控制步進電機

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化為角位移的執(zhí)行機構。通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）?？梢酝ㄟ^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動的速度和加速度，從而達到調速的目的。 在非超載的情況下，電機的轉速、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，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，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

2、制領域用步進電機來控制變的非常的簡單 2. 步進電機的運轉原理及結構 電機轉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子齒軸線錯開。0、1/3、2/3,即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3，C與齒3向右錯開2/3，A與齒5相對齊，（A就是A，齒5就是齒1） 3. 旋轉 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，此時轉子向右移過1/3，此時齒3與C偏移為1/3，齒4與A偏移（-1/3）=2/3。如C相通電，A，B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉子又向右移過1/3，此時齒4與A偏

3、移為1/3對齊。 如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉子又向右移過1/3 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，電機轉子向右轉過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A通電，電機就每步（每脈沖）1/3,向右旋轉。如按A，C，B，A通電，電機就反轉。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 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或導電狀態(tài)用n表示，或指電機轉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-C

4、D-D-DA-A. 步距角：對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用表示。=360度（轉子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。 4. 步進電動機的特征 1) 運轉需要的三要素：控制器、驅動器、步進電動機 以上三部分是步進電機運轉必不可少的三部分?？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。

5、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、大大提高了步進驅動器的可靠性。低速性能

6、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m級位置控制器配套的步進系統(tǒng)輸出精度接近m級。高速性能優(yōu)：輸入信號頻率不大于250kHz（20細分時），輸出電流頻率可達15kH。由于采用單高壓（300V）恒流斬波，高速特性好，驅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3A10A可調，可驅動90BF、110BF、130BF步進電機，輸出轉矩2Nm25Nm。 2.主要技術參數(shù)四、 PLC與步進電機驅動器接口原理圖五、 PLC控制實例的流程圖及梯形圖1. 控制要求 1) 要

7、求點機能正反轉 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

8、定參考點的簡單步驟。因為實際上它總是相對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)，初始化重要參數(shù)。選擇旋轉方向和解除聯(lián)鎖。 3.4 設置和取消參考點 如果還沒有確定參考點，那

9、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，那么電機就自動停止。 實際上，一

10、個與驅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=/360s 式中:n-控制脈沖數(shù) -旋轉角度 s-每轉所需的步數(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)來轉動，并在內部將“

11、電機轉動”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，此程序將m0.1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md12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

12、(脈沖調制) movd 429496700，smd72 /為參考點設定的最大脈沖數(shù) /設置逆時針旋轉 ldn m0.1 /若電機停止 a i1.5 /且旋轉方向開關=1 s q0.2，1 /則逆時針旋轉(q0.2=1) /設置順時針旋轉 ldn m0.1 /若電機停止 an i1.5 /且旋轉方向開關=0 r q0.2，1 /則逆時針旋轉(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 m0.2，1 /則解

13、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 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

14、 /則調用子程序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 /激活脈寬調制 pls 0 /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 /則調用子程序0，停止電機 /申請“參考點曲線” ld m0.3 /若已激活“定位控制”，則 r m0.3，1 /參

15、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(m0.3=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

16、零 div 9，md8 /角度/9=q1+r1 movw mw8，mw14 /把r1存入md12 mul 25，md8 /q125md8 mul 25，md12 div 9，md12 / r1259= 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 /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)” ldwmw12，5 /如果r259，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

17、/中斷程序0 r m0.1，1 /“電機運行”標志位復位(m0.1=0) ret /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： 能夠實現(xiàn)步進電機的起動和停止、正轉和反轉及改變轉速。 能夠實現(xiàn)步進電機的單四拍、雙四拍、單雙八拍運行。 當按下按鈕SB1時，步進電機以單四拍方式和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

18、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.

19、3硬件組態(tài)： 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)?？刂品椒八悸罚?、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節(jié)，其輸出頻率范圍為360Hz5kHz。 (2) 高速計數(shù)器（HSC） FP1內部有高速計數(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)需要進行調節(jié)，調節(jié)范圍為1ms128ms。 (4) 中斷功能 FP1的