PLC實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和調(diào)整控制

1、實(shí)訓(xùn)課題三 PLC實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、 掌握步進(jìn)電機(jī)的工作原理 2、 掌握帶驅(qū)動(dòng)電源的步進(jìn)電機(jī)的控制方法 3、 掌握 DECO 指令實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制的程序 二、 實(shí)訓(xùn)儀器和設(shè)備 1、 FX2N-48MR PLC 一臺(tái) 2、 兩相四拍帶驅(qū)動(dòng)電源的步進(jìn)電機(jī)一套 3、 正反切換開(kāi)關(guān)、起停開(kāi)關(guān)、增減速開(kāi)關(guān)各一個(gè) 三、 步進(jìn)電機(jī)工作原理 步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)， 它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移，即給一 個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，圖 3-1 是一個(gè)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)圖。 從圖中可以看出， 它分成轉(zhuǎn)子和定子兩部分。 定子是由硅鋼片疊成， 定子上有六

2、個(gè)磁極 （大極），每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極（N、S 極）組成一對(duì)。共有 3 對(duì)。每對(duì)磁極 都繞有同一繞組，也即形成 1 相，這樣三對(duì)磁極有 3 個(gè)繞組，形成三相?？梢缘?出，三相步進(jìn)電機(jī)有 3 對(duì)磁極、3 相繞組；四相步進(jìn)電機(jī)有 4 對(duì)磁極、四相繞組, 依此類推。 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力來(lái)自于電磁力。 在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)行推 動(dòng)到最大磁導(dǎo)率（或者最小磁阻）的位置，如圖 3-1（ a）所示，定子小齒與轉(zhuǎn)子 小齒對(duì)齊的位置，并處于平衡狀態(tài)。對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)某一相的磁極處 于最大導(dǎo)磁位置時(shí)，另外兩相相必處于非最大導(dǎo)磁位置，如圖 3-1 （b）所示，即 定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒不對(duì)齊的位置。 PA

3、/ - B5 3-I三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)用 把定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊的狀態(tài)稱為對(duì)齒，把定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒不對(duì)齊 的狀態(tài)稱為錯(cuò)齒。錯(cuò)齒的存在是步進(jìn)電機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)的前提條件， 所以，在步進(jìn)電 機(jī)的結(jié)構(gòu)中必須保證有錯(cuò)齒的存在， 也就是說(shuō)，當(dāng)某一相處于對(duì)齒狀態(tài)時(shí)，其它 繞組必須處于錯(cuò)齒狀態(tài)。 本實(shí)驗(yàn)的電機(jī)采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)， 其內(nèi)部上下是兩個(gè)磁鐵，中間是線 圈，通了直流電以后，就成了電磁鐵，被上下的磁鐵吸引后就產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn)。因?yàn)?中間連接的電磁鐵的兩根線不是直接連接的， 是采用在轉(zhuǎn)軸的位置用一根滑動(dòng)的 接觸片。這樣如果電磁鐵轉(zhuǎn)過(guò)了頭，原先連接電磁鐵的兩根線剛好就相反了， 所 以電磁鐵的 N 極 S

4、 極就和以前相反了。但是電機(jī)上下的磁鐵是不變的，所以又 可以繼續(xù)吸引中間的電磁鐵。當(dāng)電磁鐵繼續(xù)轉(zhuǎn)，由于慣性又轉(zhuǎn)過(guò)了頭，所以電極 又相反了。重復(fù)上述過(guò)程就步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)了。 根據(jù)這個(gè)原理，如圖 3-2 所示，兩相步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)步驟，以正轉(zhuǎn)為例： 由圖可見(jiàn)，現(xiàn)相異步電機(jī)正轉(zhuǎn)過(guò)程分為四個(gè)步驟，即 A 相正方向電流、B 相正方向電流、A 向反方向電流和 B 相反方向電流。反轉(zhuǎn)工作的順序與之相反。 A、B兩相線圈不是固定的電流方向，這與其它步進(jìn)電機(jī)的控制邏輯有所不同。 因此，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，必須考慮用換相的思路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)線路。 可以根據(jù)模 擬驅(qū)動(dòng)電路的功能和 pic 必須的邏輯關(guān)系進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 四、采用

5、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制方式 利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò) PLC 的高速輸出信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方 向、運(yùn)行速度、運(yùn)行步數(shù)等狀態(tài)。其中：步進(jìn)電機(jī)的方向控制，只需要通過(guò)控制 U/D 端的On 和 Off 就能決定電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；將光耦隔離的脈沖信號(hào)輸入到 CP 端就能決定步進(jìn)電機(jī)的速度和步數(shù)；控制 FREE 信號(hào)就能使電機(jī)處于自由狀 態(tài)。 因此 PLC 的控制程序相當(dāng)簡(jiǎn)單，只需通過(guò) PLC 的輸出就能控制步進(jìn)電機(jī)的 方向、轉(zhuǎn)速和步數(shù)。不必通過(guò) PLC 控制電機(jī)換相的邏輯關(guān)系，也不必另外添加 驅(qū)動(dòng)電路。實(shí)訓(xùn)面板見(jiàn)圖 3-4，梯形圖見(jiàn)圖 3-5。本程序是利用 D0 的變化，改變 TO 的定時(shí)間隔，從

6、而改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)兩個(gè)觸點(diǎn)比較指令使得 D0 只能 在 1050 之間變化，從3-2兩相步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)工作過(guò)程示童 而控制步進(jìn)間隔是 1S5S 之間，I/O 分配表見(jiàn)表 3-1。 表 3-1 I/O 分配表 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) X0 正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)方向 Y0 電機(jī)控制脈沖 X1 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) Y1 正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)運(yùn)行 X2 電機(jī)停止 X4 頻率增加 X5 頻率減少 圖 3-5 梯形圖XOIM 1B Tti* DO DO KM K50 1 C0M1 圖3-4 實(shí)訓(xùn)面板接銭 1&H H 五、采用 PLC 直接控制步進(jìn)電機(jī)方式 對(duì)于兩相步進(jìn)電機(jī)控制，根據(jù)其工作原理，必須考慮其換向的控制方式，因 此將其

7、步驟用代號(hào)分解，則為：實(shí)現(xiàn)電流方向 A+ -A-、實(shí)現(xiàn)電流方向 B+ f B-、實(shí)現(xiàn)電流方向 A- A+、實(shí)現(xiàn)電流方向 B- B+。如果反轉(zhuǎn)則按照、 、的順序控制。 PLC 的 I/O 分配表按照表 3-2,分配圖按照?qǐng)D 3-6，梯形圖見(jiàn)圖 3-7。 表 3-2 PLC 的 I/O 分配表 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) X0 正轉(zhuǎn)運(yùn)行 COM1 DC+12V X1 反轉(zhuǎn)運(yùn)行 Y0 A+ X2 自動(dòng)/手動(dòng) 丫1 B+ X3 單步運(yùn)行 Y2 A- X4 頻率增加 Y3 B- X5 頻率減少 COM2 DC+12V GND Y4 A- Y5 B- Y6 A+ Y7 B+ 圖3-6 I/O分配圖 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)

8、速控制的梯形圖如圖 3-7 所示，程序中采用積算定時(shí)器 T246為脈沖發(fā)生器，因系統(tǒng)配置的 PLC 為繼電器輸出類型，其通斷頻率過(guò)高有 可能損壞PLC，故設(shè)定范圍為 K200 ms1000ms,則步進(jìn)電機(jī)可獲得 110 步/ 秒的變速范圍，（X0 為 ON 時(shí)，正轉(zhuǎn)，X1 為 ON 時(shí)；反轉(zhuǎn)）。 X0 為 ON 時(shí)，輸出正脈沖列，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng) X0 為 ON 時(shí)，T246 以 D0 值為預(yù)置值開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)間到，T246 導(dǎo)通，執(zhí)行 DECO 指令，根據(jù) D1 數(shù)值（首 次為 0）,指定 M10 輸出，丫0、Y4 為 ON，步進(jìn)電機(jī) A 相通電，且實(shí)現(xiàn)電流方 向 A+ - A-; D1加 1

9、,然后，T246 馬上自行復(fù)位，重新計(jì)時(shí)，時(shí)間到，T246 又 導(dǎo)通，再執(zhí)行 DECO 指令，根據(jù) D1 數(shù)值（此次為 1），指定 M11 輸出，丫1、Y5 為 ON，步進(jìn)電機(jī) B 相通電，且實(shí)現(xiàn)電流方向 B+ -B-; D1 加 1, T246 馬上又自 行復(fù)位，重新計(jì)數(shù)，時(shí)間到，T246 又導(dǎo)通，再執(zhí)行 DECO 指令，根據(jù) D1 數(shù)值 （此次為 2），指定 M12 輸出，丫2、Y6為 ON，步進(jìn)電機(jī) A 相通電，且實(shí)現(xiàn)電 流方向 A-A+ ; D1 加 1, T246 馬上又自行復(fù)位， 重新計(jì)時(shí)， 時(shí)間到， T246 又 導(dǎo)通， 再執(zhí)行 DECO 命令， 根據(jù) D1 數(shù)值 （此次為 3）

10、 ，指定 M13 輸出，丫3、Y7 為 ON，步進(jìn)電機(jī) B 相通電，且實(shí)現(xiàn)電流方向 B-B+;當(dāng) M13為 ON , D1 復(fù)位， 重新開(kāi)始新一輪正脈沖系列的產(chǎn)生。 X1 為 ON 時(shí)，輸出反脈沖列，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng) X1 為 ON 時(shí)，T246 以 D0 值為預(yù)置值開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)間到，T246 導(dǎo)通，執(zhí)行 DECO 指令，根據(jù) D1 數(shù)值（首 次為 0）,指定 M10 輸出，丫3、Y7 為 ON，步進(jìn)電機(jī) B 相通電，且實(shí)現(xiàn)電流方 向 B-B+;依此類推，完成實(shí)現(xiàn) A 相反方向電流、B 相正方向電流、A 相正方 向電流三個(gè)脈沖列輸出；當(dāng) M13 為 ON , D1 復(fù)位，重新開(kāi)始新一輪正脈沖系

11、列 的產(chǎn)生。 當(dāng) X2 為 ON 時(shí)，程序由自動(dòng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)模式，當(dāng) X0 （X1 ）為 ON 時(shí)，每點(diǎn) 動(dòng)一次 X3，對(duì) D1 數(shù)值（首次為 0）力卩 1,分別指定 M10、M11、M12 及 M13 輸出，從而完成一輪正（反）脈沖系列的產(chǎn)生。 第 73 步中，當(dāng) X4 為 ON , M8012 為 ON , M4 為 ON，且 D0 當(dāng)前值K200, 由 D0即減 1。 六、 程序調(diào)試及執(zhí)行 調(diào)速時(shí)按 X4 或 X5 按鈕，觀察 D0 的變化，當(dāng)變化值為所需速度時(shí)釋放。 如動(dòng)作情況與控制要求一致表明程序正確，保存程序。如果發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行與 控制要求不符，應(yīng)仔細(xì)分析，找出原因，重新修改，直到程序與控制要求相符為 止。 七、 實(shí)訓(xùn)思考練習(xí)題 如果調(diào)速需經(jīng)常進(jìn)行，可將 D0 的內(nèi)容顯示出來(lái)，試設(shè)想方案，修改程序， 并實(shí)驗(yàn)。 1DA 伽一w- X(M& -HM- 圖 3-7 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制 程序說(shuō)明 1、 步驟 0,指定脈沖序列輸出順序移位值； 2、 當(dāng) X0 為 ON，輸出正脈沖序列，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) X1 為 ON,輸出負(fù)脈沖序列, 電機(jī)反轉(zhuǎn)； 3、 當(dāng) X2 為 ON，程序由自動(dòng)轉(zhuǎn)為