【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。 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。兩相 。 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。另外步進(jìn)電機(jī)也廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中。由于通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)可以很方便的控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角位移，且步進(jìn)電機(jī)的誤差不積累，可以達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。還可以通過(guò)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。第三章 西門子 S7200 PLC S7200 PLC S7200PLC 是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的一種小型 PLC，其許多功能可達(dá)到大、中型PLC 的水平，而價(jià)格卻與小型 PLC 的一樣，因此，它一經(jīng)推出，就受到了廣泛的關(guān)注。在 2022 年以前，西門子在中國(guó)市場(chǎng)的 PLC 產(chǎn)品主要是大中型 PLC，日本的小型 PLC占據(jù)了中國(guó)大部分的市場(chǎng)份額。在 S7200PLC 推出后，這種情況得到了明顯的改善，最近幾年來(lái)的小型 PLC 市場(chǎng)上 S7200PLC 成為了主流產(chǎn)品。西門子最早的小型 PLC 產(chǎn)品是在上世紀(jì)末推出的 S7200CPU21*系列的 PLC，但很快就被 CPY22*系列的產(chǎn)品所取代了。由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面（HMI ）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)?，F(xiàn)在最新版的 S7200PLC 系列 PLC 是在 2022 年推出的，它的主要特點(diǎn)是：較高的可靠性、豐富的指令集、豐富的內(nèi)置集成功能、實(shí)時(shí)特性強(qiáng)和強(qiáng)大的通信能力。 硬件系統(tǒng)S7200PLC屬于小型PLC，其主機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是整體式，主機(jī)上有一頂數(shù)量的輸入/輸出(I /O)點(diǎn)，一個(gè)主機(jī)單元就是一個(gè)系統(tǒng)。它還可以進(jìn)行靈活的擴(kuò)展，如果(I /O)點(diǎn)不夠，則可增加(I /O)擴(kuò)展模塊；如果需要其他特殊功能，如特殊通信或定位控制等，則可以增加相應(yīng)的功能模塊。：編程工具C P U主機(jī)模塊H M I人機(jī)模塊擴(kuò)展模塊功能模塊通信模塊工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線圖 S7200 PLC 系統(tǒng)組成主機(jī)單元：主機(jī)單元，又稱基本單元或CPU模塊。它由CPU 、存儲(chǔ)器、基本輸入/輸出點(diǎn)和電源等組成，是PLC 的主要部分。實(shí)際上它就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。擴(kuò)展單元：擴(kuò)展單元，又稱擴(kuò)展模塊。當(dāng)主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)不同、性質(zhì)不同、供電電壓不同，I/O擴(kuò)展模塊有多種類型。每個(gè)CPU所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的I/O點(diǎn)數(shù)是由多種因素共同決定的。特殊功能模塊：當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，需要擴(kuò)展功能模塊。它們是完成某種特殊控制任務(wù)的一些裝置，如運(yùn)動(dòng)控制模塊、特殊通信模塊等。相關(guān)設(shè)備：相關(guān)設(shè)備是為充分和方便利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)、使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機(jī)操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。軟件：軟件是為管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序，對(duì)S7200PLC來(lái)說(shuō)，與之配套的軟件主要有STEP7Micro/WIN和HMI人機(jī)界面的組態(tài)編程軟件Pro Tool、 Win CC flexible。 軟元件用戶使用的PLC中的每一個(gè)輸入/輸出、內(nèi)部存儲(chǔ)單元、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等都稱作軟元件。軟元件是PLC內(nèi)部的具有一定功能的器件，這些器件實(shí)際上是由電子電路和寄存器及存儲(chǔ)器單元等組成。為了把這種元器件和傳統(tǒng)電氣控制電路中的繼電器區(qū)別開來(lái)，把它們成為軟元件或者軟繼電器。它們最大的特點(diǎn)是：1）軟元件是看不見、摸不著的，不存在物理性的觸點(diǎn)；2）每個(gè)軟元件可提供無(wú)限個(gè)常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)；3）體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)。 常用軟元件有：輸入繼電器（I）、輸出繼電器(Q )、通用輔助繼電器(M)、特殊繼電器(SM)、變量存儲(chǔ)器 (V)、局部變量存儲(chǔ)器(L)、順序控制繼電器(S)、定時(shí)器(T)、計(jì)數(shù)器(C)、模擬量輸入映像寄存器(AI)、模擬量輸出映像寄存器(AQ)、高速計(jì)數(shù)器(HC)、累加器(AC )等。 [3] PLC 技術(shù)在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍。繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。隨著電動(dòng)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(dòng)機(jī)也必須越來(lái)越小。對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。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。向五相和三相電動(dòng)機(jī)方向發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動(dòng)機(jī)，其振動(dòng)和噪聲較大，而五相和三相電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)勢(shì)性。而就這兩種電動(dòng)機(jī)而言，五相電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路比三相電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，因此三相電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的性能價(jià)格比要比五相電動(dòng)機(jī)更好一些。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)。用 PLC 對(duì)步進(jìn)電機(jī)也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運(yùn)動(dòng)控制功能，現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當(dāng)對(duì)其施加一個(gè)電脈沖時(shí)，其輸出軸便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度。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)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的相序，便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向。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。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(jí)脈沖電壓、1A 級(jí)脈沖電流的驅(qū)動(dòng)要求。第四章 S7200 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)方法很多，按照使用的控制裝置來(lái)分可以分為:普通集成電路控制、單片機(jī)控制、工業(yè)控制機(jī)控制、可編程控制器控制等幾種。本設(shè)計(jì)選用西門子 S7200 PLC 通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)。 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(hào)為 42H2P3412A4 的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，該型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)步矩角為 176。，相電流 ，相電阻 ，相電感 ，靜轉(zhuǎn)矩cm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 41gcm2，軸徑 5mm，引線 4 條，機(jī)身長(zhǎng) 34mm [4]。兩相混合式步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示：圖 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，A、B兩相繞組沿徑向分相，沿著定子圓周有8個(gè)凸出的磁極，7磁極屬于A 相繞組，8磁極屬于B相繞組，定子每個(gè)極面上有5個(gè)齒，極身上有控制繞組。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。轉(zhuǎn)子鐵芯上均勻分布50個(gè)齒，兩段鐵芯上的小齒相互錯(cuò)開半個(gè)齒距，定轉(zhuǎn)子的齒距和齒寬相同。線圈7串聯(lián)組成A相繞組；線圈8串聯(lián)組成B相繞組。繞組接線： 1537A A 2648BB圖 兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組接線 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動(dòng)器和控制器才能正常工作。驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)器的選擇本設(shè)計(jì)選用型號(hào)為2MA320 的驅(qū)動(dòng)器。該型號(hào)驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)：1） 供電電壓DC1236V或AC1224V2） 3） 細(xì)分精度1128細(xì)分可選4） 光隔離信號(hào)輸入5） 電機(jī)噪聲優(yōu)化功能6） 、四相混合式步進(jìn)電機(jī)7）20KHz斬波頻率 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)：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 驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)接口電路用光電隔離方式將運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器連接起來(lái)，避免驅(qū)動(dòng)器中的大電流干擾信號(hào)經(jīng)地線竄入運(yùn)動(dòng)控制器電路。環(huán)形分配器將脈沖及方向信號(hào)按設(shè)定的節(jié)拍方式，轉(zhuǎn)換為功放管的導(dǎo)通和截止信號(hào)，從而控制各相繞組的通電和斷電。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)。：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器A +A B +B A C 1A C 2驅(qū)動(dòng)電源圖 本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路接線圖