【正文】 大功率晶體管，以滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅(qū)動(dòng)要求。在轉(zhuǎn)子S極端也是同樣道理,當(dāng)繞組齒對(duì)齒時(shí),176。當(dāng)A相斷電B相通電時(shí)，磁極2產(chǎn)生N極性，吸合離它最近的S極轉(zhuǎn)子7齒，176。A相繞組通電時(shí)轉(zhuǎn)子N極端、S極端轉(zhuǎn)子平衡。 驅(qū)動(dòng)器的選擇本設(shè)計(jì)選用型號(hào)為DMD402A的驅(qū)動(dòng)器。cm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量36g 步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一， 廣泛應(yīng)用在各種家電產(chǎn)品中，例如打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、玩具、雨刷、機(jī)械手臂和錄像機(jī)等。 步進(jìn)電機(jī)的分類按其工作方式分為功率式和伺服式：功率式輸出轉(zhuǎn)矩較大，能直接帶動(dòng)較大的負(fù)載；伺服式輸出轉(zhuǎn)矩較小，只能帶動(dòng)較小的負(fù)載，對(duì)于大負(fù)載需通過液壓放大元件來(lái)傳動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字/角度轉(zhuǎn)換器，也是一個(gè)串行的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，176。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。PLC直接控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)由PLC和步進(jìn)電機(jī)組成，PLC具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù)，輸出信號(hào)的頻率可以達(dá)到數(shù)千赫茲或更高，使得脈沖分配能有很高的分配速度，充分利用步進(jìn)電機(jī)的速度響應(yīng)能力，提高整個(gè)系統(tǒng)的快速性。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器，減速齒輪等和電動(dòng)機(jī)本體綜合設(shè)計(jì)在一起，這樣使其能方便地組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，因而具有更加優(yōu)越的控制性。整個(gè)過程掃描執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期。 工作方式 S7200 有3種工作方式：RUN(運(yùn)行) 、STOP(停止) 、TERM(terminal ,終端) 工作方式，可通過安裝在PLC 上的方式選擇開關(guān)進(jìn)行切換。這樣就保證了輸出脈沖串的連續(xù)性。 PTO的使用PTO是可以指定脈沖數(shù)和周期的占空比為50%的高速脈沖串的輸出。執(zhí)行PLS指令時(shí)，S7200讀這些特殊存儲(chǔ)器位（SM），然后執(zhí)行特殊存儲(chǔ)器位定義的脈沖操作，即對(duì)相應(yīng)的PTO/PWM發(fā)生器進(jìn)行編程。PLC與打印機(jī)相連可將過程信息，系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。 I/O擴(kuò)展機(jī)每種PLC都有與主機(jī)相配的擴(kuò)展模塊，用來(lái)擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，以便根據(jù)控制要求靈活組合系統(tǒng)。這些程序與用戶無(wú)直接關(guān)系，已由廠家直接固化進(jìn)EPROM中，不能由用戶直接存取、修改。由于體積小，PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想的控制設(shè)備。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。而且某些僅有開關(guān)量邏輯控制功能的PLC只有十幾條指令。第二章 西門子 S7200 PLC PLC的產(chǎn)生傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但隨著應(yīng)用需求及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品技術(shù)性能的提升（如步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的脈沖響應(yīng)頻率及精度，HMI及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的通訊功能），PLC將繼續(xù)得已完善和發(fā)展。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同:1）中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。本文主要論述了步進(jìn)電機(jī)的原理及驅(qū)動(dòng)方法，并在S7200 PLC的基礎(chǔ)上，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能，其啟動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運(yùn)行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，且可獲得較高的控制精度，因而廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、鐘表、數(shù)字系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)及航天工業(yè)裝置中。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。1968年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，想尋找一種方法，以盡可能減少重新設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)和接線、降低成本、縮短時(shí)間，而考慮把計(jì)算機(jī)的功能完善、通用靈活等優(yōu)點(diǎn)與繼電器控制的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種通用控制裝置，提出了研制PLC的基本設(shè)想：，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；，最好是插件式結(jié)構(gòu)；；；；；；，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；，原有系統(tǒng)只需做很小的改動(dòng)；。用戶在硬件方面的設(shè)計(jì)工作只是確定PLC的硬件配置和外部接線。PLC的梯形圖程序很容易掌握，設(shè)計(jì)和調(diào)試梯形圖所花的時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖花的時(shí)間要少得多。CPU是PLC的核心，其作用類似于人的大腦。輸出單元接收經(jīng)過CPU處理過的輸出數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接收的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥和指示器件等。其中編程器是PLC必不可少的重要外圍設(shè)備，由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開關(guān)和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成，主要用于對(duì)用戶程序進(jìn)行輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來(lái)監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。當(dāng)PLC與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。注意：所有控制位、周期、脈沖寬度和脈沖計(jì)數(shù)值的默認(rèn)值均為零。（1）周期和脈沖數(shù)周期范圍從50微秒至65,535微秒或從2毫秒至65,535毫秒，為16位無(wú)符號(hào)數(shù)，時(shí)基有μs和ms兩種，通過控制字節(jié)的第三位選擇。單段流水線是指：流水線中每次只能存儲(chǔ)一個(gè)脈沖串的控制參數(shù)，初始PTO段一旦起動(dòng)，必須按照對(duì)第二個(gè)波形的要求立即刷新SM，并再次執(zhí)行PLS指令，第一個(gè)脈沖串完成，第二個(gè)波形輸出立即開始，重復(fù)此這一步驟可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)脈沖串的輸出。(3) TERM方式：在TERM方式下，允許使用工業(yè)編程軟件STEP 7Micro/WIN32來(lái)控制CPU的工作方式。 S7200系列主要有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：(1)極高的可靠性；(2)易于掌握；(3)極其豐富的指令集；(4)便捷的操作特性；(5)實(shí)時(shí)特性；(6)豐富的內(nèi)置集成功能；(7)強(qiáng)大的通信能力；(8)豐富的擴(kuò)展模塊。目前利用可編程序控制器（PLC）可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和位置的控制，方便地進(jìn)行各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作，它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化革命，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸人脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸人的脈沖數(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)。6）速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。/176。由于步進(jìn)電機(jī)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(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。從步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組所加的電源形式來(lái)看，與一般交流和直流電動(dòng)機(jī)不同，既不是正弦波，也不是恒定直流，而是脈沖電壓、電流，所以有時(shí)也稱為脈沖電動(dòng)機(jī)或電脈沖馬達(dá)。按運(yùn)動(dòng)方式：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)、平面運(yùn)動(dòng)和滾切運(yùn)動(dòng)按工作原理：反應(yīng)式（磁阻式）、永磁式、永磁感應(yīng)子式（混合式）。還可以通過控制頻率很方便的改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度，達(dá)到任意調(diào)速的目的，因此步進(jìn)電機(jī)可以廣泛的應(yīng)用于各種開環(huán)控制系統(tǒng)中。轉(zhuǎn)子由環(huán)形磁鋼和兩段鐵芯組成，環(huán)形磁鋼在轉(zhuǎn)子中部，軸向充磁，兩段鐵芯分別裝在磁鋼的兩端，使得轉(zhuǎn)子軸向分為兩個(gè)磁極。功率放大器將電源功率轉(zhuǎn)換為電機(jī)輸出功率驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。/50=176。176。具體參數(shù)參照附錄。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通電順序按 ：A+—B+—A—B導(dǎo)通斷開時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。硬件電路用西門子PLC、驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)而成。在導(dǎo)師的指導(dǎo)和幫助下，我順利地完成了這次設(shè)計(jì)任務(wù)，在此向武老師致以最誠(chéng)摯的感謝！雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了，但是，由于自己所學(xué)的知識(shí)有限，在很多方面還不夠全面，我希望在以后的工作和專業(yè)發(fā)展中，導(dǎo)師能繼續(xù)給以指導(dǎo)和幫助。表04