西門子PLC步進電機的直接控制(論文 CAD圖紙全套)

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1、 畢業(yè)設(shè)計〔論文〕 院 系： XX學(xué)院 姓 名： 專 業(yè)： 機械設(shè)計 學(xué) 號： 4200209320XXX 指導(dǎo)教師： XX老師 XX大學(xué)X學(xué)院 2021年9月 畢業(yè)設(shè)計〔論文〕任務(wù)書 〔應(yīng)由學(xué)生本人按指導(dǎo)教師下達地任務(wù)認真謄寫〕 姓名 專業(yè) 機械設(shè)計 指導(dǎo)教師 XXX 學(xué)號 4200209320214 入學(xué)時間 2021.09 網(wǎng)站〔院系〕 機械學(xué)院 一.課題

2、名稱 二.課題內(nèi)容 三.課題任務(wù)要求 四.同組設(shè)計者 五.主要參考文獻 1 陳紹龍,劉懷平.從選粉濃度解讀高效轉(zhuǎn)子選粉機技術(shù)：[文獻],鹽城：科行建材環(huán)保公司,2004 2 許林發(fā).建筑材料機械設(shè)計〔一〕.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1990 3 潘孝良.硅酸鹽工業(yè)機械過程及設(shè)備.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1993 4 葉達森.粉碎與制成.北京：中國建筑工業(yè)出版社,1992 5 .北京：中國建筑工業(yè)出版社, 6 朱昆泉,許林發(fā).建材機械工程手冊.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社, 7 楮瑞卿.建材通用機械與設(shè)備.武漢：武漢工業(yè)大

3、學(xué)出版社, 8 方景光.粉磨工藝及設(shè)備.武漢：武漢理工大學(xué)出版社, 9 .修理及典型實例分析.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社, 地,1999〔1〕：19 11 徐灝.機械設(shè)計手冊.3.第2版.北京：機械工業(yè)出版社, 12 胡宗午,徐履冰,石來德.非標(biāo)準(zhǔn)機械設(shè)備設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社, 13 成大先.機械設(shè)計手冊.2.第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 14 成大先.機械設(shè)計手冊.3.第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 15 成大先.機械設(shè)計手冊.4.第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 16 數(shù)字化手冊編委會.機械設(shè)計手冊(軟件版)R2.0.機械工業(yè)出

4、版社, 17 陳秀寧..浙江：浙江大學(xué)出版社,2002 18 武漢建筑材料工業(yè)學(xué)院等學(xué)校.建筑材料機械及設(shè)備.北京：中國建筑工業(yè)出版社,1980 19 徐錦康.機械設(shè)計.第2版.北京：機械工業(yè)出版社,2002 20 吳一善主編.粉碎學(xué)概論.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1993 21 沈世德.機械原理.北京：機械工業(yè)出版社,2002 指導(dǎo)教師簽字 教研室主任簽字 年 月 日 〔此任務(wù)書裝訂時放在畢業(yè)設(shè)計報告第一頁〕 目 錄

5、 摘 要 III ABSTRACT IV 第一章 緒 論 1 引言 1 第二章 方案論證比擬設(shè)計 3 技術(shù)地開展概述 3 技術(shù)在步進電機控制中地開展?fàn)顩r 4 步進電機地開展?fàn)顩r 5 2.4 步進電機地工作原理 7 步進電機地控制和驅(qū)動方法簡介 8 第三章 步進電機工作方式地選擇 9 常見地步進電機地工作方式 9 控制步進電機換向順序 10 控制步進電機地轉(zhuǎn)向 10 控制步進電機地速度 10 西門子PLC控制步進電機地設(shè)計思路 10 步進電機控制方式 11 西門子PLC控制步進電機 12 畢業(yè)設(shè)計任務(wù) 14 第四章 S7—200直接控制步進

6、電機硬件設(shè)計 15 4.1s7—200地介紹 15 性能 17 西門子 PLC 應(yīng)用中需要注意地問題 18 控制系統(tǒng)中干擾及其來源 18 主要抗干擾措施 19 I/O 端地接線 19 正確選擇接地點以完善接地系統(tǒng) 20 步進電機地具體控制原理 20 4.3 步進電機地選擇 21 4.4 步進電機驅(qū)動電路設(shè)計 21 功率放大器件驅(qū)動電機 21 4.4.2 PLC直接驅(qū)動電機 25 第五章 控制系統(tǒng)地軟件設(shè)計 27 控制脈沖地產(chǎn)生 27 步進電機地旋轉(zhuǎn)方向和時序脈沖地關(guān)系 29 5.3 步數(shù)地確定 29 定位控制 30 步進電機地變速控制 31 第六章 本

7、設(shè)計相關(guān)控制簡介 35 初始化 35 6.2 設(shè)置和取消參考點 35 定位控制 35 選擇旋轉(zhuǎn)方向 36 起動電機 36 停止電機 36 聯(lián)鎖 37 硬件接口定義 37 第七章 設(shè)計總結(jié) 38 參考文獻 39 致 謝 40 附錄 41 摘 要 本文根據(jù)傳統(tǒng)步進電機控制中地缺乏和缺點,將PLC直接控制技術(shù)運用于步進電機地控制.該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)控制技術(shù)中地各局部硬件地設(shè)計.選型.接口匹配往往要花費設(shè)計者一很大地精力和勞動,接口信號地匹配以及各器件地質(zhì)量等對整個系統(tǒng)地可靠性影響很大等缺點. 本文

8、根據(jù)PLC控制步進電機地控制特點及其原理,把軟件控制和硬件電路互相結(jié)合起來,形成整體地控制,有效地克服了它們地缺點而發(fā)揮了它們地優(yōu)勢.本文詳細闡述了該系統(tǒng)中PLC〔西門子〕直接控制步進電機地實現(xiàn)方法.系統(tǒng)地各部件地組成.各部件地連接情況. ? 關(guān)鍵字:西門子PLC；步進電機調(diào)速； 步進電機； ABSTRACT This text treads to control into the electrical engineering according to the tradition medium of shortage and weakness, control PLC

9、 directly technique usage in tread into the control of electrical engineering. That system solved a tradition a control a technique in of the design of each parts of hard wares, choose a type and connect to match to usually need to cost a design one very big energy and labor, connect message number

10、 to match and the quality of each spare part wait to the whole system of the credibility influence to wait weakness very greatly This text treads into control characteristics and its principle of electrical engineering according to the PLC control, combining together with each other the software co

11、ntrol and the hardware electric circuit, becoming a whole control, overcoming their weakness but developing their advantages effectively. This text elaborated that system in detail to tread and carry out each parts of the method, system and constitute into the electrical engineering in the PLC (Siem

12、ens) direct control, the conjunction circumstance of each parts. KEY WORDS：Siemens PLC; Tread into the electrical engineering adjust soon; Tread into the electrical engineering. 第一章 緒 論 近年來,在國際上出現(xiàn)

13、了Mechanics和electronics復(fù)合成Mechtronics這個新詞,我國譯為“機電一體化〞.這種機械和電子技術(shù).信息技術(shù)緊密結(jié)合地新地學(xué)科領(lǐng)域是先進制造技術(shù)研究和普及地結(jié)果.機電一體化產(chǎn)品要實現(xiàn)電器控制地實時性.高可靠性.可編程和一定地人工智能.同時追求體積小.價格低,甚至低功耗等.正是針對上述種種要求而設(shè)計地PLC自然成為機電一體化控制器地較佳選擇. 步進電動機上個世紀就出現(xiàn)了,它地組成.動作原理和今天地反響式步進電動機沒有什么本質(zhì)區(qū)別,也是依靠氣隙間地磁導(dǎo)變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩.80年代以后,由于廉價地微型計算機以多功能地姿態(tài)出現(xiàn),步進電動機地控制方式變得更加靈活多樣.原來地步

14、進電機控制系統(tǒng)采用分立元件或者集成電路組成地控制回路,不僅調(diào)試安裝復(fù)雜,要消耗大量元器件,而且一旦定型之后,要改變控制方案就一定要重新設(shè)計電路,不利于系統(tǒng)地改良升級.基于微型計算機地控制系統(tǒng)那么通過軟件來控制步進電機,能夠更好地發(fā)揮步進電機地潛力,因此,用微型計算機控制步進電機已經(jīng)成為了一種必然地趨勢,也符合數(shù)字化地時代開展要求.步進電機控制技術(shù)和普通電動機控制技術(shù)地不同之處是步進電機接受脈沖信號地控制.早期地步進電機靠一種叫環(huán)形分配器地電子開關(guān)器件,通過功率放大器使勵磁繞組按照順序輪流接通直流電源. 由于勵磁繞組在空間中按一定地規(guī)律排列,輪流與直流電源接通后,就會在間隙中形成一種階躍變化地

15、旋轉(zhuǎn)磁場,使轉(zhuǎn)子步進式地轉(zhuǎn)動,隨著接通切換頻率地增高,轉(zhuǎn)速就會增大.步進電機地旋轉(zhuǎn)同時與相數(shù).分配數(shù).轉(zhuǎn)子齒輪數(shù)有關(guān),現(xiàn)在比擬常用地步進電機包括反響式步進電機.永磁式步進電機.混合式步進電機和單相式步進電機等. 步進電機廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐地各個領(lǐng)域.它最大地應(yīng)用是在使用數(shù)控機床地生產(chǎn)制造中,因為步進電機不需要A/D轉(zhuǎn)換,能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移,所以被認為是理想地數(shù)控機床地執(zhí)行元件.早期地步進電機輸出轉(zhuǎn)矩比擬小,無法滿足需要,在使用中和液壓扭矩放大器一同組成液壓脈沖馬達.隨著步進電動機技術(shù)地開展,步進電動機已經(jīng)能夠單獨在系統(tǒng)上進行使用,成為了不可替代地執(zhí)行元件.比方步進電動機用作

16、數(shù)控銑床進給伺服機構(gòu)地驅(qū)動電動機,在這個應(yīng)用中,步進電動機可以同時完成兩個工作,其一是傳遞轉(zhuǎn)矩,其二是傳遞信息.步進電機也可以作為數(shù)控蝸桿砂輪磨邊機同步系統(tǒng)地驅(qū)動電動機.除了在數(shù)控機床上地應(yīng)用,步進電機也應(yīng)用在其他方面,比方作為自動送料機中地馬達,作為通用地軟盤驅(qū)動器地馬達,也可以應(yīng)用在打印機和繪圖儀中等等. 微電子技術(shù)地飛速開展,帶動了機械加工技術(shù)地飛速開展.而在其開展過程中,最顯著地特點是機械制造將越來越密切地依賴于電子技術(shù).檢測技術(shù).自動控制技術(shù).計算機技術(shù).系統(tǒng)論.信息論等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù). 傳統(tǒng)地步進電機控制方式由控制器產(chǎn)生控制指令,環(huán)形分配器根據(jù)指令將輸入地單一脈沖串,按土作方式和

17、轉(zhuǎn)向分別依次向連接到步進電機各相繞組地功率放大器分配脈沖,以便形成旋轉(zhuǎn)磁場.這種方式地各局部硬件地設(shè)計.選型.接口匹配往往要花費設(shè)計者一很大地精力.接口信號地匹配以及兒器件地質(zhì)量等對整個系統(tǒng)地可靠性影響很大.現(xiàn)代控制系統(tǒng)中,PLC作為一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域地控制器,它地功能越來越強,性能越來越先進.為了配合步進電機地控制,許多PLC都內(nèi)置了脈沖輸出功能,并設(shè)置了相應(yīng)地控制指令,可以很好地對步進電機進行直接控制.這種控制方式地優(yōu)點是：大大減少系統(tǒng)設(shè)計地工作量,不存在各局部接口信號地匹配問題,提高系統(tǒng)地可靠性.整個控制系統(tǒng)由PLC和步進電機組成.PLC具有實時刷新技術(shù),輸出信號地頻率可以到達

18、數(shù)千赫茲或更高,使得脈沖分配能有很高地分配速度,充分利用步進電機地速度響應(yīng)能力,提高整個系統(tǒng)地快速性.并且,PLC有采用大功率晶體管地輸出端口,能夠滿足步進電機各相繞組數(shù)10V級脈沖電壓.1A級脈沖電流地驅(qū)動要求. 第二章 方案論證比擬設(shè)計 地開展概述 可編程控制器(簡稱 PLC) 是種數(shù)字運算操作地電子系統(tǒng) ,是在20 世紀 60 年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學(xué)家首先研制成功地.它采用可編程序地存儲器 ,其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算.順序控制.計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令 ,并通過數(shù)字地.模擬地輸入和輸出 ,控各種類型地機械或生產(chǎn)過程.可編程序控制器

19、及其有關(guān)設(shè)備 ,都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體.易于擴充其功能地原那么設(shè)計地.PLC 自產(chǎn)生至今只有 30 多年地歷史 ,卻得到了迅速開展和廣泛應(yīng)用 ,成為當(dāng)代工業(yè)自動化地主要支柱之一.　產(chǎn)生和開展過程現(xiàn)代社會要求生產(chǎn)廠家對市場地需求做出迅速地反響 ,生產(chǎn)出小批量.多品種.多規(guī)格.低本錢和高質(zhì)量地產(chǎn)品.老式地繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求 ,迫使人們?nèi)ふ乙环N新地控制裝置取而代之. PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制地計算機,其硬件結(jié)構(gòu)根本上與微型計算機相同, 　　1.中央處理單元(CPU)是PLC地控制中樞.它按照PLC系統(tǒng)程序賦予地功能接收并存儲從編程器鍵入地用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源.

20、存儲器.I/O以及警戒定時器地狀態(tài),并能診斷用戶程序中地語法錯誤.當(dāng)PLC投入運行時,首先它以掃描地方式接收現(xiàn)場各輸入裝置地狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別存入I/O映象區(qū),然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序,經(jīng)過命令解釋后按指令地規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算地結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)存放器內(nèi).等所有地用戶程序執(zhí)行完畢之后,最后將I/O映象區(qū)地各輸出狀態(tài)或輸出存放器內(nèi)地數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)地輸出裝置,如此循環(huán)運行,直到停止運行.? 　　為了進一步提高PLC地可靠性,近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng),或采用三CPU地表決式系統(tǒng).這樣,即使某個CPU出現(xiàn)故障,整個系統(tǒng)仍能正常運行. 　　2.存儲器存放

21、系統(tǒng)軟件地存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器.存放應(yīng)用軟件地存儲器稱為用戶程序存儲器. 地開展?fàn)顩r 隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)地開展,可編程序控制器有了突飛猛進地開展,其功能已遠遠超出了邏輯控制.順序控制地范圍.繼續(xù)沿著小型化地方向開展.隨著電動機本身應(yīng)用領(lǐng)域地拓寬以及各類整機地不斷小型化,要求與之配套地電動機也必須越來越小.對電動機進行綜合設(shè)計.即把轉(zhuǎn)子位置傳感器, 減速齒輪等和電動機本體綜合設(shè)計在一起, 這樣使其能方便地組成一個閉環(huán)系統(tǒng), 因而具有更加優(yōu)越地控制性.向五相和三相電動機方向開展,目前廣泛應(yīng)用地二相和四相電動機,其振動和噪聲較大,而五相和三相電動機具有優(yōu)勢性.而就這兩種電動機

22、而言,五相電動機地驅(qū)動電路比三相電動機復(fù)雜,因此三相電動機系統(tǒng)地性能價格比要比五相電動機更好一些. 目前利用可編程序控制器〔即 P L C 技術(shù)〕可以方便地實現(xiàn)對電機速度和位置地控制,方便地進行各種步進電機地操作,完成各種復(fù)雜地工作,它代表了先進地工業(yè)自動化革命,加速了機電一體化地實現(xiàn). 用PLC對步進電機也具有良好地控制能力,利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能,現(xiàn)對步進電機地控制. 步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移地執(zhí)行元件,每當(dāng)對其施加一個電脈沖時,其輸出軸便轉(zhuǎn)過一個固定地角度.步進電機地輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比,其轉(zhuǎn)速與單位時間內(nèi)輸入地脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成

23、正比,其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進電機地各相繞組地相序有關(guān).所以只要控制指令脈沖地數(shù)量.頻率及電機繞組通電地相序,便可控制步進電機地輸出位移量.速度和轉(zhuǎn)向.PLC直接控制步進電機系統(tǒng)由PLC和步進電機組成,PLC具有實時刷新技術(shù),輸出信號地頻率可以到達數(shù)千赫茲或更高,使得脈沖分配能有很高地分配速度,充分利用步進電機地速度響應(yīng)能力,提高整個系統(tǒng)地快速性.并且,PLC有采用大功率晶體管地輸出端口,能夠滿足步進電機各相繞組數(shù)10V級脈沖電壓.1A級脈沖電流地驅(qū)動要求. 有以上步進電機地工作原理以及工作方式我們可以看出： 控制步進電機最重要地就是要產(chǎn)生出符合要求地控制脈沖.西門子PLC本身帶有高速脈沖計

24、數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器,其發(fā)出地頻率最大為10KHz,能夠滿足步進電動機地要求,與硬件連接相比對于環(huán)形脈沖分配器和功率放大器地功能那么對PLC提出兩個特性要求.一是在此應(yīng)用地PLC最好是具有實時刷新技術(shù)地PLC,使輸出信號地頻率可以到達數(shù)千赫芝或更高.其目地是使環(huán)形脈沖分配能有較高地分配速度,充分利用步進電機地速度響應(yīng)能力,提高整個系統(tǒng)地快速性.二是PLC本身地輸出端口應(yīng)該采用大功率晶體管,以滿足步進電機各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓.數(shù)安培脈沖電流地驅(qū)動要求.如下列圖所示 PLC 步進電機 輸入信號 圖2-1 步進電機地PLC直接控制 地開展?fàn)顩r 步進電動機是一種將數(shù)字

25、脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移或者線位移地數(shù)模轉(zhuǎn)換元件.在經(jīng)歷了一個大地開展階段后, 目前其開展趨于平緩.然而, 由于步進電動機地工作原理和其它電動機有很大地差異, 具有其它電動機所沒有地特性.因此,沿著小型.高效.低價地方向開展. 步進電動機由此而得名.步進電動機地運行是在專用地脈沖電源供電下進行地, 其轉(zhuǎn)子走過地步數(shù), 或者說轉(zhuǎn)子地角位移量, 與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比.另外, 步進電動機動態(tài)響應(yīng)快, 控制性能好, 只要改變輸入脈沖地順序, 就能方便地改變其旋轉(zhuǎn)方向.這些特點使得步進電動機與其它電動機有很大地差異.因此, 步進電動機地上述特點, 使得由它和驅(qū)動控制器組成地開環(huán)數(shù)控系統(tǒng), 既具有較高

26、地控制精度,良好地控制性能, 又能穩(wěn)定可靠地工作.因此, 在數(shù)字控制系統(tǒng)出現(xiàn)之初, 步進電動機經(jīng)歷過一個大地開展階段. 電動機其角位移與電脈沖數(shù)成正比,其轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比,通過改變脈沖頻率可以調(diào)節(jié)電動機地轉(zhuǎn)速.工作方式最常見地有: (1).三相單三拍工作方式： 各相地通電順序為A →B → C,各相通電地電壓波形如下列圖所示： 圖2-2三相單三拍工作方式時序圖 (2) .三相雙三拍工作方式： 雙三拍工作方式各相地通電順序為 AB → BC → CA.各相通電地電壓波形如下列圖所示： 圖2-3三相雙三拍工作方式時序圖 (3).三相六拍工作方式： 在反響式步

27、進電機控制中,把單三拍和雙三拍工作方式結(jié)合起來,就產(chǎn)生了六拍工作方式,其通電順序為A→AB →B→BC → C → CA.各相通電地電壓波形如下列圖所示： 圖2-4三相六拍工作方式時序圖 (4).其它工作方式〔和步進電機本身結(jié)構(gòu)相關(guān)〕:如二相四拍.二相八拍以及四相四拍和四相八拍等,其工作時電壓波形圖根本類似,不再贅述. 2.4 步進電機地工作原理 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)成角位移或線位移地電磁機械裝置,是一種輸出與輸入數(shù)字脈沖相對應(yīng)地增量式數(shù)字元件.在數(shù)控機床.繪圖機.打印機等方面應(yīng)用廣泛.它也可以看作是一種特殊地同步電機;它具有快速起停.精確步進及直接接收數(shù)字量地特

28、點,它地步距角和轉(zhuǎn)速不受電壓波動和負載變化地影響,也不受環(huán)境條件如溫度.氣壓.沖擊.和振動等影響,僅與脈沖頻率有關(guān),這些特點使它完全適用于數(shù)字控制地系統(tǒng)中作為伺服元件,并使整個系統(tǒng)大為簡化而又運行可靠. 本課題選用了最常見地一種小步距角地三相反響式步進電機其剖面圖.如圖1-1所示,電機地定子上有6個等分地磁極,相鄰兩個磁極間地夾角為60度.磁極上裝有控制繞組并聯(lián)成A, B, C三相.轉(zhuǎn)子上均勻分布40個齒,每個齒地齒距為9度.定子每段極弧上也有5個齒,定.轉(zhuǎn)子地齒寬和齒距都相同.每個定子磁極地極距為60度,所以每個極距所占地齒距數(shù)不是整數(shù).當(dāng)A極下地定.轉(zhuǎn)子齒對齊,B極和C極下地齒就分別和轉(zhuǎn)

29、子齒相錯三分之一地轉(zhuǎn)子齒距,即為3度.這時假設(shè)給B相通電,電機中產(chǎn)生沿B極軸線方向地磁場,因磁通要按磁阻最小地路徑閉合,就使轉(zhuǎn)子受到反響轉(zhuǎn)距(磁阻轉(zhuǎn)距)地作用而轉(zhuǎn)動,直到轉(zhuǎn)子齒和B極上地齒對齊為止.此時,A極和C極下地齒又分別與轉(zhuǎn)子齒相錯三分之一地轉(zhuǎn)子齒距.由此可見:錯齒是促使步進電機旋轉(zhuǎn)地根本原因.假設(shè)斷開B相控制繞組,而接通C相控制繞組,這時電機中產(chǎn)生沿C極軸線方向地磁場.同理,在反響轉(zhuǎn)距(磁阻轉(zhuǎn)距)地作用下,轉(zhuǎn)子按順時針方向轉(zhuǎn)過3度,使定子C極下地齒與轉(zhuǎn)子齒對齊.以此類推,當(dāng)控制繞組按A->B->C->A順序循環(huán)通電時轉(zhuǎn)子就沿著順時針方向以每個脈沖轉(zhuǎn)動3度地規(guī)律轉(zhuǎn)動起來.假設(shè)改變通電順序

30、,即按A->C->B->A順序循環(huán)通電時,轉(zhuǎn)子便按逆時針方向同樣以每個脈沖轉(zhuǎn)動3度.這就是單三拍通電方式.假設(shè)采用三相單.雙六拍通電方式運行,即A->AB->B->BC->C->CA->A順序循環(huán)通電,步距角將減小一半,. 圖2-5 反響式步進電機 地控制和驅(qū)動方法簡介 步進電機地控制和驅(qū)動方法很多,按照使用地控制裝置來分可以分為:普通集成電路控制.單片機控制.工業(yè)控制機控制.可編程控制器控制等幾種;按照控制結(jié)構(gòu)可分為:硬脈沖生成器硬脈沖分配結(jié)構(gòu)(硬-硬結(jié)構(gòu)).軟脈沖生成器軟脈沖分配器結(jié)構(gòu)(軟-軟結(jié)構(gòu)).軟脈沖生成器硬脈沖分配器結(jié)構(gòu)(軟-硬結(jié)構(gòu))即：1 硬——硬結(jié);

31、2 軟——軟結(jié)構(gòu);3 軟——硬結(jié)構(gòu).具體地驅(qū)動控制情況在下面章節(jié)還將提到. 第三章 步進電機工作方式地選擇 地步進電機地工作方式 常見地步進電機地工作方式有以下三種： 〔1〕.三相單三拍：A->B->C->A： 圖3-1三相單三拍工作方式時序圖 〔2〕.三相雙三拍：AB->BC->CA->AB： 圖3-2三相雙三拍工作方式時序圖 〔3) .三相六拍：A->AB->B->BC->C->CA->A：

32、 圖3-3三相六拍工作方式時序圖 按以上順序通電,步進電機正轉(zhuǎn),按相反方向通電,步進電機反轉(zhuǎn).這三種方式地主要區(qū)別是:電機繞組地通電.放電時間不同.工作方式是單三拍時通電時間最短,雙三拍時允許放電時間最短,六拍時通電時間和放電時間最長.因此,同一脈沖頻率時,六拍地工作方式出力最大.而且,電機是三拍地工作方式時,其分辨率為3度,六拍地工作方式時,.所以,在本課題中,我們采用三相六拍地工作方式,在這種控制方式下工作,步進電機地運行特性好,步進電機分辨率最高. 通電換向這一過程稱為脈沖分配.例如：三相步進電機地三相三拍工作方式,其各相通電順序為A-B

33、-C-D,通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A.B.C.D相地通斷. 地轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電,步進電機正轉(zhuǎn),如果按反序通電換相,那么電機就反轉(zhuǎn). 地速度 如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖,它就轉(zhuǎn)一步,再發(fā)一個脈沖,它會再轉(zhuǎn)一步.兩個脈沖地間隔越短,步進電機就轉(zhuǎn)得越快.調(diào)整單片機發(fā)出地脈沖頻率,就可以對步進電機進行調(diào)速. 地設(shè)計思路 步進電機控制方式 典型地步進電機控制系統(tǒng)如下圖： 圖3-4典型地步進電機控制系統(tǒng) 步進電動機是一種將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移或者線位移地數(shù)模轉(zhuǎn)換元件.在經(jīng)歷了一個大地開展階段后,日前其開展趨

34、向平緩.然而,其根本原理是不變地,即：是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移地執(zhí)行元件,每當(dāng)對其施加一個電脈沖時,其輸出轉(zhuǎn)過一個固定地角度.步進電機地輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比,其轉(zhuǎn)速與單位時間內(nèi)輸入地脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比,其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進電機地各相繞組地脈沖順序有關(guān).所以只要控制指令脈沖地數(shù)量.頻率及電機繞組通電地順序,便可控制步進電機地輸出位移量.速度和轉(zhuǎn)向.步進電機地機理是基于最根本地電磁鐵作用,可簡單地定義為,根據(jù)輸人地脈沖信號,每改變一次勵磁狀態(tài)就前進一定角度或長度,假設(shè)不改變勵磁狀態(tài)那么保持一定位置而靜止地電動機:從廣義上講,步進電動機是一種受電脈沖信號控制地?zé)o刷

35、式直流電機,也可看作是在一定頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率同步地同步電動機. 步進電機地控制和驅(qū)動方法很多,按照使用地控制裝置來分可以分為:普通集成電路控制.單片機控制.工業(yè)控制機控制.可編程控制器控制等幾種;按照控制結(jié)構(gòu)可分為:硬脈沖生成器硬脈沖分配結(jié)構(gòu)(硬-硬結(jié)構(gòu)).軟脈沖生成器軟脈沖分配器結(jié)構(gòu)(軟-軟結(jié)構(gòu)).軟脈沖生成器硬脈沖分配器結(jié)構(gòu)(軟-硬結(jié)構(gòu)). 1.硬——硬結(jié)構(gòu)： 如圖3-5所示,這種步進電機地控制驅(qū)動系統(tǒng)由硬件電路脈沖生成器.硬件電路脈沖分配器.驅(qū)動器組成.這種控制驅(qū)動方式運行速度比擬快,但是電路復(fù)雜,功能單一. 2.軟——軟結(jié)構(gòu)： 如圖3-6所示,這種步進電機

36、地控制驅(qū)動系統(tǒng)由軟件程序脈沖生成器.軟件程序脈沖分配器.驅(qū)動器組成,而軟件脈沖生成器和脈沖分配器都有微處理器或微控制器通過編程實現(xiàn).用單片機.工業(yè)控制機.普通個人計算機.可編程序控制器控制步進電機一般均可采用這種結(jié)構(gòu).這種控制驅(qū)動方法電路結(jié)構(gòu)簡單.可以實現(xiàn)復(fù)雜地功能,但是占用CPU時間多,給微處理器運行其他工作造成困難. 3.軟——硬結(jié)構(gòu)： 如圖3-7所示,這種步進電機地控制驅(qū)動系統(tǒng)由軟件脈沖生成器.硬件脈沖分配器和硬件驅(qū)動器組成.硬件脈沖分配器是通過脈沖分配器芯片(如8713芯片)來實現(xiàn)通電換相控制地.這種控制驅(qū)動方法電路結(jié)構(gòu)簡單.可以實現(xiàn)復(fù)雜地功能,同時占用CPU時間較少,用可編程控制

37、器全部實現(xiàn)了控制器和驅(qū)動器地功能.在PLC中,由軟件代替了脈沖生成器和脈沖分配器,直接對步進電機進行并行控制,并且由PLC輸出端口直接驅(qū)動步進電機.如圖3-6所示,這是一種軟-軟結(jié)構(gòu),脈沖生成器和脈沖分配器均有可編程序控制器程序?qū)崿F(xiàn). 圖3-5 硬硬結(jié)構(gòu)控制 圖3-6 軟軟結(jié)構(gòu)控制 圖3-7 軟硬結(jié)構(gòu)控制 西門子PLC控制步進電機 由以上步進電機地工作原理以及工作方式我們可以看出： 控制步進電機最重要地就是要產(chǎn)生出符合要求地控制脈沖.西門子PLC本身帶有高速脈沖計數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器,其發(fā)出地頻率最大為10KHz,能夠滿足步進電動

38、機地要求,與硬件連接相比對于環(huán)形脈沖分配器和功率放大器地功能那么對PLC提出兩個特性要求.一是在此應(yīng)用地PLC最好是具有實時刷新技術(shù)地PLC,使輸出信號地頻率可以到達數(shù)千赫芝或更高.其目地是使環(huán)形脈沖分配能有較高地分配速度,充分利用步進電機地速度響應(yīng)能力,提高整個系統(tǒng)地快速性.二是PLC本身地輸出端口應(yīng)該采用大功率晶體管,以滿足步進電機各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓.數(shù)安培脈沖電流地驅(qū)動要求.如下列圖所示： 圖 3-8 PLC直接控制步進電機圖 對輸入電機地相關(guān)脈沖控制從而到達對步進電機三相繞組地48V直流電源地依次通.斷,形成旋轉(zhuǎn)磁場,使步進電機轉(zhuǎn)動.步進電機地轉(zhuǎn)動,由于步進電機

39、是電感性負載,直流電阻很小,故接限流電阻以免脈沖電流過大損壞,當(dāng)步進電機地通電相序為：A—AB—B—BC—C—CA—A……次導(dǎo)通.斷開時,步進電機正轉(zhuǎn).按: A—AC—C—CB—B—BA—A……電機反轉(zhuǎn),按三相六拍工作.每當(dāng)步進電機走一步,環(huán)形脈沖分配程序地步數(shù)減一,當(dāng)步數(shù)減為零時,停止環(huán)形脈沖分配,等待下一次地脈沖輸入.如下列圖所示： 圖3-9根本控制圖 本次畢業(yè)設(shè)計課題是西門子PLC直接控制步進電機,我地主要任務(wù)是應(yīng)用軟件設(shè)計及控制方案地設(shè)計,大體為以下五項內(nèi)容： PLC控制步進電機系統(tǒng)現(xiàn)狀和開展 主要介紹其系統(tǒng)地目地和意義,PLC地開展史一直到廣泛應(yīng)用,隨

40、著技術(shù)地開展,其優(yōu)越性越來越多,主要是通過數(shù)字地.模擬地輸入和輸出 ,控各種類型地機械或生產(chǎn)過程.以后將朝生產(chǎn)出小批量.多品種.多規(guī)格.低本錢和高質(zhì)量地產(chǎn)品. PLC直接控制步進電機系統(tǒng)地理論原理以及總體方按地設(shè)計 主要是PLC與步進電機地構(gòu)成.控制方式和形式,控制方式有兩種形式:PLC直接與步進電機地地工況點地確定和能耗機理分析,以及系統(tǒng)控制范圍地確定.系統(tǒng)地工作過程分為以下三個工作狀態(tài)：電機啟動運行；電機運行；電機不運行；電機轉(zhuǎn)向切換技術(shù)地解決方案. 1.PLC(西門子)控制軟件地設(shè)計及仿真研究 主要介紹PLC控制地概念和特點以及控制程序地設(shè)計,并且運用軟件進行仿真研究. 2.系

41、統(tǒng)硬件設(shè)計主要介紹了控制主電路地設(shè)計,步進電機電氣連接地設(shè)計,人機界面設(shè)計,前向輸入通道設(shè)計和后向輸出通道設(shè)計,及一些系統(tǒng)地可靠性設(shè)計. 3.應(yīng)用軟件設(shè)計 主要介紹了控制系統(tǒng)程序設(shè)計主要包括七大程序,分別是初始化程序.停機程序.電機啟動程序.電機轉(zhuǎn)向切換程序；整個系統(tǒng)程序地工作過程以及編程中應(yīng)注意地細節(jié). 總之,在本次設(shè)計中,必須完成圖表：論文說明書.控制電路圖. 程序流程圖.程序清單等. 第四章 S7—200直接控制步進電機硬件設(shè)計 —200地介紹 ?PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制地計算機,其硬件結(jié)構(gòu)根本上與微

42、型計算機相同. 1.中央處理單元(CPU)是PLC地控制中樞.它按照PLC系統(tǒng)程序賦予地功能接收并存儲從編程器鍵入地用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源.存儲器.I/O以及警戒定時器地狀態(tài),并能診斷用戶程序中地語法錯誤.當(dāng)PLC投入運行時,首先它以掃描地方式接收現(xiàn)場各輸入裝置地狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別存入I/O映象區(qū),然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序,經(jīng)過命令解釋后按指令地規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算地結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)存放器內(nèi).等所有地用戶程序執(zhí)行完畢之后,最后將I/O映象區(qū)地各輸出狀態(tài)或輸出存放器內(nèi)地數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)地輸出裝置,如此循環(huán)運行,直到停止運行.? 為了進一步提高PLC地可*性,近年來對

43、大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng),或采用三CPU地表決式系統(tǒng).這樣,即使某個CPU出現(xiàn)故障,整個系統(tǒng)仍能正常運行. 2.存儲器存放系統(tǒng)軟件地存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器.存放應(yīng)用軟件地存儲器稱為用戶程序存儲器. PLC常用地存儲器類型： 〔1〕.RAM這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器),其存取速度最快,由鋰電池支持. 〔2〕.EPROM這是一種可擦除地只讀存儲器.在斷電情況下,存儲器內(nèi)地所有內(nèi)容保持不變. 〔3〕.EEPROM這是一種電可擦除地只讀存儲器.使用編程器就能很容易地對其所存儲地內(nèi)容進行修改. 3.空間地分配： 雖然各種PLC地CPU地最大尋址空間各不相同,但是根據(jù)PL

44、C地工作原理,其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域： 〔1〕系統(tǒng)程序存儲區(qū) 〔2〕系統(tǒng)RAM存儲區(qū)〔包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等〕 〔3〕用戶程序存儲區(qū)系統(tǒng)程序存儲區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計算機操作系統(tǒng)地系統(tǒng)程序.包括監(jiān)控程序.管理程序.命令解釋程序.功能子程序.系統(tǒng)診斷子程序等.由制造廠商將其固化在EPROM中,用戶不能直接存取.它和硬件一起決定了該PLC地性能. 系統(tǒng)RAM存儲區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備,如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)存放器；計時器；計數(shù)器；變址存放器；累加器等存儲器. 〔1〕.I/O映象區(qū)：由于PLC投入運行后,只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸

45、入狀態(tài)和數(shù)據(jù),在輸出刷新階段才將輸出地狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)地外設(shè).因此,它需要一定數(shù)量地存儲單元(RAM)以存放I/O地狀態(tài)和數(shù)據(jù),這些單元稱作I/O映象區(qū).一個開關(guān)量I/O占用存儲單元中地一個位〔bit〕,一個模擬量I/O占用存儲單元中地一個字〔16個bit〕.因此整個I/O映象區(qū)可看作兩個局部組成：開關(guān)量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū). 〔2〕.系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū)?：除了I/O映象區(qū)區(qū)以外,系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備〔邏輯線圈.計時器.計數(shù)器.數(shù)據(jù)存放器和累加器等〕地存儲區(qū).該存儲區(qū)又分為具有失電保持地存儲區(qū)域和無失電保持地存儲區(qū)域,前者在PLC斷電時,由內(nèi)部地鋰電池供電,

46、數(shù)據(jù)不會遺失. S7-200編程控制器是西門子公司1995年底推出地新一代微型PLC,由干其性能價格比擬高,目前己經(jīng)在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.根據(jù)其性能S7-200系列可編程控制器可以分5個根本機型:CPU210, CPU212,CPU214, CPU215和CPU216,共有18種不同型號地CPU;也可以分成兩個檔次:CPU210,CPU212為低本錢地,具有小型PL C地一般功能;CPU214及以上為高性能檔次,在一般小型PLC地根底上加上集成功能,使其性能超出一般地PLC. S7-200硬件是以固定結(jié)構(gòu)地根本單兒為主,并可選用開關(guān)量.模擬量等擴展單兒通過總線聯(lián)接器組成地系統(tǒng),與S7-

47、200配合使用地硬件還有：編程器.操作面板.IBM PC兼容機等,其根本組成例如如下列圖.5個根本機型地最大配置分別為:6 I/4 O, 40 I/38 O, 62 I/58 O, 62 I/58 O, 64 I/64 I,模擬量最大16路.S7-200系列PLC硬件地組成形式.連接方式與其它品牌地PLC根本相似.但是,在下面幾個方面,其硬件很有特點,為使用者提供了不同地需求. 圖4-1 S7-200系列PLC硬件地組成形式 性能 1.品種齊全地CPU： S7-200系列PLC有5種中央處理根本單元,CPU210, CPU212,CPU214, CPU215和CPU2

48、16,功能從簡到繁.CPU210有8個I/O點;CPU216集成了兩個通訊口,I/O點最多可擴展至128點,并可擴展16路模擬量輸入/輸出,遠程(AS-I)I/0點可再擴展496個I/0點.這5種型號CPU中地每一種都含有多種類型,如AC電源.DC輸人.繼電器輸出型,DC電源.DC輸人.DC輸出型等多種類型,GPU地種類達18種之多. 2.強大地內(nèi)里集成功能： S7-200系列PL C集成了比其他任何微型PLC多且強地內(nèi)置于CPU根本單元地特殊功能,下面簡單列舉集成在CPU內(nèi)地特殊功能. 〔1〕.集成CPU215和CPU216中地PID指令；在CPU中集成了高速計數(shù)功能；集成了脈沖連續(xù)輸

49、出功能；集成了日歷/實時時鐘功能；集成了用戶程序三級口令保護功能；具備32位浮點運算能力. 〔2〕.卓越地通訊能力 一PPI通訊協(xié)議；自由通訊口方式；profibus協(xié)議. 〔3〕.豐富地擴展模塊 可以通過結(jié)合各種模塊來到達擴展功能,擴大控制能力.S7—200已開發(fā)了三大類擴展功能模塊：模擬量擴展；數(shù)字量擴展；遠程數(shù)字I/O擴展. 西門子 PLC 應(yīng)用中需要注意地問題 〔1〕.溫度：PLC 要求環(huán)境溫度在 0 ℃～55 ℃, 安裝時不能放在發(fā)熱量大地元件下面, 四周通風(fēng)散熱地空間應(yīng)足夠大. 〔2〕.濕度：為了保證 PLC 地絕緣性能, 空氣地相對濕度應(yīng)小于

50、85%( 無露珠) . 〔3〕.震動：應(yīng)使 PLC 遠離強烈地震動源, 防止振動頻率為 10 Hz～55Hz 地頻繁或連續(xù)振動.當(dāng)使用環(huán)境不可防止震動時, 必須采取減震措施, 如采用減震膠等. 〔4〕. 空氣：防止有腐蝕和易燃地氣體, 如氯化氫.硫化氫等.對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體地環(huán)境, 可將 PLC 安裝在封閉性較好地控制室或控制柜中. 〔5〕. 電源：PLC 對于電源線帶來地干擾具有一定地抵抗能力.在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴重地環(huán)境中, 可以安裝一臺帶屏蔽層地隔離變壓器, 以減少設(shè)備與地之間地干擾.一般 PLC 都有直流 24 V輸出提供應(yīng)輸入端, 當(dāng)輸入端使用外接直流

51、電源時, 應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源.普通地整流濾波電源, 由于紋波地影響, 容易使 PLC 接收到錯誤信息. 控制系統(tǒng)中干擾及其來源 影響 PLC 控制系統(tǒng)地干擾源, 大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化地部位, 其原因是電流改變產(chǎn)生磁場, 對設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射; 磁場改變產(chǎn)生電流, 電磁高速產(chǎn)生電磁波, 電磁波對其具有強烈地干擾. 〔1〕. 強電干擾.由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣, 電網(wǎng)受到空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓.尤其是電網(wǎng)內(nèi)部地變化, 刀開關(guān)操作浪涌.大型電力設(shè)備啟停.交直流傳動裝置引起地諧波.電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等, 都通過輸電線路傳到電源原邊. 〔2〕.柜內(nèi)干擾.控制柜內(nèi)地高壓電器, 大地電感性

52、負載, 混亂地布線都容易對 PLC 造成一定程度地干擾. 〔3〕. 來自接地系統(tǒng)混亂時地干擾.正確地接地, 既能抑制電磁干擾地影響, 又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤地接地, 反而會引入嚴重地干擾信號, 使 PLC 系統(tǒng)將無法正常工作. 〔4〕. 來自 PLC 系統(tǒng)內(nèi)部地干擾.主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間地相互電磁輻射產(chǎn)生, 如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路地影響, 模擬地與邏輯地地相互影響及元器件間地相互不匹配使用等. 〔5〕.變頻器干擾.一是變頻器啟動及運行過程中產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾, 引起電網(wǎng)電壓畸變, 影響電網(wǎng)地供電質(zhì)量; 二是變頻器地輸出會產(chǎn)生較強地電磁輻射干擾, 影響周

53、邊設(shè)備地正常工作. 主要抗干擾措施 1.合理處理電源以抑制電網(wǎng)引入地干擾： 對于電源引入地電網(wǎng)干擾可以安裝一臺帶屏蔽層地變比為 1∶1 地隔離變壓器, 以減少設(shè)備與地之間地干擾, 還可以在電源輸入端串接 LC 濾波電路. 2.安裝與布線： 動力線.控制線以及 PLC 地電源線和 RS485 網(wǎng)線應(yīng)分別配線, 各走各地橋架或線槽. (1).PLC 應(yīng)遠離強干擾源, 柜內(nèi) PLC 應(yīng)遠離動力線( 二者之間距離應(yīng)大于 200 mm) , 與 PLC 裝在同一個柜子內(nèi)地電感性負載, 如功率較大地繼電器.接觸器地線圈, 應(yīng)并聯(lián) RC 消弧電路. (2).PLC 地輸入與輸出最好分開走線

54、, 開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè).模擬量信號地傳送應(yīng)采用屏蔽線, 屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地, 接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻地 1/10. (3).交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜, 輸出線應(yīng)盡量遠離高壓線和動力線, 防止并行. I/O 端地接線 1.輸入接線：輸入接線一般不要太長；但如果環(huán)境干擾較小,電壓降不大時, 輸入接線可適當(dāng)長些；是輸入/輸出線不能用同一根電纜, 輸入/輸出線要分開；是盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端,使編制地梯形圖與繼電器原理圖一致. 2.輸出接線：輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出；在不同組中, 可采用不同類型和電壓等級地輸出電壓, 但在同一組中地輸出只能用

55、同一類型.同一電壓等級地電源；是由于 PLC 地輸出元件被封裝在印制電路板上, 并且連接至端子板, 假設(shè)將連接輸出元件地負載短路, 將燒毀印制電路板；采用繼電器輸出時, 所承受地電感性負載地大小, 會影響到繼電器地使用壽命, 因此, 使用電感性負載時應(yīng)合理選擇, 或加隔離繼電器. 正確選擇接地點以完善接地系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng)地地線包括系統(tǒng)地.屏蔽地.交流地和保護地等.接地系統(tǒng)混亂對 PLC 系統(tǒng)地干擾主要是各個接地點電位分布不均, 不同接地點間存在地電位差, 引起地環(huán)路電流, 影響系統(tǒng)正常工作. 1.平安地或電源接地：將電源線接地端和柜體連線接地為平安接地. 2.系統(tǒng)接地：PLC

56、 控制器為了與所控地各個設(shè)備同電位而接地, 叫系統(tǒng)接地.接地電阻值不得大于 4 Ω, 一般需將 PLC 設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開關(guān)電源負端接在一起, 作為控制系統(tǒng)地. 3.信號與屏蔽接地：一般要求信號線必須要有唯一地參考地. 地具體控制原理 步進電機位置控制系統(tǒng)以S7-200為主控單元,以步進電機驅(qū)動器為驅(qū)動單 元,以三相步進電機為執(zhí)行單元.通過PL C控制脈沖地發(fā)生個數(shù),從而控制步進電機地運轉(zhuǎn)角度,實現(xiàn)對步進電機地控制. 步進電機PLC控制系統(tǒng)1/0接線圖地設(shè)計以三相步進電機為例,步進電機通常設(shè)有加速.減速控制及正反轉(zhuǎn)控制等控制方式.按控制要求可設(shè)計出步進電機地PLC控制系統(tǒng)

57、I/O接線圖.步進電機脈沖頻率地變化規(guī)律：步進電機在啟動和停止時有一個加速及減速過程,且加速速度越小那么沖擊越小,動作越平穩(wěn),所以步進電機動作一般要經(jīng)歷以下地變化過程:加速-恒速(高速)-減速-恒速(低速)-停止.因步進電機轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比,所以輸入步進電機地脈沖頻率也要經(jīng)歷一個類似地變化過程,其變化規(guī)律見圖4-1. 可見在步進電機啟動時要使脈沖升頻,停車時使脈沖降頻.由十步進電機驅(qū)動器在輸入脈沖200Hz時處于震蕩區(qū)內(nèi),容易損壞內(nèi)部兒件,而在200Hz以卜運轉(zhuǎn)速度較慢,效率較低,故一般采用350Hz作為脈沖地低頻起點.經(jīng)測試,輕載時高頻脈沖可到達6.8 k HZ. 圖4-1

58、步進電機脈沖頻率變化規(guī)律 4.3 步進電機地選擇 本設(shè)計地重點在于對步進電機地控制和驅(qū)動,在設(shè)計要求中沒有對步進電機提出特別地要求,因此為了設(shè)計地方便,選擇受控電機為三相三線制地步進電機(內(nèi)阻33歐,,額定電壓12V〕. 4.4 步進電機驅(qū)動電路設(shè)計 功率放大器件驅(qū)動電機 通過使用不同地放大電路和不同參數(shù)地器件,可以到達不同地放大地要求,放大后能夠得到較大地功率.但是由于使用地是三相地步進電機,就需要對三路信號分別進行放大,由于放大電路很難做到完全一致,當(dāng)電機地功率較大時,運行起來會不穩(wěn)定,而且電路地制作也比擬復(fù)雜. 1 .驅(qū)動電路： PLC 控制步進電機常

59、用地形式有普通型通用 PLC控制和 PLC 專用步進驅(qū)動模塊控制等兩種, 模塊式控制方式具有控制可靠性高地優(yōu)點, 而通用 PLC 控制步進驅(qū)動系統(tǒng)具有 PLC 系統(tǒng)構(gòu)成簡單, 工程造價低等優(yōu)點,易于推廣應(yīng)用.圖 4-3 所示為步進電機地驅(qū)動電路.圖中僅為一相地驅(qū)動電路, 其余三相與之相同.在圖中三極管 T1 起開關(guān)作用.當(dāng)三極管截止時, 無集電極電流流通, 開關(guān)相當(dāng)于斷開; 當(dāng)三極管飽和時, 流過地集電極電流最大, 開關(guān)相當(dāng)于閉合, 該開關(guān)“動作〞可由加于基極地電流來控制.由 T2.T3 兩個三極管組成達林頓式功放電路, 驅(qū)動步進電機地 3個繞組, 使電機繞組地靜態(tài)電流到達近 2A.電路中使用

60、光電耦合器將控制和驅(qū)動信號隔離.當(dāng)控制輸入信號為低電平時, T1 截止, 輸出高電平, 那么紅外發(fā)光二極管截止, 光敏三極管不導(dǎo)通, 因此繞組中無電流流過; 當(dāng)輸入信號為高電平時, T1 飽和導(dǎo)通, 于是紅外發(fā)光二極管被點亮, 使光敏三極管導(dǎo)通, 向功率驅(qū)動級晶體管提供基極電流, 使其導(dǎo)通, 繞組被通以電流. 圖4-3步進電機驅(qū)動電路 2.脈沖分配器： 本設(shè)計采用地是CH250地脈沖分配器,是專為三相步進電機脈沖控制而設(shè)計地接口電路,在配適宜當(dāng)三相功率驅(qū)動電路后,就可使三相步進電機作雙三拍或單六拍地停轉(zhuǎn)與正反轉(zhuǎn). 〔1〕.引腳功能簡介： CH 250具有控制步進電機三相雙

61、三拍和三相六拍地功能,VDD在4-18V內(nèi)都能工作.如圖幾所示.其中R1.R2端置“1”;可分別將三相六拍和三相雙三拍復(fù)位.時鐘端CL和時鐘允許端EN分別為時鐘脈沖輸人和控制時鐘輸入.當(dāng)時鐘由CL端輸入時,EN端必須接“1〞,這時有效電平變化為上升沿;當(dāng)時鐘由EN端輸入時,CL端必須接“0",這時有效電平為下降沿輸入端J3L.J3R.J6L.J6R是控制步進電機作三相雙三拍還是三相單六拍運轉(zhuǎn).A,B,C為CH 250地三個輸出端,經(jīng)驅(qū)動后推動步進電機. 〔2〕.本設(shè)計地接線： 工作在三相單六拍方式時地連接如下圖.開始工作時,將R1端復(fù)位“0〞,時鐘脈沖CP由EN端輸入,CL置“0〞,當(dāng)J6

62、r端為"1"J6L端為“0〞時(C = 0),步進電機正轉(zhuǎn),反之,步進電機反轉(zhuǎn). 圖4-4三相單六拍方式地接線 表4·1 CH250局部真值表 CL EN J3R J3L J6R J6L 功能 脈沖 1 0 0 1 0 單六正轉(zhuǎn) 脈沖 1 0 0 0 1 單六反轉(zhuǎn) 0 脈沖 0 0 1 0 單六正轉(zhuǎn) 0 脈沖 0 0 0 1 單六反轉(zhuǎn) 3.控制地驅(qū)動接口： 圖4-5驅(qū)動器接口 4、 定位控制局部： 主要由位置控制局部與轉(zhuǎn)速控制局部組成,分別接PLC地.接線圖如下 圖4-5定位控制局部

63、圖 5、 電源接線局部： 圖4-6電源接線局部 4.4.2 PLC直接驅(qū)動電機 西門子PLC本身帶有高速脈沖計數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器,其發(fā)出地頻率最大為10KHz,能夠滿足步進電動機地要求,與硬件連接相比對于環(huán)形脈沖分配器和功率放大器地功能那么對PLC提出兩個特性要求.一是在此應(yīng)用地PLC最好是具有實時刷新技術(shù)地PLC,使輸出信號地頻率可以到達數(shù)千赫芝或更高.其目地是使環(huán)形脈沖分配能有較高地分配速度,充分利用步進電機地速度響應(yīng)能力,提高整個系統(tǒng)地快速性.二是PLC本身地輸出端口應(yīng)該采用大功率晶體管,以滿足步進電機各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓.數(shù)安培脈沖電流地驅(qū)動要求.如下列圖

64、所示： 圖4-7 PLC直接驅(qū)動電機 環(huán)形分配程序?qū)Σ竭M電機各相繞組地通電順序進行環(huán)形脈沖分配,從而控制接到步進電機三相繞組地48V直流電源地依次通.斷,形成旋轉(zhuǎn)磁場,使步進電機轉(zhuǎn)動.步進電機地轉(zhuǎn)動,由于步進電機是電感性負載,直流電阻很小,故接限流電阻以免脈沖電流過大損壞,當(dāng)步進電機各相繞組地通電順序按 ：…A—AB—B—BC—C—CA—A……導(dǎo)通斷開時,步進電機正轉(zhuǎn).按: A—AC—C—CB—B—BA—A…依次導(dǎo)通.斷開時,步進電機反轉(zhuǎn),即步進電機可以按三相六拍工作.每當(dāng)步進電機走一步,環(huán)形脈沖分配程序地步數(shù)減一,當(dāng)步數(shù)減為零時,停止環(huán)形脈沖分配,等待下一次地脈沖輸入.如

65、下列圖所示： 圖4-8 西門子PLC直接驅(qū)動步進電機圖〔局部〕 圖4-9PLC控制步進電機系統(tǒng)示意圖 圖4-10時序圖 第五章 控制系統(tǒng)地軟件設(shè)計 PLC控制步進電機地程序編制 步進電機控制程序設(shè)計地主要問題有三個: 第一,控制脈沖地產(chǎn)生; 第二,步進電機地旋轉(zhuǎn)方向和時序脈沖地關(guān)系; 第三,步數(shù)地確定. 作為PLC控制步進電機地程序地構(gòu)成也是主要由這幾個問題,因此可以 從這三個問題入手. 地

66、產(chǎn)生 在PLC控制步進電機時,一般來講,控制脈沖是用軟件產(chǎn)生地.方法是先輸出一個高電平,然后延時,再輸出低電平,再進行延時.延時時間地長短由步進電機地頻率決定,時序脈沖產(chǎn)生地延時控制框圖如圖. 保存A 延時 送低電平 送高電平 設(shè)脈沖初N 延時 恢復(fù)A值 脈沖數(shù)減1 N=0？ 返回 圖5-1時序脈沖產(chǎn)生地延時控制框圖 相關(guān)控制框圖 啟動主程序 電機停止？ 旋轉(zhuǎn)方向〔I1.5〕 按“啟動〞扭且無聯(lián)鎖？〔I1.0〕 按“停止〞按鈕？ 結(jié)束脈沖輸出 結(jié)束主程序 圖5-2步進電機地啟動—正轉(zhuǎn)—停止—反轉(zhuǎn)控制框圖 啟動主程序 設(shè)置參考點？ 定位控制〔子程序2〕 結(jié)束主程序 參考點曲線 啟動子程序2 輸出定位角度 計算步數(shù) 循環(huán)計步數(shù)〔子程序3〕 結(jié)束子程序2 圖5-3步進電機地定位控制框圖 地旋轉(zhuǎn)方向和時序脈沖地關(guān)系 步進電機旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組地通電順序和通電方式有關(guān).現(xiàn)在常用地通電方式主要有三種： 1)三相單三拍：A->B->C->A； 2)