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1、.实训课题三实训课题三PLCPLC 实现步进电机正反转和调速控制实现步进电机正反转和调速控制一、实验目的一、实验目的1、掌握步进电机的工作原理2、掌握带驱动电源的步进电机的控制方法3、掌握 DECO 指令实现步进电机正反转和调速控制的程序二、实训仪器和设备二、实训仪器和设备1、FX2N-48MR PLC 一台2、两相四拍带驱动电源的步进电机一套3、正反切换开关、起停开关、增减速开关各一个三、步进电机工作原理三、步进电机工作原理步进电机是纯粹的数字控制电动机,它将电脉冲信号转换成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,图 3-1 是一个三相反应式步进电机结图。从图中可以看出,它分成转子
2、和定子两部分。定子是由硅钢片叠成,定子上有六个磁极大极,每两个相对的磁极N、S 极组成一对。共有 3 对。每对磁极都绕有同一绕组,也即形成 1 相,这样三对磁极有 3 个绕组,形成三相。 可以得出,三相步进电机有 3 对磁极、3 相绕组；四相步进电机有 4 对磁极、四相绕组,依此类推。反应式步进电动机的动力来自于电磁力。在电磁力的作用下 ,转子被强行推动到最大磁导率或者最小磁阻的位置,如图 3-1a 所示,定子小齿与转子小齿对齐的位置,并处于平衡状态。对三相异步电动机来说,当某一相的磁极处于最大导磁位置时,另外两相相必处于非最大导磁位置,如图 3-1 b 所示,即定子小齿与转子小齿不对齐的位置
3、。把定子小齿与转子小齿对齐的状态称为对齿 ,把定子小齿与转子小齿不对齐的状态称为错齿。错齿的存在是步进电机能够旋转的前提条件,所以,在步进电机的结构中必须保证有错齿的存在 ,也就是说,当某一相处于对齿状态时 ,其它绕组必须处于错齿状态。本实验的电机采用两相混合式步进电机,其内部上下是两个磁铁,中间是线圈,通了直流电以后,就成了电磁铁,被上下的磁铁吸引后就产生了偏转。因为中间连接的电磁铁的两根线不是直接连接的 ,是采用在转轴的位置用一根滑动的接触.片。这样如果电磁铁转过了头,原先连接电磁铁的两根线刚好就相反了,所以电磁铁的 N 极 S 极就和以前相反了。但是电机上下的磁铁是不变的,所以又可以继续
4、吸引中间的电磁铁。当电磁铁继续转,由于惯性又转过了头,所以电极又相反了。重复上述过程就步进电机转了。根据这个原理,如图 3-2 所示,两相步进电机的转动步骤,以正转为例：由图可见,现相异步电机正转过程分为四个步骤,即 A 相正方向电流、B 相正方向电流、A 向反方向电流和 B 相反方向电流。反转工作的顺序与之相反。A、B 两相线圈不是固定的电流方向,这与其它步进电机的控制逻辑有所不同。因此,控制步进电机转动时,必须考虑用换相的思路设计实验线路。可以根据模拟驱动电路的功能和 plc 必须的逻辑关系进行程序设计。四、采用步进电机驱动器的控制方式四、采用步进电机驱动器的控制方式利用步进电机驱动器可以
5、通过 PLC 的高速输出信号控制步进电机的运动方向、运行速度、运行步数等状态。其中：步进电机的方向控制 ,只需要通过控制U/D 端的 On 和 Off 就能决定电机的正转或反转；将光耦隔离的脉冲信号输入到CP 端就能决定步进电机的速度和步数；控制 FREE 信号就能使电机处于自由状态。因此PLC的控制程序相当简单,只需通过PLC的输出就能控制步进电机的方向、转速和步数。不必通过 PLC 控制电机换相的逻辑关系,也不必另外添加驱动电路。 实训面板见图 3-4,梯形图见图 3-5。 本程序是利用 D0 的变化,改变 T0 的定时间隔,从而改变步进电机的转速。通过两个触点比较指令使得 D0 只能在
6、1050 之间变化,从而控制步进间隔是 1S5S 之间,I/O 分配表见表 3-1。表 3-1I/O 分配表输入点输出点X0正转/反转方向Y0电机控制脉冲X1电机转动Y1正转/反转运行X2电机停止X4频率增加X5频率减少图 3-5梯形图五、采用五、采用 PLCPLC 直接控制步进电机方式直接控制步进电机方式对于两相步进电机控制 ,根据其工作原理,必须考虑其换向的控制方式 ,因此将其步骤用代号分解,则为：实现电流方向A+A-、实现电流方向B+B-、实现电流方向 A-A+、 实现电流方向 B-B+。 如果反转则按照、 、 、的顺序控制。PLC 的 I/O 分配表按照表 3-2,分配图按照图 3-6
7、,梯形图见图 3-7。表 3-2PLC 的 I/O 分配表输入点输出点X0正转运行COM1DC+12VX1反转运行Y0A+X2自动/手动Y1B+X3单步运行Y2A-X4频率增加Y3B-X5频率减少COM2DC+12VGNDY4A-.Y5B-Y6A+Y7B+步进电机正反转和调速控制的梯形图如图 3-7 所示,程序中采用积算定时器T246 为脉冲发生器,因系统配置的 PLC 为继电器输出类型,其通断频率过高有可能损坏 PLC,故设定范围为 K200 ms1000ms,则步进电机可获得 110 步/秒的变速范围,X0 为 ON 时,正转,X1 为 ON 时；反转。X0 为 ON 时,输出正脉冲列,步
8、进电机正转。 当 X0 为 ON 时,T246 以 D0 值为预置值开始计时,时间到,T246 导通,执行 DECO 指令,根据 D1 数值首次为 0,指定 M10 输出,Y0、Y4 为 ON,步进电机 A 相通电,且实现电流方向 A+A-；D1 加1,然后,T246 马上自行复位,重新计时,时间到,T246 又导通,再执行 DECO 指令,根据 D1 数值此次为 1,指定 M11 输出,Y1、Y5 为 ON,步进电机 B 相通电,且实现电流方向 B+B-；D1 加 1,T246 马上又自行复位,重新计数,时间到,T246 又导通,再执行 DECO 指令,根据 D1 数值此次为 2,指定 M1
9、2 输出,Y2、Y6 为 ON,步进电机 A 相通电,且实现电流方向 A-A+；D1 加 1,T246 马上又自行复位,重新计时,时间到,T246 又导通,再执行 DECO 命令,根据 D1 数值此次为3,指定 M13 输出,Y3、 Y7 为 ON,步进电机 B 相通电,且实现电流方向 B-B+； 当 M13 为 ON,D1复位,重新开始新一轮正脉冲系列的产生。X1 为 ON 时,输出反脉冲列,步进电机正转。 当 X1 为 ON 时,T246 以 D0 值为预置值开始计时,时间到,T246 导通,执行 DECO 指令,根据 D1 数值首次为 0,指定 M10 输出,Y3、Y7 为 ON,步进电
10、机 B 相通电,且实现电流方向 B-B+；依此类推,完成实现 A 相反方向电流、B 相正方向电流、A 相正方向电流三个脉冲列输出；当 M13 为 ON,D1 复位,重新开始新一轮正脉冲系列的产生。当 X2 为 ON 时,程序由自动转为手动模式,当 X0X1 为 ON 时,每点动一次X3,对 D1 数值首次为0 加 1,分别指定 M10、M11、M12 及 M13 输出,从而完成一轮正反脉冲系列的产生。第 73 步中,当 X4 为 ON,M8012 为 ON,M4 为 ON,且 D0 当前值K200,由 D0 即减1。六、程序调试及执行六、程序调试及执行调速时按 X4 或 X5 按钮,观察 D0
11、 的变化,当变化值为所需速度时释放。如动作情况与控制要求一致表明程序正确,保存程序。如果发现程序运行与控制要求不符,应仔细分析,找出原因,重新修改,直到程序与控制要求相符为止。七、实训思考练习题七、实训思考练习题如果调速需经常进行,可将 D0 的内容显示出来,试设想方案,修改程序,并实验。图 3-7步进电机正反转和调速控制程序说明程序说明1、步骤 0,指定脉冲序列输出顺序移位值；2、当 X0 为 ON,输出正脉冲序列,电机正转；当 X1 为 ON,输出负脉冲序列,电机反转；3、当 X2 为 ON,程序由自动转为手动模式,由 X3 状态单步触发电机运转；4、当 X4 为 ON,如 D0 小于 1000,每 100ms 对 D0 加 1,从而延长每脉冲输出的时间间隔,降低电机的转速；.5、当 X5 为 ON,如 D0 大于 200,每 100ms 对 D0 减 1,从而缩短每脉冲输出的时间间隔,加快电机的转速；6、T0 为频率调整限制。.
