【正文】 第五章 PLC的步進電機控制系統(tǒng) ? 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。一般電動機是連續(xù)旋轉的，而步進電機的轉動是一步一步進行的。每輸入一個脈沖電信號，步進電機就轉動一個角度。通過改變脈沖頻率和數(shù)量，即可實現(xiàn)調速和控制轉動的角位移大小，具有較高的定位精度，其最小步距角可達 176。 ，轉動、停止、反轉反應靈敏、可靠。在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。 、基本結構和工作原理 ? 步進電機的分類 ? 步進電機的基本結構和工作原理 步進電機的分類 ? ，轉矩和體積較小，步進角一般為 15度。 ? ，可實現(xiàn)大轉矩輸出，步進角一般為 ，但噪聲和振動都很大。 ? 優(yōu)點。它又分為兩相和五相。兩相步進角一般分為 。這種步進電機的應用最為廣泛。 步進電機的基本結構和工作原理 ? 三相反應式步進電機的結構如圖所示 ? 定子、轉子是用硅鋼片或其他軟磁材料制成的。定子的每對極上都繞有一對繞組，構成一相繞組，共三相稱為 A、 B、 C三相。 步進電機的基本結構和工作原理 ? 在定子磁極和轉子上都開有齒分度相同的小齒，采用適當?shù)凝X數(shù)配合，當 A相磁極的小齒與轉子小齒一一對應時， B相磁極的小齒與轉子小齒相互錯開 1/3齒距， C相則錯開 2/3齒距。如圖所示 步進電機的基本結構和工作原理 ? 上圖中， A相繞組與齒 5一一對應，而此時 B相繞組與齒 2錯開 1/3齒距，而與齒3錯開 2/3齒距， C相繞組與齒 3錯開 2/3齒距，而與齒 4錯開 1/3齒距。 ? 電機的位置和速度由繞組通電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應關系。而方向由繞組通電的順序決定。 步進電機的基本結構和工作原理 ? 步進電機的基本參數(shù)主要有以下內容 ? 1．電機固有步距角 ? 2．步進電機的相數(shù) ? 3．保持轉矩（ HOLDING TORQUE） ? 4．鉗制轉矩（ DETENT TORQUE） 1．電機固有步距角 ? 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，這個步距角可以稱之為“ 電機固有步距角 ” ，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅動器有關。 2．步進電機的相數(shù)： ? 步進電機的相數(shù)是指電機內部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為 176。 /176。 、三相的為 176。 /176。 、五相的為 176。 /176。 。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅動器，則 “ 相數(shù) ”將變得沒有意義，用戶只需在驅動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。 3．保持轉矩（ HOLDING TORQUE） ? 保持轉矩是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當人們說 ，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為。 4．鉗制轉矩（ DETENT TORQUE） ? 鉗制轉矩是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。 步進電機主要有以下特點 ? 1．一般步進電機的精度為步進角的 35%，且不累積。 步進電機主要有以下特點 ? 2．步進電機外表允許的最高溫度取決于不同電機磁性材料的退磁點。 步進電機溫度過高時會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏 130度以上，有的甚至高達攝氏 200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏 8090度完全正常。 步進電機主要有以下特點 ? 3．步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降。 當步進電機轉動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。 步進電機主要有以下特點 ? 4．步進電機低速時可以正常運轉，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。 步進電機有一個技術參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉速從低速升到高速）。 ? 步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產品之一 , 廣泛應用在各種家電產品中，例如打印機、磁盤驅動器、玩具、雨刷、震動尋呼機、機械手臂和錄像機等。另外步進電機也廣泛應用于各種工業(yè)自動化系統(tǒng)中。由于通過控制脈沖個數(shù)可以很方便的控制步進電機轉過的角位移，且步進電機的誤差不積累，可以達到準確定位的目的。還可以通過控制頻率很方便的改變步進電機的轉速和加速度，達到任意調速的目的，因此步進電機可以廣泛的應用于各種開環(huán)控制系統(tǒng)中 PLC對步進電機的控制方法 ? PLC直接控制步進電機 ? 西門子 PLC與步進電機驅動器控制步進電機 ? 高頻脈沖輸出控制舉例 PLC直接控制步進電機 ? 使用 PLC直接控制步進電機時，可使用PLC產生控制步進電機所需要的各種時序的脈沖。例如三相步進電機可采用三種工作方式： ? 三相單三拍 ? 三相雙三拍 ? 三相單六拍 PLC直接控制步進電機 ? 可根據(jù)步進電機的工作方式，以及所要求的頻率（步進電機的速度），畫出 A、 B、C各相的時序圖。并使用 PLC產生各種時序的脈沖 ? 例如：采用西門子 S7300PLC控制三相步進電機的過程。 ? 要求通過 PLC可實現(xiàn)三相步進電機的起停控制、正反轉控制，以及三種工作方式的切換（每相通電時間為 1秒鐘）。 采用西門子 S7300PLC控制三相步進電機的過程 ? 變量約定如下 ? 輸入：啟動按鈕 SB1： ? 方向選擇開關 SA1： ? 停止按鈕 SB2： ? 三相單三拍方式選擇 SA2： ? 三相雙三拍方式選擇 SA3： ? 三相單六拍方式選擇 SA4： 采用西門子 S7300PLC控制三相步進電機的過程 ? 輸出： A相加電壓： ? B相加電壓： ? C相加電壓： ? 啟動指示燈： ? 三相單三拍運行方式： ? 三相雙三拍運行方式： ? 三相單六拍運行方式： ? 輸出脈沖顯示燈： 采用西門子 S7300PLC控制三相步進電機的過程 ? 三相單三拍正向的時序圖如圖所示 采用西門子 S7300PLC控制三相步進電機的過程 ? 三相雙三拍正向的時序圖如圖所示 采用西門子 S7300PLC控制三相步進電機的過程 ? 三相單六拍正向時序圖如圖所示 PLC直接控制步進電機 ? 編程方法 ? 1．使用定時器指令實現(xiàn)各種時序脈沖的要求：使用定器產生不同工作方式下的工作脈沖，然后按照控制開關狀態(tài)輸出到各相對應的輸出點控制步進電機。 編程方法 ? 1．例如：使用圖所示的程序可以產生所需要的脈沖： 編程方法 ? ，控制脈沖發(fā)生指令是否啟動。一旦啟動，采用 T0、 TT2以及它們的組合可以得到三相單三拍和三相雙三拍的兩種工作方式下，各相的脈沖信號。如 T0的狀態(tài)為三相單三拍工作狀態(tài)下 A相的脈沖。同理可使用類似程序得到三相單六拍時各相所需的脈沖信號。 編程方法 ? 2．使用移位指令實現(xiàn)各相所需的脈沖信號。 ? 例如在 MW10中進行移位，每次移位的時間為 1秒