步進電機運動的控制系統(tǒng)

1、(2010 年 8 月 8 日) 目錄一、步進電機工作原理. 11. 步進電機簡介. 12. 步進電機的運轉(zhuǎn)原理及結構. 13. 旋轉(zhuǎn) . 14. 步進電動機的特征. 21)運轉(zhuǎn)需要的三要素：控制器、驅(qū)動器、步進電動機. 22)運轉(zhuǎn)量與脈沖數(shù)的比例關系. 23)運轉(zhuǎn)速度與脈沖速度的比例關系. 3二、西門子s7-200 cpu 224 xp cn . 3三、三相異步電動機df3a驅(qū)動器 . 31. 產(chǎn)品特點 . 32. 主要技術參數(shù). 3四、 plc與步進電機驅(qū)動器接口原理圖. 5五、 plc控制實例的流程圖及梯形圖. 61. 控制要求 . 62. 流程圖 . 63. 梯形圖 . 7六、參考文獻

2、 . 9七、控制系統(tǒng)設計總結. 91 基于 plc的步進電機運動控制系統(tǒng)設計一、 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）?？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(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。 這一線性關系的存在， 加上步進電機只有周期性的誤差而

3、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 、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(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 ，此時齒 3 與 c偏移為 1/3 ，齒 4 與

4、 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(zhuǎn)子又向右移過1/3 ，此時齒 4 與 a偏移為 1/3 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 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，2 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 , 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)指標術語拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)

5、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)過的角位移用表示。 =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=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(zhuǎn)需要的三要素：控制器、驅(qū)動器、步進電動機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?/p>

6、脈沖產(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)的比例關系驅(qū)動器步進電機提供電力脈沖信號控制器3 3) 運轉(zhuǎn)速度與脈沖速度的比例關系二、 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、

7、 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(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

8、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(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 3a10a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)4 驅(qū)動器型號df3a-03 df3a-04 df3a-05 df3a-06 df3a-08 df3a-10 適配電機90bf- 110bc380b 130bc380c 130bc380d 110bc380c 130bc380e 輸入電源ac110v -15%+10% 50/60hz3a(max) ac220v -15%

9、 +10% 50/60hz 3a(max) 輸出相電流（a）3a 4a 5a 6a 8a 10a 電機最高轉(zhuǎn)速不低于 1300rpm 工作環(huán)境045 10% 85%rh 、不結露。無腐蝕性、易燃、易爆、導電性氣體、液體和粉塵。保存環(huán)境- 2080 10%85%rh 、不結露。驅(qū)動方式單高壓恒流斬波半橋方式細分選擇4 位 dip 開關上電前設定 1/5/10/20細分。輸入脈沖方式單脈沖方式： cp+dir （脈沖 +方向）；雙脈沖方式： cw+ccw（正轉(zhuǎn)脈沖 +反轉(zhuǎn)脈沖）。脈沖頻率不大于 250khz （20 細分時）脈沖寬度不小于 1 s 換向間 不小于 10 s 5 四、 plc與步進電

10、機驅(qū)動器接口原理圖隔使能輸入free 信號有效時驅(qū)動器有電流輸出、電機受控。輸入信號電平5v、3ma 10ma ，12v時串入 1k電阻， 24v時串入 2.2k 電阻。輸入回路有電流時輸入有效。初始相位輸出信號b相為上電初始輸出相位，僅b相輸出有效時 ph.out 輸出(npn型 oc) 有效:與 out.com 接通, 吸入電流不大于 6ma電流, 負載電壓不大于 24v。保護功能過流、短路保護；過熱保護；欠壓保護。報警輸出free 無效或過流短路過熱欠壓保護時，alm輸出（ npn 型 oc ）無效。free 有效、無報警時， alm與 out.com 接通, 吸入電流不大于100ma

11、，負載電壓不大于 24v 。狀態(tài)指示綠色 led：h.power( 電源指示 ) a.phase/b.phase/c.phase( 相電流指示 ) 紅色 led：alarm （報警指示，保護有效時亮）6 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)所有換擋均需要在電機停止時進行2.流程圖i0.5（高速）i0.5（低速）i0.4（關）i0.4（開）啟動使能信號選擇方向速 度 及 控 制 步數(shù)pls 脈沖輸入7 3.梯形圖8 9 六、 控制系統(tǒng)設計總結這次二十來天的學習和實際，是我們一次較全面，較深刻的對plc知識的綜合運用，通過這次學習， 使得我們對 plc有了一個較為系統(tǒng)全面的認識，加深了對所學知識的理解和運用， 將原來看來比較抽象的內(nèi)容實現(xiàn)了具體化，初步掊養(yǎng)了我們理論聯(lián)系實際的設計思想，訓練了綜合運用相關課程的理論，結合生產(chǎn)實際分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、加深和擴展了有關plc關于工業(yè)控制方面的知識。通過制訂設計方案， 合理選擇程序設計， 以及針對學習中出現(xiàn)的問題查閱資料， 大大擴展了我們的知識面， 培養(yǎng)了我們在本學科方面的興趣及實際動手能力，對將來我們在此方面的發(fā)展起了一個重要的作用。