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文檔簡介
BasicsOfMotionControlTechnology運動控制技術(shù)基礎(chǔ)項目11應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制背景描述
項目11
應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制在很多生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程中,常需要對電機的運行速度進行精確的控制,以保證在一定負載范圍內(nèi)電機的轉(zhuǎn)速可以精確穩(wěn)定在某個預(yù)期值。普通交流異步電機的變頻調(diào)速可以較為精確的改變旋轉(zhuǎn)磁場的速度,但由于轉(zhuǎn)差率的存在,電機的實際轉(zhuǎn)速很難滿足這一要求。從控制系統(tǒng)的角度出發(fā),我們可以在兩方面尋求解決辦法,一是采用適合進行速度控制、滿足速度精度的電機,二是采取合適的控制方式對電機進行滿足精度需求的控制。在一些應(yīng)用場合,步進電機不但能滿足一定精度和載荷的需求,還具有控制相對簡單,價格適宜等特點,不失為一種經(jīng)濟可行的有效選擇。示范實例:資訊
某設(shè)備的工件送料定位裝置采用三相步進電機驅(qū)動,電機型號為3S57Q-04079,配用的步進驅(qū)動器可實現(xiàn)400PPR(脈沖/轉(zhuǎn))的細分,要求步進電機能夠?qū)崿F(xiàn)正轉(zhuǎn)速度375RPM(轉(zhuǎn)/分鐘)和反轉(zhuǎn)速度300RPM。設(shè)備設(shè)有正轉(zhuǎn)啟動按鈕、反轉(zhuǎn)啟動按鈕以及停止按鈕。該設(shè)備采用S7-300PLC進行控制,步進電機、步進驅(qū)動器、控制電路按鈕、PLC等元器件已準備好,請根據(jù)控制要求完成以下任務(wù):1.確定I/O分配表;2.完成步進電機主電路及PLC-步進驅(qū)動器控制電路圖;3.完成步進電機主電路及PLC-步進驅(qū)動器控制電路連接;4.完成PLC程序編寫;5.完成PLC程序下載并控制步進電機運行。項目11
應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制示范實例:資訊
步進電機是一類較為特殊的電機,在電脈沖的控制下,步進電機可以在一定負載范圍內(nèi)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角的精確控制。改變步進電機繞組的通電脈沖的順序可以改變步進電機的旋轉(zhuǎn)方向;改變通電脈沖的頻率可以改變步進電機運行的速度;改變通電脈沖的數(shù)量可以改變步進電機旋轉(zhuǎn)的角度(位置),因此步進電機也被稱為脈沖馬達。步進電機的結(jié)構(gòu)特點是定子鐵芯的磁極上開有多個小齒,轉(zhuǎn)子鐵芯的圓周上也均布有很多小齒,當步進電機轉(zhuǎn)子鐵芯的某些小齒和定子鐵芯磁極對齊時,另外一些小齒與定子鐵芯磁極處于不對齊狀態(tài)。項目11
應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制示范實例:資訊
步進電機工作時,當某相定子繞組通電時會在其磁極連線上產(chǎn)生一個磁場,從而使得轉(zhuǎn)子鐵芯的小齒與該磁極下的小齒對齊;當另一相定子繞組通電時,轉(zhuǎn)子鐵芯的小齒會與新的這一相繞組磁極下的小齒對齊,轉(zhuǎn)子從而旋轉(zhuǎn)一個角度,稱為轉(zhuǎn)過了一步,這個角度稱為步距角。當按一定順序交替給各相定子繞組通電,則轉(zhuǎn)子鐵芯將不斷的和各相定子繞組產(chǎn)生的磁極對齊,進而形成連續(xù)的轉(zhuǎn)動。步進電機在每一次對齊的過程中都可能因為負載或制造的原因而導(dǎo)致不能完全對齊,但每一次對齊都是重新對齊,前一次的誤差并不能影響到后面的對齊,因此步進電機旋轉(zhuǎn)時不存在累積誤差,這保證了步進電機可持續(xù)準確地運行。步進電機按定子繞組數(shù)目通常分為二至五相,按轉(zhuǎn)子齒槽結(jié)構(gòu)和是否有永久磁鐵分為反應(yīng)式(變磁阻)、永磁式和混合式。項目11
應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制示范實例:資訊
步進電機需要專用的驅(qū)動器來獲取所需要的脈沖。步進驅(qū)動器主要包括兩個組成部分,一個是環(huán)形分配器,另一個是功率放大器。環(huán)形分配器的作用是根據(jù)指令脈沖和方向電平,按照步進電機繞組的通電序列為各相繞組分配對應(yīng)的控制脈沖,各相繞組的控制脈沖僅存在相位差,其余波形頻率都完全一致。環(huán)形分配器既可硬件實現(xiàn),也可以軟件實現(xiàn)。步進電機各相繞組的控制脈沖控制步進電機驅(qū)動器中功率開關(guān)管的通斷,從而使繞組獲得所需的電流。根據(jù)功率放大電路的不同,可分為單電壓源功率放大、高低壓功率放大和恒流斬波功率放大等驅(qū)動方式。相對來說,恒流斬波方式具有較好的驅(qū)動性能。項目11
應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制示范實例:資訊
常規(guī)上步進電機的步距角是由步進電機的結(jié)構(gòu)和通電節(jié)拍來決定的。為了更進一步改善步進電機的綜合使用性能,步進電機的細分驅(qū)動技術(shù)已得到充分的發(fā)展和廣泛地使用。細分驅(qū)動控制技術(shù)通過控制步進電機各相繞組中的電流按一定的規(guī)律上升或下降,把傳統(tǒng)的方波變換為從零電流到最大電流之間具有多個中間電流穩(wěn)態(tài)的階梯波,合成磁場的方向相應(yīng)的也存在多個穩(wěn)定的中間狀態(tài),相當于把原來的步距劃分為了更多的等分。細分驅(qū)動的合成磁場的幅值決定了步進電機旋轉(zhuǎn)力矩的大小,合成磁場矢量的方向決定了細分后步距角的大小。細分驅(qū)動技術(shù)進一步提高了步進電機轉(zhuǎn)角精度和運行平穩(wěn)性。使用細分驅(qū)動技術(shù)的步進電機其工作步距由細分方式?jīng)Q定,與電機固有的步距角沒有直接關(guān)系。項目11
應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制示范實例:計劃
序號項目內(nèi)容時間人員1編制I/O分配表確定所需要的I/O點數(shù)并分配具體用途,編制I/O分配表(需提交)5分鐘全體人員2繪制步進電機主電路及PLC-步進驅(qū)動器控制電路圖根據(jù)I/O分配表繪制步進電機主電路及PLC-步進驅(qū)動器控制電路圖20分鐘全體人員3連接步進電機主電路及PLC-步進驅(qū)動器控制電路根據(jù)電路圖完成步進電機主電路及PLC-步進驅(qū)動器控制電路連接15分鐘全體人員4設(shè)置步進驅(qū)動器根據(jù)控制要求設(shè)置步進驅(qū)動器5分鐘全體人員5編寫步進電機速度控制PLC程序根據(jù)控制要求編寫步進電機速度控制PLC程序25分鐘全體人員6下載PLC程序運行把控制程序下載到PLC,實現(xiàn)步進電機的速度控制10分鐘全體人員項目11
應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制示范實例:決策
按照工作計劃表,項目小組全體成員共同確定I/O分配表,然后按兩個小組分別實施系統(tǒng)硬件裝調(diào)、參數(shù)設(shè)置和程序編寫,共同進行調(diào)試運行,合作完成任務(wù)并提交任務(wù)評價表。項目11
應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制示范實例:實施
(一)編制I/O分配表(二)繪制步進電機主電路及PLC-步進驅(qū)動器控制電路圖(三)連接步進電機主電路及PLC-步進驅(qū)動器控制電路(四)步進驅(qū)動器設(shè)置(五)編寫PLC程序1.S7-300PLC高速脈沖輸出的硬件組態(tài)與編程地址2.正反轉(zhuǎn)控制程序3.速度信號控制程序(六)下載PLC程序運行項目11
應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制示范實例:檢查
項目分值評分標準檢查情況得分編制I/O分配表101.所有輸入地址編排合理,節(jié)約硬件資源,元件符號與元件作用說明完整,5分;2.所有輸出地址編排合理,節(jié)約硬件資源,元件符號與元件作用說明完整,5分。
繪制步進電機主電路及PLC-步進驅(qū)動器控制電路圖101.電路圖元件齊全,標注正確,5分;2.電路功能完整,布局合理,5分。
連接步進電機主電路及PLC-步進驅(qū)動器控制電路101.安全違章扣10分;2.安裝不達標一項扣2分。
設(shè)置步進驅(qū)動器10能根據(jù)控制需要正確設(shè)置驅(qū)動器。
編寫步進電機速度控制PLC程序501.功能正確,程序段合理,30分;2.符號表正確完整,10分;3.絕對地址、符號地址顯示正確,程序段注釋合理,10分。
下載PLC程序運行101.程序下載正確,PLC指示燈正常,5分;2.程序運行操作正確,能實現(xiàn)預(yù)定功能,5分。合計100
項目11
應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制示范實例:評價
表11-5應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機的速度控制項目自評表
簽名:日期:11-6應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機的速度控制項目他評表
簽名:日期:項目11
應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制實踐練習
某設(shè)備的工件進給裝置采用兩相步進電機驅(qū)動,電機型號為2S86Q-051F6,配用的步進驅(qū)動器可實現(xiàn)200PPR(脈沖/轉(zhuǎn))的細分,要求步進電機能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn),可分別運行在750RPM(轉(zhuǎn)/分鐘)和600RPM兩種速度下。設(shè)備設(shè)有正轉(zhuǎn)啟動按鈕、反轉(zhuǎn)啟動按鈕、速度選擇按鈕以及停止按鈕。該設(shè)備采用S7-300PLC進行控制,步進電機、步進驅(qū)動器、控制電路按鈕、PLC等元器件已準備好,請根據(jù)控制要求完成以下任務(wù):1.確定I/O分配表;2.完成步進電機主電路及PLC-步進驅(qū)動器控制電路圖;3.完成步進電機主電路及PLC-步進驅(qū)動器控制電路連接;4.完成PLC程序編寫;5.完成PLC程序下載并控制步進電機運行。項目11
應(yīng)用PLC脈寬調(diào)制功能實現(xiàn)步進電機速度控制擴展提升
某設(shè)備的工件傳送轉(zhuǎn)盤采用兩相步進電機驅(qū)動,電機型號為2S86Q-4580,配用的步進驅(qū)動器可實現(xiàn)400PPR(脈沖/轉(zhuǎn))的細分,要求步進電機能夠自動實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切換,正轉(zhuǎn)速度為300RPM(轉(zhuǎn)/分鐘),運行25秒停止5秒,然后反轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)速度375RPM,運行20秒停止5秒,然后正轉(zhuǎn),按下停止按鈕電機停止運行。設(shè)備設(shè)有正轉(zhuǎn)啟動按鈕、反轉(zhuǎn)啟動按鈕以及停止按鈕。該設(shè)備采用S7-
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