雙四拍)： | 管理 | 設為最佳回復 ????????????????????????? ?????? ????? 利用松下FP1可編程序控制器

27、可以方便地實現(xiàn)對電機速度和位置的控制，方便可靠地進行各種步進電機的操作，完成各種復雜的工作，加速了機電一體化的實現(xiàn)。 控制方法及思路： ?1、FP1的特殊功能： (1) 脈沖輸出　　 FP1的輸出端Y7可輸出脈沖，脈沖頻率可通過軟件編程進行調(diào)節(jié)，其輸出頻率范圍為360Hz～5kHz?！　?(2) 高速計數(shù)器（HSC）　　 FP1內(nèi)部有高速計數(shù)器，可同時輸入兩路脈沖，最高計數(shù)頻率為10kHz，計數(shù)范圍-8388608～+8388607?！　?　　 (3) 輸入延時濾波　　 FP1的輸入端采用輸入延時濾波，可防止因開關機械抖動帶來的不可靠性，其延時時間可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為1ms～12

28、8ms?！　?(4) 中斷功能　　 FP1的中斷有兩種類型，一種是外部硬中斷，一種是內(nèi)部定時中斷。 2、步進電機的速度控制：? FP1有一條SPD0指令，該指令配合HSC和Y7的脈沖輸出功能可實現(xiàn)速度及位置控制。速度控制梯形圖見圖1，控制方式參數(shù)見圖2，脈沖輸出頻率設定曲線見圖3，梯形圖程序見圖4。 . 電氣原理圖如下： 　　3、控制系統(tǒng)的程序運行　　 　　 　　關于此控制系統(tǒng)的接線：plc的Y7輸出的脈沖作為步進電機的時鐘脈沖，經(jīng)驅(qū)動器產(chǎn)生節(jié)拍脈沖，控制步進電機運轉(zhuǎn)。同時Y7接至PLC的輸入接點X0，并經(jīng)X0送至PLC內(nèi)部的HSC。HSC計數(shù)Y7的脈沖數(shù)，當達

29、到預定值時發(fā)生中斷，使Y7的脈沖頻率切換至下一參數(shù)，從而實現(xiàn)較準確的位置控制。實現(xiàn)這一控制的梯形圖及外部接線圖分別見圖4、圖5。 　　 　　控制系統(tǒng)的運行程序：第一句是將DT9044和DT9045清零，即為HSC進行計數(shù)做準備；第二句～第五句是建立參數(shù)表，參數(shù)存放在以DT20為首地址的數(shù)據(jù)寄存器區(qū)；最后一句是啟動SPD0指令，執(zhí)行到這句則從DT20開始取出設定的參數(shù)并完成相應的控制要求。 ????????由第一句可知第一個參數(shù)是K0，是PULSE方式的特征值，由此規(guī)定了輸出方式。第二個參數(shù)是K70，對應脈沖頻率為500Hz，于是Y7發(fā)出頻率為500Hz的脈沖。第三個參數(shù)是K1000，即按此頻率發(fā)1000個脈沖后則切換到下一個頻率。而下一個頻率即最后一個參數(shù)是K0，所以當執(zhí)行到這一步時脈沖停止，于是電機停轉(zhuǎn)。故當運行此程序時即可使步進電機按照規(guī)定的速度、預定的轉(zhuǎn)數(shù)驅(qū)動控制對象，使之達到預定位置后自動停止。