第四章-常用控制程序设计PPT课件.ppt

第4章常用控制程序的设计 知识点 报警程序设计 开关量接口设计 光电隔离 继电器输出接口 固态继电器输出接口 场效应管开关接口 可控硅接口 电磁阀接口 电机控制接口 重点 开关量输出接口技术及控制方法 难点 闭环脉冲宽度调速系统 1 基本要求 1 识记 硬件报警电路设计 软件报警程序设计 占空比 脉冲宽度调节 步进电机控制 电机速度控制 2 领会 报警电路及程序的设计 光电偶合电路的原理及应用 功率放大器接口技术的应用 3 简单应用 步进电机与微型计算机的接口设计 计算及程序编制方法 4 综合应用 直流电机接口技术及其应用 PWM电机接口硬件设计及程序编制 2 4 1报警程序的设计4 2开关量输出接口技术4 3电机控制接口技术4 4步进电机控制接口技术 3 4 1报警程序设计 在控制系统中 为了安全生产 对于一些重要的参数或者系统部位 都设有紧急状态报警系统 以便提醒工作人员注意 或采取紧急措施 为什么需要报警 其方法就是把采集的数据与参数的上下限相比较 如果高于上限值或低于下限值则进行报警 怎么报警 4 4 1 1常用的报警方式 光报警发光二极管报警电路声报警KD956X系列发声芯片图形报警图形与声音混合报警 5 4 1 1常用报警方式 1 发光二极管及白炽灯驱动电路 1 报警方法不同采用的驱动电路方式也不同 发光二极管的驱动电流一般在20 30mA 不能直接由TTL电平驱动 常采用OC门驱动器 如74LS06 07等 白炽灯报警时 应该使用交流固态继电器进行控制 2 为了能保持报警状态 常采用带有锁存器的I O接口芯片 Intel8155 8255A 也可选用一般的锁存器 74LS273 74LS373 或74LS377等 微机控制技术 6 4 1 1常用报警方式 图4 1LED报警接口电路 微机控制技术 7 4 1 2简单报警程序的设计 1 软件报警程序这种方法的基本作法是把被测参数如温度 压力 流量 速度 成分等参数 经传感器 变送器 模 数转换器 送到微型机后 再与规定的上 下限值进行比较 根据比较的结果进行报警或处理 整个过程都由软件实现 这种报警程序又可分简单上 下限报警程序 以及上 下限报警处理程序 微机控制技术 8 4 1 2简单报警程序的设计 2 硬件申请 软件处理报警程序报警要求直接由传感器产生 例如 电接点式压力报警装置当压力高于 或低于 某一极限值时 接点即闭合 正常时则打开 利用开关量信号 通过中断的办法来实现对参数或位置的监测 例如 行车系统 电接点压力表等 微机控制技术 9 4 1 2简单报警程序的设计 根据系统和参数的要求 报警程序可分为 简单的越限报警程序 报警处理程序 微机控制技术 10 4 1 2简单报警程序的设计 图4 3锅炉三冲量调节系统P98 微机控制技术 汽包水位是锅炉正常工作的重要指标 11 4 1 2简单报警程序的设计 系统设计有3个报警参数 水位上 下限 炉膛温度上 下限 蒸汽压力下限 如图4 4中所示 要求当各参数全部正常时 绿灯亮 若某一个参数不正常 将发出声光报警信号 微机控制技术 12 4 1 2简单报警程序的设计 图4 4锅炉报警系统图P99 微机控制技术 13 4 1 2简单报警程序设计 RAM地址分配情况 响铃 14 4 1 2简单报警程序的设计 程序设计思想 设置一个报警模型标志单元ALARM 把各参数的采样值分别与上 下限值进行比较 若某一位需要报警 则将相应位置1 否则 清0 所有参数判断完毕后 看报警模型单元ALARM的内容是否为00H 若为00H 说明所有参数均正常 使绿灯发光 不等于00H 则说明有参数越限 输出报警模型 程序流程图 如图4 5所示 设3个参数的采样值 X1 水位 X2 炉膛温度 X3 蒸汽压力 依次存放在以SAMP为首地址的内存单元中 相应的允许极限值依次放在以LIMIT为首地址的内存区域内 报警标志位单元为ALARM 微机控制技术 15 4 1 2简单报警程序的设计 微机控制技术 图4 5软件报警程序模块流程图P101 16 ORG8000HALARM MOVDPTR SAMP 采样值存放地址 DPTRMOVXA DPTR 取X1MOVALARM 00H 报警模型单元清0ALARM0 CJNEA LIMIT AA X1 MAX1吗ALARM1 CJNEA LIMIT 1 BB X1MAX2吗ALARM3 CJNEA LIMIT 3 DD X2 MIN2吗ALARM4 INCDPTR 取X3MOVXA DPTRCJNEA LIMIT 4 EE X3 MIN3吗DONE MOVA 00H 判断是否有参数报警CJNEA ALARM FF 若有 转FFSETB05H 无需报警 输出绿灯亮模型 根据图4 5所示可写出锅炉软件报警程序 如下所示 微机控制技术 17 DONE1 MOVA ALARMMOVP1 ARETFF SETB07H 置电笛响标志位ATMPDONE1SAMPEQU8100HLIMITEQU30HALARMEQU20HAA JNCAOUT1 X1 MAX1转AOUT1AJMPALARM1BB JCAOUT2 X1MAX2转AOUT3AJMPALARM3DD JCAOUT4 X2 MIN2转AOUT4AJMPALARM4 微机控制技术 18 EE JCAOUT5 X3 MIN3转AOUT5AJMPDONEAOUT1 SETB00H 置X1超上限报警标志AJMPALARM2AOUT2 SETB01H 置X1超下限报警标志AJMPALARM2AOUT3 SETB02H 置X2超上限报警标志AJMPALARM4AOUT4 SETB03H 置X2超下限报警标志AJMPALARM4AOUT5 SETB04H 置X1超下限报警标志AJMPDONE 微机控制技术 19 4 1 2简单报警程序的设计 2 硬件报警程序设计某些根据开关量状态进行报警的系统 为了使系统简化 可以不用上面介绍的软件报警方法 而是采用硬件申请中断的方法 直接将报警模型送到报警口中 这种报警方法的前提条件是被测参数与给定值的比较是在传感器中进行的 例如 电结点式压力计 电结点式温度计 色带指示报警仪等 都属于这种传感器 不管原理如何 它们的共同点是 当检测值超过 或低于 上 下限值时 结点开关闭合 从而产生报警信号 这类报警系统电路图 如图4 6所示 微机控制技术 20 4 1 2简单报警程序的设计 图4 6硬件直接报警系统原理图 微机控制技术 报警结点 21 4 1 2简单报警程序的设计 图4 6中 SL1和SL2分别为液位上 下限报警结点 SP表示蒸汽压力下限报警结点 ST是炉膛温度上限超越结点 只要三个参数中的一个 或几个 超限 即结点闭合 管脚都会由高变低 向CPU发出中断申请 CPU响应后 读入报警状态P1 3 P1 0 然后从P1口的高4位输出 完成超限报警的工作 采用中断工作方式 既节省了CPU计算的宝贵时间 又能不失时机地实现参数超限报警 微机控制技术 22 ORG0000HAJMPMAIN 上电自动转向主程序ORG0003H 外部中断方式0入口地址AJMPALARMORG0200HMAIN SETBIT0 选择边沿触发方式SETBEX0 允许外部中断0SETBEA CPU允许中断HERE SJMPHERE 模拟主程序ORG0210HALARM MOVA 0FFH 设P1口为输入口MOVP1 AMOVA P1 取报警状态SWAPA MOVP1 A 输出报警信号RETI 根据图4 6可写出报警程序如下 微机控制技术 23 4 2开关量输出接口技术 在过程控制系统中 被测参数经采样处理计算之后 常需要进行控制 输出设备往往需大电压 或电流 来控制 而微型机系统输出的开关量大都为TTL CMOS电平 一般不能直接驱动外部设备开启或关闭 许多外部设备 如大功率直流电机 接触器等 在开关过程中会产生很强的电磁干扰信号 如不加隔离可能会使微机控制系统中造成误动作或损坏 开关量输出控制中必须认真考虑并设法解决的两个问题放大 隔离 微机控制技术 24 4 2开关量输出接口技术 4 2 1光电隔离技术4 2 2继电器输出接口技术4 2 3固态继电器输出接口技术4 2 4大功率场效应管开关接口技术4 2 5可控硅接口技术4 2 6电磁阀接口技术 25 4 2 1光电隔离技术 光电隔离器的工作原理原边发光二极管发出红外光 次边光敏三极管接受光照导通隔离电压在2500V到10000V之间输入电流在10MA 图4 14光电隔离器原理图P106 26 4 2 1光电隔离技术 光电隔离器的工作原理原边发光二极管发出红外光 次边光敏三极管接受光照导通隔离电压在2500V到10000V之间输入电流在10MA作用和应用场合 用于对原边所在回路和次边回路进行电气隔离保护CPU不受次边的异常大电流 大电压影响如果负载电流较小 可以直接驱动 否则需要后边需要加驱动电路注意事项 原边和次边要接独立的电源 27 4 2 1光电隔离技术 图4 15正确的隔离P107 微机控制技术 28 4 2 1光电隔离技术 图4 16不正确的隔离P107 微机控制技术 29 4 2 2继电器输出接口技术 组成及原理 由原边线圈和次边触点构成功能及应用有一定的电气隔离作用 但是不是完全的电隔离一般原边线圈可以用直流低压 9V 12V 24V 控制 次边触点可以接入220V及220V以下的回路中如果与计算机接口需要前级加光电隔离器线圈一般并联一个保护作用的二极管 当线圈失电 线圈快速可以释放剩余的感应电流 30 4 2 2继电器输出接口技术 图4 17继电器接口电路 微机控制技术 1 0 保护晶体管T9013 31 4 2 2继电器输出接口技术 不同的继电器 其线圈驱动电流的大小 以及带动负载的能力不同 选用时应考虑下列因素 继电器额定工作电压 或电流 接点负荷 接点的数量或种类 常闭或常开 继电器的体积 封装形式 工作环境 接点吸合或释放时间等 微机控制技术 32 4 2 3固态继电器输出接口技术 特点及优点 是电磁式继电器的替代品实际上是带光电隔离的无触点开关输入控制电流小 输出无触点 体积小 动作无噪声 无抖动 开关速度快 工作可靠 分类 直流型SSR交流型SSR 33 4 2 3固态继电器输出接口技术 1 直流型SSR输入端是一个光电隔离器 可用OC门或晶体管直接驱动 输出端经整型放大后带动大功率晶体管输出 输出工作电压可达30 180V 5V开始工作 微机控制技术 应用直流SSR主要用于带有直流负载的场合 如直流电机控制 直流步进电机控制 和电磁阀等 34 4 2 3固态继电器输出接口技术 图4 18直流型SSR原理图 微机控制技术 35 图4 19步进电机控制原理图 微机控制技术 36 4 2 3固态继电器输出接口技术 2 交流型SSR 1 采用双相可控硅作为开关器件 用于交流大功率驱动场合 如交流电机控制 交流电磁阀控制等 2 交流型SSR又可分为过零型和移相型两类 非过零型SSR 在输入信号时 不管负载电流相位如何 负载端立即寻通 过零型必须在负载电源电压接近零且输入控制信号有效时 输入端负载电源才导通 当输入的控制信号撤消后 不论哪一种类型 它们都是流过双向可控硅负载电流为零时才关断 微机控制技术 37 4 2 3固态继电器输出接口技术 图4 20交流过零型SSR原理图 微机控制技术 38 4 2 3固态继电器输出接口技术 一个交流型SSR控制单向交流控制电机的实例如图4 22所示 图中 改变交流电机通电绕组 即可控制电机的旋转方向 例如用它控制流量调节阀的开和关 从而实现控制管道中流体流量的目的 微机控制技术 39 4 2 3固态继电器输出接口技术 图4 22用交流SSR控制交流电机原理图P110 微机控制技术 1 0 1 40 4 2 3固态继电器输出接口技术 在图4 22中 当控制端PC0输出为低电平时 经反相后 使上边的SSR导通 下的SSR截止使交流电通过A相绕组正转 反之 如果PC0输出高电平 则上边SSR的截止 下边的SSR导通 使交流电流经B相 电机反转 图中Rp Cp组成浪涌电压吸收回路 通常Rp为100 左右 CP为0 1 F RM为压敏电阻 用做过电压保护 其电压取值范围通常为电源电压有效值的1 6 1 9倍 市售有专门适用于交流220V或380V的压敏电阻 交流型固态继电器选用时主要注意它的额定电压和额定工作电流 微机控制技术 41 4 2 4大功率场效应管开关接口技术 大功率场效应管开关的特点 输入阻抗高 关断漏电流小 响应速度快 与同功率继电器相比 体积较小 价格便宜 所以在开关量输出控制中也常作为开关元件使用 场效应管的种类非常多 如IRF系列 电流可从几个mA 几十A 耐压可从几十V 几百V 因此可以适合任何场合 微机控制技术 42 4 2 4大功率场效应管开关接口技术 值得说明的是 由于大功率场效应管本身没有隔离作用 故使用时为了防止高压对微型机系统的干扰和破坏 通常在它的前边加一级光电隔离器 如4N25 TIL113等 微机控制技术 43 4 2 4大功率场效应管开关接口技术 图4 23大功率场效应管的表示符号 微机控制技术 控制栅极G 漏极D 源极S 1 NPN型 44 图4 24采用大功率场效应管的步进电机控制电路原理图P111 微机控制技术 大功率场效应管 只作开关 45 4 2 5可控硅接口技术 可控硅 SiliconControlledRectifier 简称SCR 大功率电器元件 也称晶闸管 它具有体积小 效率高 寿命长等优点 在自动控制系统中 作为大功率驱动器件 实现用小功率控件控制大功率设备 它在交直流电机调速系统 调功系统以及随动系统中得到了广泛的应用 可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种 微机控制技术 46 4 2 5可控硅接口技术 可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种 1 单向可控硅图4 25 a 单向可控硅的表示符号 3个引脚 A为阳极 K为阴极 G为控制极 4层半导体材料组成 等效于P1N1P2和N1P2N2两个三极管 如图4 25 b 所示 微机控制技术 47 4 2 5可控硅接口技术 图4 25可控硅结构P112 微机控制技术 阴极 阳极 控制极 48 4 2 5可控硅接口技术 工作原理 当阳极电位高于阴极电位且控制极电流增大到一定值 触发电流 时 可控硅由截止转为导通 导通后 Ig即使为零 可控硅仍保持导通状态 直到阳极电位小于或等于阴极电位时 可控硅才由导通变为截止 其特性曲线如图4 26所示 单向可控硅多用于直流大电流场合 在交流系统中常用于大功率整流回路 微机控制技术 即阳极电流小于维持电流 49 4 2 5可控硅接口技术 图4 26可控硅输出特性p112 微机控制技术 50 4 2 5可控硅接口技术 2 双向可控硅也称三端双向可控硅 简称TRIAC 在结构上相当于两个单向可控硅反向连接 如图4 27所示 具有双向导通功能 通断状态由控制极G决定 G上加正脉冲 或负脉冲 可使其正向 或反向 导通 这种装置的优点是控制电路简单 没有反向耐压问题 因此特别适合作交流无触点开关使用 微机控制技术 51 4 2 5可控硅接口技术 图4 27双向可控硅的符号 结构及伏安特性p113 微机控制技术 52 4 2 5可控硅接口技术 可控硅在与微型计算机接口连接时也 在单片机控制系统中 常用单片机的某一根接口线或外接I O接口的某一位产生触发脉冲 为了提高效率 要求触发脉冲与交流电压同步 通常采用检测交流电过零点来实现 图4 28所示为某电炉温度控制系统可控硅控制部分的电路原理图 微机控制技术 53 4 2 5可控硅接口技术 图4 28可控硅加热炉控制系统的原理p113 微机控制技术 需加接光电隔离器 触发脉冲电压应大于4V 脉冲宽度应大于20 s 54 4 2 6电磁阀接口技术 1 电磁阀是在气体或液体流动的管路中受电磁力控制开闭的阀体 2 广泛用于液压机械 空调 热水器 自动机床等系统3 它由线圈 固定铁芯 可动铁芯及阀体等组成 线圈不通电时 可动铁芯受弹簧作用与固定铁芯脱离 阀门处于关闭状态 线圈通电时 可动铁芯克服弹簧的弹力作用与固定铁芯吸合 阀门处于打开状态控制了液体和气体的流动 流体推动油缸或气缸转换为物体的机械运动 完成往复运动 4 电磁阀有交流和直流两种 交流电磁阀使用方便 但容易产生颤动 启动电流大 并会引起发热 直流电磁阀可靠 但需专门电源 如12V 24V 48V 微机控制技术 55 4 2 6电磁阀接口技术 图4 29电磁阀结构原理图p114 微机控制技术 56 4 2 6电磁阀接口技术 电磁阀种类很多 常用的换向阀有两位三通 两位四通 三位四通等 这里所谓的位是指滑阀位置 通指流体的通路 工作原理与继电器基本相同 故与微型机的接口也由光电隔离及开关电路等来控制的 微机控制技术 57 4 2 6电磁阀接口技术 图4 30交流电磁阀接口电路p114 微机控制技术 光电隔离器 双向可控硅 58 4 2 6电磁阀接口技术 图中交流电磁阀圈由双向可控硅KS驱动 KS的选择要满足 额定工作电流为交流电磁阀线圈工作电流的2 3倍 额定工作电压为交流电磁阀线圈电压的2 3倍 对于中小尺寸 220V工作电压的交流电磁阀 可以选择3A 600V的双向可控硅 光电隔离器MOC3041的作用是触发双向晶闸管KS以及隔离微型机和电磁阀系统 光电隔离器的输入端接7407 电单片机8031的P1 0脚控制 当P1 0输出为低电平时 双向晶闸管KS导通 电磁阀吸合 P1 0输出高电平时 双向晶闸管KS关断 电磁阀释放 MOC3041内部带有过零电路 因此 双向晶闸管KS工作在过零触发方式 微机控制技术 59 4 3电机控制接口技术 工业企业中 常用电机作原动机去拖动各种生产机械 如各种机床 电铲 吊车 轧钢机 抽水机 鼓风机 阀门 传送带等 在自动控制系统中 各种类型小巧灵敏的控制电机广泛作为检验 放大 执行和解算元件 随着系统的发展 对电机拖动系统的要求愈来愈高 如 提高加工精度及工作速度 快速启动 制动及逆转 实现宽范围内的调速和整个生产过程自动化等 要完成这些任务 还必须有自动化控制设备来控制电机 微机控制技术 60 4 3电机控制接口技术 4 3 1小功率直流电机调速原理4 3 2开环脉冲宽度调速系统4 3 3PWM调速系统设计4 3 4闭环脉冲宽度调速系统4 3 5交流电机的控制接口技术 61 4 3 1小功率直流电机调速原理 微机控制技术 图4 31脉冲宽度调速系统原理图 62 4 3 1小功率直流电机调速原理 在励磁式直流伺服电机中 在励磁电压和负载转矩恒定时电机转速由电枢电压Ua决定 电枢电压越高 电机转速就越快 电枢电压Ua降至0V时 电机仃转 改变电枢电压的极性 电机改变转向 使用计算机控制小功率直流电机调速系统的方法 改变电机电枢电压接通或断开时间的比值 即占空比 控制马达转速 称为脉冲宽度调制 PulseWidthModulation 简称PWM PWM调速原理如图4 31所示 微机控制技术 63 4 3 1小功率直流电机调速原理 图4 32平均速度与占空比的关系 微机控制技术 Vd与占空比D不是完全线性关系 近似线性关系 64 4 3 2开环脉冲宽度调速系统 图4 33开环脉冲宽度调速系统原理图 微机控制技术 1 开环脉冲宽度调速系统的组成 65 4 3 2开环脉冲宽度调速系统 它由五部分组成 1 占空比D的设定人工设定通过开关给定 8位二进制数 改变开关的状态 即可改变占空比的大小 用电位器给定经A D转换器接到微型机作为给定值 由拨码键盘给定每个拨码键盘给出一位BCD码 4位二进制数 若采用两位BCD码数 则需并行用两个拨码开关 微机控制技术 66 4 3 2开环脉冲宽度调速系统 2 脉冲宽度发生器根据给定平均速度 计算出占空比 用软件方法实现 3 电子开关 大功率场效应管开关 固态继电器或可控硅 用来接通或断开电机定子电源 一般需要加光电隔离器 4 驱动器将计算机输出的脉冲宽度调制信号加以放大 控制电机定子电压接通或断开的时间 由放大器 继电器 TTL集成电路组成驱动器构成 6 电机被控对象 用以带动被控装置 微机控制技术 67 4 3 2开环脉冲宽度调速系统 2 电机控制接口 直流电流控制接口元器件 固态继电器 大功率场效应管 专用接口芯片 如L290 L291 L292 及接口板 所以直流电机与微型机接口可采用以下四种方法 光电隔离器 大功率场效应管 固态继电器 专用接口芯片 专用接口板 微机控制技术 成本低 适用于自行开发的微型机系统 可靠 贵 适用于STD或PC总线工业控制机系统 68 4 3 2开环脉冲宽度调速系统 图4 34采用固态继电器的直流电机接口方法 微机控制技术 69 4 3 3PWM调速系统设计 图4 35带方向控制的直流电机控制原理图 微机控制技术 改变电枢电压的极性 电机随之改变转向 70 图4 36双向电机控制接口电路图 微机控制技术 1 控制接口电路 1 0 71 2 控制系统软件设计 1 对8155初始化 设其A口为输出方式 B口 C口为输入方式 2 读入方向控制标志 给定值N和 启动判断 决定是否启动电机 如不需要启动 则继续检查 需要启动 进一步判断设置的电机转动方向 3 读入占空比D的给定值 4 按照要求输出正向 或反向 控制代码 查对及判断脉冲宽度 单位脉冲个数 是否达到给定值 如未达到要求 则继续输出控制代码 达到给定值 便输出刹车 或滑行 代码 5 重复上述过程 即可达到给定的电机旋转速度 微机控制技术 72 图4 37双向电机控制程序流程图 微机控制技术 73 ORG8000HSTART MOVDPTR 0FD00H 指向8155控制口MOVA 01H 设A口为输出 B口 C口为输入MOVX DPTR ALOOP MOVDPTR 0FD02H 从B口 读入并存储给定值NMOVXA DPTRMOV20H ACPLA 计算并存储 NINCAMOV21H AMOVDPTR 0FD03H 指向8155C口 读入状态标志MOVXA DPTRJBACC 0 INVERT 判旋转方向 反向 转INVERTMOVA 02H 取正向代码OUTPUT MOVDPTR 0FD01H 指向8155A口 输出控制代码MOVX DPTR AMOV22H 20H 延时t1 微机控制技术 74 DELAY1 ACALLDELAY0DJNZ22H DELAY1MOVA 00H 输出滑行代码MOVX DPTR AMOV23H 21H 延时t2DELAY2 ACALLDELAY0DJNZ23H DELAY12AJMPLOOPSTOP MOVA 03H 输出刹车代码MOVDPTR 0FD01H 指向8155A口 输出刹车代码MOVX DPTR AAJMPLOOPINVENT MOVA 01H 输出反向代码AJMPOUTPUTDELAY0 略 软件延时程序 微机控制技术 75 4 4步进电机控制接口技术 4 4 1步进电机的工作原理4 4 2步进电机控制系统的原理4 4 3步进电机与微机接口及程序设计4 4 4步进电机步数及速度的确定方法4 4 5步进电机的变速控制 76 图4 44步进电机原理图 微机控制技术 77 步进电机是利用电磁铁原理 将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机 特点 1 来一个脉冲 转一个步距角 2 控制脉冲频率 可控制电机转速 3 改变脉冲顺序 改变转动方向 4 角位移量或线位移量与电脉冲数成正比 4 4 1步进电机工作原理 78 1 一 步进电机工作原理 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的电气执行元件 电机绕组每接受一个脉冲 转子转过相应的角度 即步距角 低频率运行时 明显可见电机轴是一步一步转动的 故称为步进电动机 以反应式步进电机为例说明工作原理 反应式步进电机利用定子绕组通电励磁 产生反应磁阻转矩实现转动 如图示 定子有三对磁极A A B B C C 若转子有40个齿 则转子的齿距角为 定子每相磁极有5个齿 其齿距宽度与转子一样 则相邻两个齿的夹角必定是9 79 当A相磁极与转子的齿对齐时 即定子齿与转子齿对齐时 磁导率最大 磁阻最小 就会产生右图所示的B C相磁极错齿情况 在B相磁极中心线上应是m号齿 显然 B相磁极中心线是转子的第13个齿再过3 的地方 即B相磁极的齿与转子齿相差3 同理 C相磁极中心线上应是n号齿 即C相磁极中心线是转子的第26个齿再过6 的地方 换而言之 C相磁极的齿与转子齿相差6 依次按A B C A B C 通电流 转子就跟随磁场一步一步转动 若需反向转动 只需改变通电相序A C B A C B 2 80 4 4 1步进电机工作原理 3 几点说明 1 步进电机旋转的根本原因是错齿 2 齿距角 Zr为转子齿数 3 步距角 4 3 式中 N McC为运行拍数 其中Mc为控制绕组相数 C为状态系数 采用单三拍或双三拍时 C 1 采用单六拍或双六拍时 C 2 4 通电一周 转子转过一个齿距角 N为几 一个齿距角分几步走完 微机控制技术 81 4 4 2步进电机控制系统原理 微机控制技术 图4 45步进电机控制系统的组成 82 4 4 2步进电机控制系统原理 图4 46用微型机控制步进电机原理系统图 微机控制技术 83 4 4 2步进电机控制系统原理 本课主要解决如下几个问题 1 用软件的方法实现脉冲序列 2 步进电机的方向控制 3 步进电机控制程序的设计 微机控制技术 84 4 4 2步进电机控制系统原理 但由于步进电机的 步进 是需要一定的时间的 所以在送一高脉冲后 需延长一段时间 以使步进电机达到指定的位置 由此可见 用计算机控制步进电机实际上是由计算机产生一系列脉冲波 微机控制技术 85 4 4 2步进电机控制系统原理 2 方向控制常用的步进电机有三相 四相 五相 六相四种 其旋转方向与内部绕组的通电顺序有关 三相步进电机有三种工作方式 单三拍 通电顺序为A B C 双三拍 通电顺序为AB BC CA 三相六拍 通电顺序为A AB B BC C CA 微机控制技术 86 4 4 2步进电机控制系统原理 改变通电顺序可以改变步进电机的转向关于四相 五相 六相的步进电机 其通电方式和通电顺序与三相步进电机相似 读者可自行分析 本书主要以三相步进电机为例进行讲述 微机控制技术 87 4 4 2步进电机控制系统原理 3 步进电机的方向控制方法是 1 用微型机输出接口的每一位控制一相绕组 例如 用8255控制三相步进电机时 可用PC O PC 1 PC 2分别接至步进电机的A B C三相绕组 2 根据所选定的步进电机及控制方式 写出相应控制方式的数学模型 如上面讲的三种控制方式的数学模型分别为 微机控制技术 88 4 4 2步进电机控制系统原理 三相单三拍 微机控制技术 89 4 4 2步进电机控制系统原理 同理 可以得出双三拍和三相六拍的控制模型 双三拍03H 06H 05H 三相六拍01H 03H 02H 06H 04H 05H以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型 如按逆序进行控制 步进电机将向相反方向转动 微机控制技术 90 4 4 3步进电机与微型机的接口及程序设计 1 步进电机与微型机的接口电路由于步进电机的驱动电流比较大 所以微型机与步进电机的连接都需要专门的接口电路及驱动电路 接口电路可以是锁存器 也可以是可编程接口芯片 如8255 8155等 驱动器可用大功率复合管 也可以是专门的驱动器 光电隔离器 一是抗干扰 二是电隔离 其原理接口电路如图4 48和4 49所示 微机控制技术 91 4 4 3步进电机与微型机的接口及程序设计 图4 48步进电机与微型机接口电路之一 微机控制技术 92 4 4 3步进电机与微型机的接口及程序设计 在图4 48中 当PC口的某一位 如PC0 输出为0时 经反向驱动器变为高电平 使达林顿管导通 A相绕组通电 反之 当PC0 1时 A相不通电 由PC1和PC2控制的B相和C相亦然 总之 只要按一定的顺序改变PC0 PC2三位通电的顺序 则可控制步进电机按一定的方向步进 微机控制技术 93 4 4 3步进电机与微型机的接口及程序设计 图4 49与图4 48的区别是在微型机与驱动器之间增加一级光电隔离 当PC0输出为1 发光二极管不发光 因此光敏三极管截止 从而使达林顿管导通 A相绕组通电 反之 当PC0 0 经反相后 使发光二极管发光 光敏三极管导通 从而使达林顿管截止 A相绕组不通电 现在 已经生产出许多专门用于步进电机或交流电机的接口器件 或接口板 用户可根据需要选用 微机控制技术 94 4 4 3步进电机与微型机的接口及程序设计 图4 49步进电机与微型机接口电路之二 微机控制技术 95 4 4 3步进电机与微型机的接口及程序设计 2 步进电机程序设计步进电机程序设计的主要任务是 判断旋转方向 按顺序传送控制脉冲 判断所要求的控制步数是否传送完毕 因此 步进电机控制程序就是完成环型分配器的任务 从而控制步进电机转动 以达到控制转动角度和位移之目的 1 程序框图下面以三相双三拍为例说明这类程序的设计 微机控制技术 96 图4 50三相双三拍步进电机控制程序流程图 微机控制技术 97 4 4 3步进电机与微型机的接口及程序设计 ORG0100HROUNT1 MOVA N 步进电机步数 AJNB00H LOOP2 反向 转LOOP2LOOP1 MOVP1 03H 正向 输出第一拍ACALLDELAY 延时DECA A 0 转DONEJZDONEMOVP1 06H 输出第二拍ACALLDELAY 延时DECA A 0 转DONEJZDONEMOVP1 05H 输出第三拍ACALLDELAY 延时DECA A 0 转LOOP1JNZLOOP1 2 程序根据图4 50可写出如下步进电机控制程序 微机控制技术 98 4 4 3步进电机与微型机的接口及程序设计 微机控制技术 AJMPDONE A 0 转DONELOOP2 MOVP1 03H 反向 输出第一拍ACALLDELAY 延时DECA A 0 转DONJZDONEMOVP1 05H 输出第二拍ACALLDELAY 延时DECAJZDONE MOVP1 06H 输出第三拍ACALLDELAY 延时DECA A 0 转LOOP2JNZLOOP2DONE RETDELAY 99 4 4 3步进电机与微型机的接口及程序设计 以上程序设计方法对于节拍比较少的程序是可行的 但是 当步进电机的节拍数比较多 如三相六拍 六相十二拍等 时 用这种立即数传送法将会使程序很长 因而占用很多个存储器单元 所以 对于节拍比较多的控制程序 通常采用循环程序进行设计 微机控制技术 100 4 4 3步进电机与微型机的接口及程序设计 3 循环程序作法 把环型节拍的控制模型按顺序存放在内存单元中 逐一从单元中取出控制模型并输出 节拍越多 优越性越显著 以三相六拍为例进行设计 其流程图如图4 51所示 微机控制技术 101 微机控制技术 ROUTN2 LOOP0 LOOP2 LOOP1 图4 51三相六拍步进电机控制程序框图 102 4 4 3步进电机与微型机的接口及程序设计 ORG8100HROUTN2 MOVR2 COUNT 步进电机的步数LOOP0 MOVR3 00HMOVDPTR POINT 送控制模型指针JNB00H LOOP2 反转 转LOOP2LOOP1 MOVA R3 取控制模型MOVCA A DPTRJZLOOP0 控制模型为00H 转LOOP0MOVP1 A 输出控制模型ACALLDELAY 延时INCR3 控制步数加1DJNZR2 LOOP1 步数未走完 继续RET 图4 47所示三相六拍步进电机控制程序如下 微机控制技术 103 4 4 3步进电机与微型机的接口及程序设计 微机控制技术 LOOP2 MOVA R3 求反向控制模型的偏移量ADDA 07HMOVR3 AAJAMPLOOP1DELAY 延时