【正文】 于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 11 (1) RUN 方式：在 RUN 方式下， CPU 執(zhí)行用戶程序。即全部輸入輸出狀態(tài)的改變，需要一個(gè)掃描周期。向五相和三相電動機(jī)方向發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動機(jī)，其振動和噪聲較大，而五相和三相電動機(jī)具有優(yōu)勢性。并且， PLC 有采用大功率晶體管的輸出端口，能夠滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù) 10V 級脈沖電壓、 1A級脈沖電流的驅(qū)動要求。 4）步進(jìn)電動機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)的措施。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。/176。 保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。輸入一個(gè)電脈沖，電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度，稱為 “一步 ”，這個(gè)固定的角度稱為步距角。 按結(jié)構(gòu)分為單段式（徑向式）、多段式（軸向式）、印刷繞組式。另外步進(jìn)電機(jī)也廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動化系統(tǒng)中。cm2，軸徑 5mm，引線 4 條，機(jī)身長 56mm [4]。 該型號驅(qū)動器的特點(diǎn)： 1） 平均電流控制，兩相正弦電流驅(qū)動輸出 2） 直流 14～ 40VDC 供電 3） 光電隔離信號輸入 /輸出 4） 有過壓、欠壓、過流、相間短路保護(hù) 功能 5） 8 檔細(xì)分和自動半流功能 6） 8 檔輸出相電流設(shè)置 7） 具備脫機(jī)功能 8） 啟動轉(zhuǎn)速高 9）高速力矩大 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動技術(shù) 驅(qū)動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 43 所示： 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 20 接口電路環(huán)形分配器功率放大器脈 沖方 向U a脈 沖方 向U aU bU b 圖 43 驅(qū)動器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 接口電路 用光電隔離方式將運(yùn)動控制器和驅(qū)動器連接起來， 避免 驅(qū)動器中的大電流干擾信號經(jīng)地線竄入運(yùn)動控制器電路。如圖 45 所示。 ， 實(shí)現(xiàn)磁極 2和轉(zhuǎn)子齒對齒 ， B 相繞組通電定轉(zhuǎn)子齒展開圖如圖 5 所示 ， 此時(shí)磁極 3 和轉(zhuǎn)子齒有 1/4 齒距的錯(cuò)位。 [5]。 利用 PLC輸出脈沖信號，通過驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電 機(jī)。如果 =0，將輸出 ，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動 。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 29 參考文獻(xiàn) [1] 劉順禧，《電氣控制技術(shù)》，北京：北京理工大學(xué)出版社， 1995 [2] 束長保，《 PLC應(yīng)用實(shí)踐》，東南大學(xué)出版社， [3] 張如萍 ，《 電氣控制與 PLC》，無錫科技職業(yè)學(xué)院， 2021. [4] 羅宇航主編，《流行 PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì)》， 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021. [5] 鄧星鐘等編著 《機(jī)電傳動與控制》（第四版） . 華中科技大學(xué)出版社 2021年 7 月第 4 版 [6] 宋伯生編著 《 PLC 編程理論、算法及技巧》 . 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 年 7月 [7] 吳作明編著 《 PLC 開發(fā)與應(yīng)用實(shí)例詳解》 . 北京航空航天大學(xué)出版社 [8] 程明編著 《微特電機(jī)及系統(tǒng)》 . 中國電力出版社 2021 年 6 月 [9] 李明編著 《電機(jī)與電力拖動》 . 電子工業(yè)出版社出版 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 30 致謝 在本次設(shè)計(jì)中， 機(jī)電學(xué)院的武彩霞 老師給我提供了良好的設(shè)計(jì)條件和細(xì)心的指導(dǎo)。 ≤低電平≤,≤高 電平 ≤,脈寬 VCC 輸入信號光電隔離正端 接 +5V供電電源， +5V～ +24均可驅(qū)動，高于 +5V需接限流電阻。 最后，我要感謝我的父母在這三年中給予我的默默支持，以及母校無錫科技職業(yè)學(xué)院在這三年中給我提供了舒適的學(xué)習(xí)生活環(huán)境以及濃厚的學(xué)術(shù)氛圍。 在本次設(shè)計(jì)中， 利用軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)的控制。每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)走一步，環(huán)形脈沖分配程序的步數(shù)減一，當(dāng)步數(shù)減為零時(shí)，停止環(huán)形脈沖分配，等待下一次的脈沖輸入。西門子 PLC本身帶有高速脈沖計(jì)數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，其發(fā)出的頻率最大為 10KHz，能夠滿足步進(jìn)電動機(jī)的要求。 /176。 A相通電時(shí)定轉(zhuǎn)子齒展開圖畫圓圈的地方 ， A相磁極 3的齒和轉(zhuǎn)子就會錯(cuò)位 176。當(dāng)控制繞組有電流通過時(shí)，便產(chǎn)生磁動勢，它與永久磁鋼產(chǎn)生的磁動勢相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動。 線圈 7 串聯(lián)組成 A 相繞組；線圈 8 串聯(lián)組成 B 相繞組。 本設(shè)計(jì)選用西門子 S7200 PLC 通過控制驅(qū)動器來控制步進(jìn)電機(jī)。 2）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動都很大。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電 機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度 (稱為“步距角” )，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。 鉗制轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。 /176。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)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 [4] 步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù) 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。 8）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。當(dāng)它轉(zhuǎn)一周后，沒有累積誤差，具有良好的跟隨性。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當(dāng)對其施加一個(gè)電脈沖時(shí)，其輸出軸便轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度。繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。 掃描周期 在 RUN 方式下，系統(tǒng)周期性地循環(huán)執(zhí)行用戶程序。輸出多個(gè)高速脈沖時(shí)，編程復(fù)雜。 周期設(shè)定奇數(shù)微秒或毫秒（例如 75 毫秒），會引起波形失真。 （ 2）狀態(tài)字節(jié)的特殊存儲器 除了控制信息外，還有用于 PTO 功能的狀態(tài)位，如表 2 所示。指令格式如表21 所示。簡易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且需將梯形圖轉(zhuǎn)化為助記符后才能送入。電源組件具有很高的抗干擾能力，適合工業(yè)現(xiàn)場使用，供 電穩(wěn)定、安全可靠。另外，它還能識別用戶所輸入的指令序列的格式和語法錯(cuò)誤，還具有系統(tǒng)測試與診斷功能。 PLC 或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù) PLC 上的指示燈或編程器提供的信息迅速 地查明故障的原因。 通用性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng) PLC 的生產(chǎn)具有系列化和模塊化特點(diǎn)，硬件配置相當(dāng)靈活，可以很方便地組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)。從此，這一更新技術(shù)就以很快的速度發(fā)展起來，現(xiàn)代的 PLC 已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（ PLC，機(jī)器人和 CAD／ CAM）之一?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入， PLC 在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型 機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 PID 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。因此如何實(shí)現(xiàn) PLC 控制步進(jìn)電機(jī)的通用控制電路設(shè)計(jì)方法有著實(shí)際生產(chǎn)意義。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 PLC 自產(chǎn)生至今只有 30 多年的歷史，卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 題 目 基于 PLC的步進(jìn)電機(jī)的控制 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 i 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 摘要 :小型 PLC 在編程， I/O 擴(kuò)展，通訊接口，開關(guān)量和模擬量的調(diào)節(jié)以及一些特殊功能模塊如高速計(jì)數(shù)輸入和脈沖輸出的應(yīng)用上已經(jīng)基本滿足用戶的需求了。產(chǎn)生和發(fā)展過程現(xiàn)代社會要求生產(chǎn)廠家對市場的需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。 2）存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 S7200PLC 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 論文的主要研究工作 掌握步進(jìn)電機(jī)的原理及其驅(qū)動方 法，掌握西門子 S7200 PLC 的原理與程序設(shè)計(jì)方法。 PLC 的特點(diǎn) 編程方 法簡單易學(xué) 考慮到企業(yè)中一般電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人的傳統(tǒng)讀圖習(xí)慣和應(yīng)用微機(jī)的實(shí)際水平， PLC 配備有他們最容易接受和掌握的梯形圖語言。組成系統(tǒng)后，如果工藝變化，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)變化。用更換模塊的方法可以迅速地排除 PLC 的故障。 PLC 的存儲器有兩種：系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。電源組件內(nèi)還裝有備用鋰電池，以保證在斷電時(shí)保存必要的信息。智能型編程器又稱圖形編程器，它既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程，具有圖形顯示功能，可直接輸入梯形圖和通過屏幕對話，但價(jià)格較貴。 表 21 脈沖輸出（ PLS）指令格式 用于脈沖輸出（ 或 ）的特殊存儲器 （ 1）控制字節(jié)和參數(shù)的特殊存儲器 每個(gè) PTO/PWM 發(fā)生器都有：一個(gè)控制字節(jié)（ 8 位）、一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)值（無符號的 32 位數(shù)值）和一個(gè)周期時(shí)間和脈寬值（無符號的 16 位數(shù)值）。程序運(yùn)行時(shí)，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)使某些位自動置位。 脈沖計(jì)數(shù)范圍從 1 至 4,294,967,295，為 32 位無符號數(shù)，如設(shè)定脈沖計(jì)數(shù)為 0，則系統(tǒng)默認(rèn)脈沖計(jì)數(shù)值為 1。 PLC 的選擇 選擇西門子 S7200 CPU224 的 PLC。 PLC 在每次掃描工作過程中除了執(zhí)行用戶程序外，還要完成內(nèi)部處理、通信服務(wù)等工作。隨著電動機(jī)本身應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬以及各類整機(jī)的不斷小型化，要求與之配套的電動機(jī)也必須越來越小。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與單位時(shí)間內(nèi)輸入的 脈沖數(shù) (即脈沖頻率 )成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。 2）由步進(jìn)電動機(jī)與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價(jià)又非常可靠。 9）步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)溫度過高時(shí)會使電機(jī)的 磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 8090 度完全正常。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，這個(gè)步距角可以稱之為“電機(jī)固有步距角”，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動 器有關(guān)。 。由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有鉗制轉(zhuǎn)矩?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 3）混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，它又分為兩相和五相。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)使用的步進(jìn)電機(jī)選用的是型號為 DM4250E 的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，該型號的步進(jìn)電機(jī)步矩角為 176。繞組接線 如圖 42 所示： 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)的控制 19 2648BB 圖 42 兩相混合式步進(jìn)電動機(jī)的繞組接線 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動器和控制器才能正常工作。 當(dāng) A 相繞組通電時(shí) ， 在轉(zhuǎn)子 N 極端磁極 1 上的繞組產(chǎn)生的 S 磁極吸引轉(zhuǎn)子N 極 ， 使得磁極 1 下是齒對齒 ， 磁力線由轉(zhuǎn)子 N 極指向磁極 1 齒面 ，