第5講-PLC與步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制

1、第第5講講 PLC與步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制與步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制 一、運(yùn)動(dòng)小車裝置介紹一、運(yùn)動(dòng)小車裝置介紹二、運(yùn)動(dòng)控制與步進(jìn)電機(jī)二、運(yùn)動(dòng)控制與步進(jìn)電機(jī) 三、光柵尺三、光柵尺四、基于四、基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的小車自動(dòng)往返控制與步進(jìn)電機(jī)的小車自動(dòng)往返控制五、基于五、基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的位置閉環(huán)控制與步進(jìn)電機(jī)的位置閉環(huán)控制一、運(yùn)動(dòng)小車裝置介紹一、運(yùn)動(dòng)小車裝置介紹二、運(yùn)動(dòng)控制與步進(jìn)電機(jī)二、運(yùn)動(dòng)控制與步進(jìn)電機(jī) 1、運(yùn)動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)控制 （1）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)簡介 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是一門有關(guān)如何對(duì)物體位置和速度進(jìn)行精密控制的技術(shù)，典型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由三部分組成：控制部分、驅(qū)動(dòng)部分和執(zhí)行部分。 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝

2、置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)，加以放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比，控制步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)的頻率，可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，可以對(duì)電機(jī)精確定位。 （2）常用術(shù)語 步進(jìn)角：每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步進(jìn)角。步進(jìn)角的大小可直接影響電機(jī)的運(yùn)行精度。 整步：最基本的驅(qū)動(dòng)方式，這種驅(qū)動(dòng)方式的每個(gè)脈沖使電機(jī)移動(dòng)一個(gè)基本步矩角。例如：標(biāo)準(zhǔn)兩相電機(jī)的一圈共有200個(gè)步矩角，則整步驅(qū)動(dòng)方式下，每個(gè)脈沖使電機(jī)移動(dòng)1.8。 半步：在單相激磁時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸停至整步位置上，驅(qū)動(dòng)器收到下一個(gè)脈沖后，如給另一相激磁且保持原來相繼續(xù)處在激

3、磁狀態(tài)，則電機(jī)轉(zhuǎn)軸將移動(dòng)半個(gè)基本步矩角，停在相鄰兩個(gè)整步位置的中間。如此循環(huán)地對(duì)兩相線圈進(jìn)行單相然后兩相激磁，步進(jìn)電機(jī)將以每個(gè)脈沖半個(gè)基本步矩角的方式轉(zhuǎn)動(dòng)。 細(xì)分細(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：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)無關(guān)。2、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī) （1）步進(jìn)電機(jī)的選型 a、驅(qū)動(dòng)器的電流。電流是判斷驅(qū)動(dòng)器能力大小的依據(jù)，

4、是選擇驅(qū)動(dòng)器的重要指標(biāo)之一，通常驅(qū)動(dòng)器的最大額定電流要略大于電機(jī)的額定電流，通常驅(qū)動(dòng)器有2.0、35、6.0和8.0A。 b、驅(qū)動(dòng)器的供電電壓。供電電壓是判斷驅(qū)動(dòng)器升速能力的標(biāo)志，常規(guī)電壓供給有24V（DC）、40V（DC）、60V（DC）、80V（DC）、110V（AC）、220V（AC）等。 c、驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分。細(xì)分是控制精度的標(biāo)志，通過增大細(xì)分能改善精度。步進(jìn)電機(jī)都有低頻振蕩的特點(diǎn)，如果電機(jī)需要工作在低頻共振區(qū)工作，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器是很好的選擇。此外，細(xì)分和不細(xì)分相比，輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)各種電機(jī)都有不同程度的提升。（2）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器本系統(tǒng)中采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 YKA2404MC 細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，

5、其外形如圖所示。 （3）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的端子與接線（4）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分設(shè)定YKA2404MC步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器共有6個(gè)細(xì)分設(shè)定開關(guān)。 三、光柵尺三、光柵尺 光柵尺是用來檢測位移的元件，下面以型號(hào)為KA-300為例介紹光柵尺的使用。該光柵尺輸出信號(hào)為脈沖信號(hào)，通過PLC對(duì)該高速脈沖進(jìn)行高速計(jì)數(shù)即可實(shí)現(xiàn)位移的檢測。 KA-300光柵尺的參數(shù)，該光柵尺在物理位置上有三個(gè)Z相脈沖輸出點(diǎn)，相臨兩點(diǎn)的距離為50mm，Z相每發(fā)出一個(gè)脈沖，A相或B相就發(fā)出2500個(gè)脈沖。 可通過A相與B相的超前與滯后來分析物體運(yùn)行的方向。通過PLC對(duì)A相或B相的脈沖計(jì)數(shù)就可以計(jì)算出物體所在的位置。A相、B相正交脈沖與Z相脈

6、沖波形圖如圖所示，在該圖中，A相脈沖超前于B相脈沖。光柵尺與PLC按如圖進(jìn)行連接。 四、基于四、基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的小車自動(dòng)往返控制與步進(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

7、沖，Q0.1為OFF?？刂瞥绦蛉鐖D所示。項(xiàng)目二：運(yùn)動(dòng)小車自動(dòng)往返控制。項(xiàng)目二：運(yùn)動(dòng)小車自動(dòng)往返控制。 按下啟動(dòng)按鈕后，要求小車能自動(dòng)往返運(yùn)行。按下停止按鈕或碰到左右極限開關(guān)，小車自動(dòng)停止。 I/O分配如表示。設(shè)Q0.1為OFF時(shí)小車往左運(yùn)行，為ON時(shí)小車往右運(yùn)行。五、基于五、基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的位置閉環(huán)控制與步進(jìn)電機(jī)的位置閉環(huán)控制 用PLC的Q0.0向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出高速脈沖串，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)小車運(yùn)行。小車運(yùn)行軌跡上安裝有位移檢測的DA-300光柵尺，在軌道上安裝有左、右限位開關(guān)和原點(diǎn)開關(guān)，從原點(diǎn)至右行程限位開關(guān)距離小于光柵尺的測量距離。編程實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）按下回原點(diǎn)按鈕，小

8、車運(yùn)行至原點(diǎn)后停止，此時(shí)小車所處的位置坐標(biāo)為0。系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先必須找一次原點(diǎn)位置。（2）當(dāng)小車碰到左限位或右限位開關(guān)動(dòng)作時(shí)，小車應(yīng)立即停止。 （3）設(shè)定A位置對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值。按下啟動(dòng)按鈕，小車自動(dòng)運(yùn)行到A點(diǎn)后停止5s，再自動(dòng)返回到原點(diǎn)位置結(jié)束。運(yùn)行過程中若按停止按鈕則小車立即停止，運(yùn)行過程結(jié)束。 （4）用光柵尺來檢測小車位移。 （5）設(shè)小車的有效運(yùn)行軌道為200mm，原點(diǎn)位置坐標(biāo)為0點(diǎn)。 I/O分配及接線圖如圖所示。Q0.0輸出高速脈沖控制小車運(yùn)行速度，Q0.1控制小車的運(yùn)行方向。Q0.1為OFF時(shí)小車往左運(yùn)行，為ON時(shí)小車往右運(yùn)行。 分析：用A、B相正交高速計(jì)數(shù)器對(duì)光柵尺的A、B相輸出脈沖進(jìn)行高速計(jì)數(shù)。對(duì)高速計(jì)數(shù)器選擇4X計(jì)數(shù)速率。則高速計(jì)數(shù)器從0計(jì)數(shù)到10 000個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的位移變化為50mm，所以1mm對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)為200個(gè)。若設(shè)定A位置的坐標(biāo)值為60mm，則對(duì)應(yīng)的高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值為12 000。 設(shè)A點(diǎn)位置通過元件VD0設(shè)定，數(shù)據(jù)范圍為0200mm。按下啟動(dòng)按鈕，比較小車當(dāng)前所在位置和A點(diǎn)位置坐標(biāo)，若小車當(dāng)前所在位置大于A點(diǎn)位置坐標(biāo)，則控制小車向右運(yùn)行，運(yùn)行到兩個(gè)位置值相等時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷，使小車立即停止。若小車當(dāng)前所在位