步進電機驅動模型說明書.doc

網(wǎng)絡控制板實訓考核裝備系統(tǒng)說明書（A ）（三菱PLC版本初稿0809）瑞思機電科技有限公司操作和安全注意事項使用該系統(tǒng)需遵守各項安全操作。!不要在系統(tǒng)運行時人為的干涉正常工作，只有在掉電狀態(tài)下才能連接和斷開各種電氣連線。!開機前檢查項目l 在開機之前請務必檢查：l 電器連接l 機械部件狀態(tài)（如：運動時是否干涉，連接是否松動）排除已發(fā)現(xiàn)的故障 注意！!電源：上電開關使用電壓為 220vAC，請注意 符號，該處有220vAC；各站工作臺面上使用電壓為24vDC（最大電流5A），請注意安全。!即使關閉電源，電源模塊內部仍然可能會留有高電壓，請暫時不要接觸電源端子。（請在確認“指示燈”熄滅后，再進行檢查工作）!請不要頻繁地ON/OFF電源。在需要反復地連續(xù)ON/OFF電源時，請控制在每分鐘1 次以下。（在電源模塊的電源部分，有大電容，所以在ON電源時，會流過較大的充電電流0.2秒。因此，如果頻繁地ON/OFF電源，則會造成電源模塊內部的主電路元件性能下降。）!在PLC編程時，請不頻繁地插/拔電纜線，更不能帶電插拔。否則會燒壞電纜線。前 言自動生產(chǎn)設備（自動生產(chǎn)線）的最大特點是它的綜合性和系統(tǒng)性。生產(chǎn)線的傳感檢測、傳輸與處理、控制、執(zhí)行與驅動等機構在微處理單元的控制下協(xié)調有序地工作，有機地融合在一起?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）以其高抗干擾能力、高可靠性、高性能價格比且編程簡單而廣泛地應用在現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設備中，擔負著生產(chǎn)線的大腦微處理單元的角色。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。網(wǎng)絡控制板A教學系統(tǒng)的設計完全符合工業(yè)電氣柜的設計模式，該電氣面板由我們公司從事多年工業(yè)電氣柜的工程師設計，是為提高學生動手能力和實踐技能、生產(chǎn)的一套實用性實驗設備。對實訓的學生來說，具備了更強的現(xiàn)場認知模型。實驗裝置的地板采用網(wǎng)孔面板，所有元器件均固定在網(wǎng)板上面。視覺上更直觀，搬運輕便，組裝簡單。在學生安全操作方面也做了多重保護，高低電壓采用分離式布置，切控制電壓均采用DC 24V安全電壓，確保學生在實驗中的人身安全。本實訓指導書主要闡述瑞思-網(wǎng)絡控制板A型實訓考核裝備的基本結構、工作原理和工作過程。力求采用項目教學的方法介紹本裝備所涉及的技術，使學生在知識的學習和綜合應用，PLC的編程能力，設備的安裝與調試等方面能收到較好的效果。鑒于時間倉促和限于編者水平，書中難免有錯誤及不當之處，懇請讀者批評指正。 目錄概述-1第一節(jié) 網(wǎng)絡控制板A的基本結構-31.1網(wǎng)絡控制板A的功能-31.2 控制板的結構組成-31.3 運動板的結構組成-4第二節(jié) 主要元件的工作原理-5一、步進驅動原理-5二、步進驅動器的工作原理-71.2.1驅動器主要功能-81.2.2系列驅動器使用要求-101.2.3驅動器控制信號接口-11三、步進驅動器與電機的接線-12四、傳感器原理-13第三節(jié) 網(wǎng)絡控制板A的PLC控制-143.1 工作原理-143.2 實現(xiàn)工作任務的思路分析-143.3 編程注意事項-14概述網(wǎng)絡控制板A實訓考核裝備由安裝在桌子實訓臺（長寬高=1400mm750mm770mm）上的精確步進運動控制的單元組成。其中，步進電動機、驅動器、PLC、傳感器技術是是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)應用較為廣泛的電氣控制技術。如圖所示網(wǎng)絡控制板A實物全貌：在該裝置的電源輸入部分，配有單相漏電保護開關，請務必在差拔通訊電纜及對接線要做修改時，切斷輸入電源，以免損壞元器件及造成不必要的人身傷害。本實驗裝置的執(zhí)行電壓由DC 24V開關電源提供，并連接到phoenix電源端子排，給各功率器件提供24V電源。特點與實訓項目控制板考核裝備一套半開放式的設備，通過對PLC的控制方案的控制，用戶在一定程度上可根據(jù)自己的需要即可自成一個獨立的控制系統(tǒng)。1、 步進電動機的精確定位步進電動機的精確定位是離不開步進驅動器的控制，通過對步進驅動器的細分數(shù)（由驅動器上的撥位開關的第1、2、3、4位設定）、輸出電流（由驅動器上撥位開關的第7、8、9、10位設定）設置，實現(xiàn)步進電動機轉速控制、啟?？刂?。2、 PLC的控制方案以其高抗干擾能力、高可靠性、且編程簡單而廣泛地應用。通過對PLC軟件的編程，實現(xiàn)控制板任何運動控制。PLC的內部主要有“輸入繼電器 （X）、輸出繼電器（Y）、輔助繼電器（M）、定時器（T）、計數(shù)器（C）、數(shù)據(jù)寄存器 ”組成。3、 傳感器應用技術在網(wǎng)絡控制板的運動中，通過傳感器對運動塊位置的檢測，在整個行程（左右限位之間）中，實現(xiàn)運動距離的控制。 4、在面板中，各接線端子均通過統(tǒng)一的接線端子排間接連接，并在每個端子上均標有其對應的連接端子號，方便老師和學生在實訓過程中查線和排線。利用網(wǎng)絡控制板可以完成的實訓任務：1. 自動檢測技術使用實訓2. 可編程控制器編程實訓3. 步進驅動器應用實訓4. 步進電動機應用實訓5. 自動控制技術教學與實訓6. 系統(tǒng)維護與故障檢測實訓技術參數(shù) 外形尺寸：700740 mm 輸入電壓：AC 220V 工作電壓：DC 24V 額定電流：3 A 環(huán)境溫度：-5-55(工作) -20-70(保存) 相對濕度: 35-85%(無冷凝) 第一節(jié) 網(wǎng)絡控制板A的基本結構1.1網(wǎng)絡控制板A的功能 CPU及其控制模塊是該裝置的核心部分，是學習和實驗的主要內容。 主要配置： FX2N-16MT的PLC、控制按鈕顯示盒、電源模塊、步進驅動等對象。如圖所示為控制單元實物的全貌。此網(wǎng)絡控制板A的主要組成可分兩大類：運動板（步進電機、滾珠絲桿、行程開關、電感傳感器、基架）與控制板（PLC、步進驅動器等）。通過對PLC的編程、設置驅動器的參數(shù)、傳感器的檢測，使電機的啟動和停止在人為的控制下。1.2 控制板的結構組成繼電器：用于步進運動軸運行出錯時，急停斷開。保險絲：保護電源輸出電流過大時，燒壞元件。電源模塊：為PLC、步進驅動器等提供24V電壓，PLC：裝置的核心部分，學習和應用PLC是這套實訓考核裝備重點。步進驅動器：設置步進電動機的電流和轉速端子排1：承PLC的所有I/O點，接各控制點“傳感器、按鈕的輸入點” 、“指示燈、步進驅動器的輸出點”端子排2：電源24V端子接入，通過端子排引出多口電源端子，滿足該實驗裝置對24V電源的需要。按鈕盒：按鈕盒是進行操作和控制的關鍵。各指示等均與PLC的輸出點相連，而 各按鈕則連接到了PLC的輸入點。急停按鈕在進行步進控制時，更可以起到保護 機構免受撞擊損壞。1.3 運動板的結構組成步進電機：采用步距角為1.8的兩相四線制電機滾珠絲桿：導程為4mm行程開關：運動塊的前后限，避免撞車，塤壞元件電感傳感器：檢測運動塊的復位、末端、中間位置如圖所示為電機與絲桿的連接：。 第二節(jié) 主要元件的工作原理一、步進驅動原理步進機構作為獨立的控制對象，不光可以使學生能掌握利用PLC驅動步進電機，通過設置的多個傳感器，更能讓學生學習和掌握運動控制的基本解決思路和控制技巧。步進電動機是一種把電脈沖轉換成角位移的電動機。用專用的驅動電源向步進電動機供給一系列的且有一定規(guī)律的電脈沖信號，每輸入一個電脈沖，步進電機就前進一步，其角位移與脈沖數(shù)成正比，電機轉速與脈沖頻率成正比，而且轉速和轉向與各相繞組的通電方式有關。根據(jù)勵磁方式的不同，步進電動機分為反應式、永磁式和感應子式（又叫混合式），而反應式步進電動機應用較多，下面以此為例來闡述步進電動機的原理。電機型號：23HS3002技術指標：工作環(huán)境：-25C +55C（溫度） 10 -85%不結露（濕度） 無腐蝕性、易燃易爆、導電性氣 體或液體、無金屬粉塵絕緣電阻：500V DC 100MW Min軸向間隙：0.1 - 0.3mm徑向跳動：0.02mm Max溫升：85C Max絕緣強度：B電氣技術數(shù)據(jù)：電機型號相數(shù)步距角相電流驅動最大相相重量空載啟動配套驅動器電壓靜轉矩電阻電感轉速23HS300221.83.0ADC(24-40)V0.88Nm1.13.4mH0.65kg450轉/分SH-2H057M說明：“空載啟動頻率/轉速”為實測值，測試條件：使用配套驅動器、額定相電流、推薦驅動 電壓、5細分狀態(tài)（此數(shù)據(jù)僅供參考）。力矩測試數(shù)據(jù)（僅供參考）測試電機型號:23HS3002 配套驅動器型 號: MS-2H057M配套驅動器型號: MS-2H057M測試條件驅動器電壓:DC40V,電流為額定電流1.6A,細分數(shù):5,步距角:0.36轉速30轉/分60轉/分120轉/分240轉/分360轉/分480轉/分600轉/分720轉/分轉矩1.28Nm1.20Nm1.12Nm1.0Nm0.78Nm0.66Nm0.48Nm0.41Nm電機接口：A+（紅線）、A-（綠線）、B+（黃線）、B-（藍線）。二、步進驅動器的工作原理驅動器型號：MS-3H057M 2.1 MS-3H057M驅動器主要功能電機每轉步數(shù)設定（細分數(shù)設定）該驅動器有16種步數(shù)（細分數(shù)）可選，由驅動器上的撥位開關的第1、2、3、4位設定，此16種步數(shù)基本涵蓋了用戶對電機步距的要求，步數(shù)設定必須在驅動器未加電或已加電但電機未運行時才有效驅動器輸出電流設定此型號驅動器都有16檔輸出電流可選，由驅動器上的撥位開關的第7、8、9、10位設定，驅動器輸出三相正弦電流給電機，電流大小以有效值標稱，MS-3H057M驅動器最大可提供5.2A的輸入電流，電流設定分辨率為0.3A，四位撥位開關的每一位在使能狀態(tài)（=1）代表一個電流值（見下表），在非使能狀態(tài)（=0）代表0，四位開關加在一起就是驅動器的輸出電流（有效值）。 一般設定方法是（3.9A為例）：從最高位（第7位）開始，第7位代表2.8A，因為3.9A2.8A，所以第7位應使能，置1。還剩3.9A-2.8A=1.1A未設置，第8位代表1.4A，因為1.1A1.4A，所以第8位應非使能，置0。依次類推，最后開關應設置為1011狀態(tài)，代表2.8+0.7+0.3=3.8A輸出電流，此例設定誤差0.1A。開關 在使能狀態(tài)（=1）時代表的電流（以最大電流為5.2A為例）第7位2.8A第8位1.4A第9位0.7A第10位0.3A控制信號方式設定此驅動器有2種控制信號方式可選，由驅動器上的撥位開關的第5位設定： CP/DIR方式： 電機的旋轉方向由DIR換向電平控制，而步進信號取決于CP。比如說，DIR為高電平時電機為順時針旋轉，DIR為低電平時電機則為反方向逆時針旋轉。此種換向方式，我們稱之為單脈沖方式。撥位開關的第5位設定在“0”位置；CW/CCW方式： 驅動器接受兩路脈沖信號（一般標注為CW和CCW），當其中一路（如CW）有脈沖信號時，電機正向運行，當另一路（如CCW）有脈沖信號時，電機反向運行,我們稱之為雙脈沖方式。撥位開關的第5位設定在“1”位置保護功能過溫保護、過流保護、欠壓保護、保護信號輸出2.2 MS-3H057M系列驅動器使用要求輸入電源若為直流供電，電壓誤差-15%-+15%，紋波5% ；若為交流供電，電壓誤差-30%-+10%，頻率為50/60Hz，使用AC220V供電時應采用隔離變壓器供電工作環(huán)境溫度：-10C45C；濕度：1085%不結露；無腐蝕性、易燃易爆、導電性氣體或液體； 接線控制線最好采用屏蔽線且與電機線或電源線等強電分開，特別注意：嚴格禁止在和接線端子相連的線頭上鍍錫！否則會引起接線端子發(fā)熱損壞，一般采用導線壓片或直接接入，驅動器上的PE端為接地保護端，在未隔離供電的情況下，驅動器和電機必須做接地保護（建議采用隔離變壓器供電） 驅動器接線示意圖2.3 MS-3H057M驅動器控制信號接口驅動器是把計算機控制系統(tǒng)提供的弱電信號放大為步進電機能夠接受的強電流信號，控制系統(tǒng)提供給驅動器的信號主要有以下三路：1 步進脈沖信號CP：這是最重要的一路信號，因為步進電機驅動器的原理就是要把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，或者說：驅動器每接受一個脈沖信號CP，就驅動步進電機旋轉一步距角， CP的頻率和步進電機的轉速成正比， CP的脈沖個數(shù)決定了步進電機旋轉的角度。這樣，控制系統(tǒng)通過脈沖信號CP就可以達到電機調速和定位的目的。2 方向電平信號DIR：此信號決定電機的旋轉方向。比如說，此信號為高電平時電機為順時針旋轉，此信號為低電平時電機則為反方向逆時針旋轉。此種換向方式，我們稱之為單脈沖方式。另外，還有一種雙脈沖換向方式：驅動器接受兩路脈沖信號（標注為CW和CCW），當其中一路（如CW）有脈沖信號時，電機正向運行，當另一路（如CCW）有脈沖信號時，電機反向運行。由撥位開關的第5位決定使用何種方式。3 使能信號EN：此信號在不連接時默認為有效狀態(tài)，這時驅動器正常工作。當此信號回路導通時，驅動器停止工作，這時電機處于無力矩狀態(tài)（等同于本公司SH系列驅動器的FREE信號），此信號為選用信號。為了使控制系統(tǒng)和驅動器能夠正常的通信，避免相互干擾，我們在驅動器內部采用光耦器件對輸入信號進行隔離，三路信號的內部接口電路相同，常用的連接方式為共陽方式：把CP+、DIR+和EN+接在一起作為共陽端接外部系統(tǒng)的+5V，脈沖信號接入CP-端，方向信號接入DIR-端，使能信號接入EN-端；共陰方式：把CP-、DIR-和EN-接在一起作為共陰端接外部系統(tǒng)的GND，脈沖信號接入CP+端，方向信號接入DIR+端，使能信號接入EN+端；差動方式：直接連接。步進電機的運行是由脈沖信號控制的，步進電機在脈沖信號的有效沿到來的時刻移動一個步距角，本驅動器的有效沿是指：脈沖信號電流由小到大的時刻，或者說脈沖電平由低到高的時刻，或者說是驅動器內部光耦由截止到打開的時刻?！痉?V輸入信號的限流方法】驅動器輸入信號的幅值為TTL電平，最大為5V，如果是則可直接接入；否則須在外部另加限流電阻R，保證給驅動器內部光耦提供8-15mA的驅動電流，參見下圖和下表。三、步進驅動器與電機的接線驅動器的輸入信號為CP+、CP-和DIR+、DIR-，參見下圖。在外部接成共陽方式：把CP+和DIR+接在一起作為共陽端，由電氣箱中PLC的Y0端子輸出脈沖信號，且由Y2的輸出與否切換電機的旋轉方向。脈沖信號接入CP-端，方向信號接入DIR-端。當CP+和DIR+輸入+24V時，在脈沖信號接入端CP-，方向信號接入端DIR-分別接入2K限流電阻（本模塊已在內部接入2K電阻）。分別把電機的A相、B相接入驅動器的A相、B相輸出端。 驅動器輸入信號接口圖 四、傳感器原理在運動控制部分里，三個電感傳感器是用來確定運動塊的運動位置和運動速度，三個電感傳感器之間保持一定的距離，用來檢測運動塊進入不同區(qū)域的運行速度和回原點。根據(jù)電感傳感器的制造原理和實驗表明：電感傳感器只能檢測金屬物體，且檢測距離比較短，但電感傳感器的運行非常穩(wěn)定，出現(xiàn)故障的概率較少。為實現(xiàn)對運動塊檢測，所以在運動塊身上安裝一個金屬物。電感傳感器的檢測是通過安裝在運動塊上的金屬，從而實現(xiàn)對運動塊運動位置的精確檢測。