步進(jìn)電機(jī)PLC控制(課堂用).ppt

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2019/11/20,綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目-步進(jìn)電機(jī)的PLC控制,2019/11/20,2019/11/20,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理與特點(diǎn),原理：步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理,將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機(jī)。每來(lái)一個(gè)電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，帶動(dòng)機(jī)械移動(dòng)一小段距離。它的運(yùn)動(dòng)形式是步進(jìn)式的。,特點(diǎn)：(1)來(lái)一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。 (2)控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 (3)改變脈沖順序，改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 (4)角位移量或線位移量與電脈沖數(shù)成正比.,步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 1.步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式和勵(lì)磁式兩大類。兩類的區(qū)別在于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子上無(wú)勵(lì)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(chǎng)而生成的。兩類步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作原理相同，這里以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例進(jìn)行分析。 圖5-41是一種三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，它由定子與轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。電機(jī)定子上有六個(gè)磁極，每個(gè)極上裝有控制繞組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極組成一相。,步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)受脈沖信號(hào)控制，每來(lái)一個(gè)脈沖信號(hào)，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(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生作用將使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)角位移。改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的電路稱為脈沖分配器。控制脈沖信號(hào)來(lái)到后，先送到脈沖分配器，經(jīng)過(guò)分配器輸出的信號(hào)決定各定子繞組通電的順序和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。步進(jìn)電機(jī)控制電路框圖如圖5-42 所示。從分配器輸出的脈沖信號(hào)還需經(jīng)過(guò)功率放大之后才能送至步進(jìn)電機(jī)的定子繞組。,2019/11/20,工作方式,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。,一、三相單三拍,（1）三相繞組聯(lián)接方式：Y 型,,2019/11/20,（3）工作過(guò)程,引轉(zhuǎn)子，由于磁力線總是要通過(guò)磁阻最小的路徑閉合，因此會(huì)在磁力線扭曲時(shí)產(chǎn)生切向力而形成磁阻轉(zhuǎn)矩， 使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)、定子的齒對(duì)齊停止轉(zhuǎn)動(dòng)。,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(chǎng)軸線方向原有一定角度，則在磁場(chǎng)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(duì)齊。,2019/11/20,B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對(duì)齊，相對(duì)A相通電位置轉(zhuǎn)30?；,C相通電再轉(zhuǎn)30?,2019/11/20,這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個(gè)循環(huán)周期共包括三個(gè)脈沖，所以稱三相單三拍。,三相單三拍的特點(diǎn)：,（1）每來(lái)一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 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。,2019/11/20,二、三相單雙六拍,三相繞組的通電順序?yàn)椋?A?AB?B?BC?C?CA?A 共六拍。,工作過(guò)程：,A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和A相對(duì)齊。,2019/11/20,所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對(duì)AA 通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15。,（1）BB 磁場(chǎng)對(duì) 2、4 齒有磁拉力，該拉力使轉(zhuǎn)子順時(shí)針 方向轉(zhuǎn)動(dòng)。,A、B相同時(shí)通電,（2）AA 磁場(chǎng)繼續(xù)對(duì)1、3齒有拉力。,2019/11/20,總之，每個(gè)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?。,B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相對(duì)齊，又轉(zhuǎn)了15?。,2019/11/20,三、三相雙三拍,三相繞組的通電順序?yàn)椋?AB ? BC ? CA ? AB 共三拍。,2019/11/20,工作方式為三相雙三拍時(shí)，每通入一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30?，即 ?S = 30?。,2019/11/20,步進(jìn)電機(jī)通過(guò)一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度,稱為步距角。,N:一個(gè)周期的運(yùn)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(shí),步距角,細(xì)分：細(xì)分就是指電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際步矩角是基本步矩角的幾分之一。如：驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，其步矩角只為電機(jī)固有步矩角的十分之一，也就是說(shuō)：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1.8，而用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)了0.18。細(xì)分功能完全是由驅(qū)動(dòng)器靠精度控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無(wú)關(guān)。,改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的電路稱為脈沖分配器。控制脈沖信號(hào)來(lái)到后，先送到脈沖分配器，經(jīng)過(guò)分配器輸出的信號(hào)決定各定子繞組通電的順序和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。,步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器原理,從步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理可以看出，要使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行，必須按規(guī)律控制步進(jìn)電機(jī)的每一相繞組得電。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收外部的信號(hào)是方向信號(hào)（DIR）和脈沖信號(hào)（CP）。另外步進(jìn)電機(jī)在停止時(shí)，通常有一相得電，電機(jī)的轉(zhuǎn)子被鎖住，所以當(dāng)需要轉(zhuǎn)子松開(kāi)時(shí)，可以使用脫機(jī)信號(hào)（FREE）.,步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器,環(huán)型分配器的功能：主要是把外部CP端送入的脈沖進(jìn)行分配，給功率放大器，功率放大器相應(yīng)的晶體管導(dǎo)通，步進(jìn)電機(jī)的線圈得電。,,,（3）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的端子與接線,PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的接線：,,2019/11/20,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(gè)CPU有兩個(gè)PTO/PWM發(fā)生器，一個(gè)發(fā)生器分配給輸出端Q0.0，另一個(gè)分配給Q0.1。當(dāng)Q0.0或Q0.1設(shè)定為PTO或PWM功能時(shí)，其他操作均失效。不使用PTO/PWM發(fā)生器時(shí)，Q0.0或Q0.1作為普通輸出端子使用。通常在啟動(dòng)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(gè)數(shù)和占空比為50%的方波脈沖。 輸出脈沖的個(gè)數(shù)在1-4 294 967 295范圍內(nèi)可調(diào)； 輸出脈沖的周期以s或ms為增量單位，變化范圍分別是10～65 535s或2～65 535ms。 如果周期小于兩個(gè)時(shí)間單位，周期被默認(rèn)為兩個(gè)時(shí)間單位。如果指定的脈沖數(shù)為0，則脈沖數(shù)默認(rèn)為1。 PTO功能允許多個(gè)脈沖串排隊(duì)輸出，從而形成流水線。流水線分為兩種：?jiǎn)味瘟魉€(流水線中只能存儲(chǔ)一個(gè)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(shí)可按包絡(luò)表的順序輸出多個(gè)脈沖串）。,每個(gè)高速脈沖發(fā)生器對(duì)應(yīng)一定數(shù)量特殊標(biāo)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。,控制字節(jié) 每個(gè)高速脈沖輸出都對(duì)應(yīng)一個(gè)控制字節(jié)，通過(guò)對(duì)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(shí)間基準(zhǔn)、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：?jiǎn)挝豢梢允俏⒚毽蘳或毫秒ms；為16位無(wú)符號(hào)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(huì)引起輸出波形占空比的輕微失真。如果編程時(shí)設(shè)定周期單位小于2，系統(tǒng)默認(rèn)按2進(jìn)行設(shè)置。 脈沖數(shù)：用雙字長(zhǎng)無(wú)符號(hào)數(shù)表示，脈沖數(shù)取值范圍是1~4294967295之間。如果編程時(shí)指定脈沖數(shù)為0，則系統(tǒng)默認(rèn)脈沖數(shù)為1個(gè)。,（4）PTO的使用,使用高速脈沖串輸出時(shí)，要按以下步驟進(jìn)行： 確定脈沖發(fā)生器及工作模式 設(shè)置控制字節(jié) 寫(xiě)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(kāi)中斷) 執(zhí)行PLS指令,高速脈沖輸出指令,1．指令格式及功能,,說(shuō)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(lái)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(jìn)行控制，而脈寬調(diào)制輸出PWM只能由指令PLS來(lái)激活。,功能： 當(dāng)使能端輸入有效時(shí)， PLC首先檢測(cè)為脈沖輸出位（X）設(shè)置的特殊存儲(chǔ)器位，然后激活由特殊存儲(chǔ)器位定義的脈沖操作,2．PTO/PWM指令編程舉例,四、基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的小車自動(dòng)往返控制,項(xiàng)目一：步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制,用S7-200 PLC控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。把步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的D2設(shè)置為OFF，即PU為步進(jìn)脈沖信號(hào)，DR為方向控制信號(hào)。PLC的Q0.0輸出高速脈沖至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的PU端，Q0.1控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。對(duì)應(yīng)小車的運(yùn)行各輸出點(diǎn)分配如下： 正轉(zhuǎn)啟動(dòng)，I0.0； 反轉(zhuǎn)啟動(dòng)，I0.1； 向左運(yùn)行，Q0.0發(fā)脈沖，Q0.1為OFF； 向右運(yùn)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。,控制程序如圖所示。,