PLC实现步进电机的正反转及调整控制

1、精品文档实训课题三PLC 实现步进电机正反转和调速控制一、实验目的1、掌握步进电机的工作原理2、掌握带驱动电源的步进电机的控制方法3、掌握 DECO指令实现步进电机正反转和调速控制的程序二、实训仪器和设备1、FX2N-48MR PLC一台2、两相四拍带驱动电源的步进电机一套3、正反切换开关、起停开关、增减速开关各一个三、步进电机工作原理步进电机是纯粹的数字控制电动机， 它将电脉冲信号转换成角位移， 即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度， 图 3-1 是一个三相反应式步进电机结图。从图中可以看出， 它分成转子和定子两部分。 定子是由硅钢片叠成， 定子上有六个磁极（大极），每两个相对的磁极（

2、N、 S 极）组成一对。共有 3 对。每对磁极都绕有同一绕组，也即形成 1 相，这样三对磁极有 3 个绕组，形成三相。可以得出，三相步进电机有 3 对磁极、 3 相绕组；四相步进电机有 4 对磁极、四相绕组，依此类推。反应式步进电动机的动力来自于电磁力。在电磁力的作用下， 转子被强行推动到最大磁导率（或者最小磁阻）的位置，如图 3-1 （a）所示，定子小齿与转子小齿对齐的位置， 并处于平衡状态。 对三相异步电动机来说， 当某一相的磁极处于最大导磁位置时，另外两相相必处于非最大导磁位置，如图 3-1 （b）所示，即定子小齿与转子小齿不对齐的位置。把定子小齿与转子小齿对齐的状态称为对齿， 把定子小

3、齿与转子小齿不对齐的状态称为错齿。 错齿的存在是步进电机能够旋转的前提条件， 所以，在步进电机的结构中必须保证有错齿的存在， 也就是说，当某一相处于对齿状态时， 其它绕组必须处于错齿状态。本实验的电机采用两相混合式步进电机， 其内部上下是两个磁铁， 中间是线圈，通了直流电以后，就成了电磁铁，被上下的磁铁吸引后就产生了偏转。因为。1 欢迎下载精品文档中间连接的电磁铁的两根线不是直接连接的， 是采用在转轴的位置用一根滑动的接触片。这样如果电磁铁转过了头， 原先连接电磁铁的两根线刚好就相反了， 所以电磁铁的 N 极 S 极就和以前相反了。 但是电机上下的磁铁是不变的， 所以又可以继续吸引中间的电磁铁

4、。 当电磁铁继续转， 由于惯性又转过了头， 所以电极又相反了。重复上述过程就步进电机转了。根据这个原理，如图3-2 所示，两相步进电机的转动步骤，以正转为例：由图可见，现相异步电机正转过程分为四个步骤，即 A 相正方向电流、 B 相正方向电流、 A 向反方向电流和 B 相反方向电流。反转工作的顺序与之相反。 A、 B 两相线圈不是固定的电流方向， 这与其它步进电机的控制逻辑有所不同。 因此，控制步进电机转动时， 必须考虑用换相的思路设计实验线路。 可以根据模拟驱动电路的功能和 plc 必须的逻辑关系进行程序设计。四、采用步进电机驱动器的控制方式利用步进电机驱动器可以通过 PLC 的高速输出信号

5、控制步进电机的运动方向、运行速度、运行步数等状态。其中：步进电机的方向控制，只需要通过控制 U/D 端的 On和 Off 就能决定电机的正转或反转；将光耦隔离的脉冲信号输入到CP端就能决定步进电机的速度和步数； 控制 FREE信号就能使电机处于自由状态。因此 PLC的控制程序相当简单， 只需通过 PLC的输出就能控制步进电机的方向、转速和步数。 不必通过 PLC控制电机换相的逻辑关系，也不必另外添加驱动电路。实训面板见图3-4 ，梯形图见图3-5 。本程序是利用D0 的变化，改变 T0的定时间隔，从而改变步进电机的转速。通过两个触点比较指令使得D0 只能在1050 之间变化，从而控制步进间隔是

6、1S5S之间， I/O 分配表见表 3-1 。表 3-1 I/O分配表。2 欢迎下载精品文档输入点输出点X0正转 / 反转方向Y0电机控制脉冲X1电机转动Y1正转 / 反转运行X2电机停止X4频率增加X5频率减少图 3-5 梯形图五、采用 PLC直接控制步进电机方式。3 欢迎下载精品文档对于两相步进电机控制， 根据其工作原理， 必须考虑其换向的控制方式， 因此将其步骤用代号分解，则为：实现电流方向 A+A-、实现电流方向 B+ B- 、实现电流方向 A- A+、实现电流方向 B- B+。如果反转则按照、的顺序控制。PLC的 I/O 分配表按照表 3-2 ，分配图按照图3-6 ，梯形图见图 3-

7、7 。表 3-2PLC 的 I/O 分配表输入点输出点X0正转运行COM1DC+12VX1反转运行Y0A+X2自动 / 手动Y1B+X3单步运行Y2A-X4频率增加Y3B-X5频率减少COM2DC+12V GNDY4A-Y5B-Y6A+Y7B+步进电机正反转和调速控制的梯形图如图 3-7 所示，程序中采用积算定时器 T246 为脉冲发生器，因系统配置的 PLC为继电器输出类型，其通断频率过高有可能损坏 PLC，故设定范围为 K200 ms 1000ms，则步进电机可获得 110 步/秒的变速范围，（X0 为 ON时，正转， X1 为 ON时；反转）。X0 为 ON时，输出正脉冲列，步进电机正转

8、。当 X0 为 ON时， T246 以 D0值为预置值开始计时，时间到， T246 导通，执行 DECO指令，根据 D1 数值（首次为 0），指定 M10输出， Y0、 Y4 为 ON，步进电机 A 相通电，且实现电流方向 A+ A-；D1 加 1，然后， T246 马上自行复位，重新计时，时间到， T246 又导通，再执行 DECO指令，根据 D1数值（此次为 1），指定 M11输出， Y1、Y5 为 ON，步进电机 B 相通电，且实现电流方向 B+B-； D1加 1，T246 马上又自行复位，重新计数，时间到， T246 又导通，再执行 DECO指令，根据 D1 数值（此次为 2），。4

9、欢迎下载精品文档指定 M12输出， Y2、Y6 为 ON，步进电机 A 相通电，且实现电流方向A- A+；D1加 1，T246 马上又自行复位，重新计时，时间到， T246 又导通，再执行 DECO命令，根据 D1 数值（此次为 3），指定 M13输出， Y3、Y7 为 ON，步进电机 B 相通电，且实现电流方向 B- B+；当 M13为 ON， D1复位，重新开始新一轮正脉冲系列的产生。X1 为 ON时，输出反脉冲列，步进电机正转。当 X1 为 ON时， T246 以 D0值为预置值开始计时，时间到， T246 导通，执行 DECO指令，根据 D1 数值（首次为 0），指定 M10输出， Y

10、3、 Y7 为 ON，步进电机 B 相通电，且实现电流方向 B- B+；依此类推，完成实现 A 相反方向电流、 B 相正方向电流、 A 相正方向电流三个脉冲列输出；当 M13为 ON，D1 复位，重新开始新一轮正脉冲系列的产生。当 X2 为 ON时，程序由自动转为手动模式，当 X0（X1）为 ON时，每点动一次 X3，对 D1 数值（首次为 0）加 1，分别指定 M10、 M11、M12及 M13输出，从而完成一轮正（反）脉冲系列的产生。第 73 步中，当 X4 为 ON，M8012为 ON， M4为 ON，且 D0 当前值 K200，由 D0即减 1。六、程序调试及执行调速时按 X4 或 X

11、5 按钮，观察 D0 的变化，当变化值为所需速度时释放。如动作情况与控制要求一致表明程序正确， 保存程序。如果发现程序运行与控制要求不符，应仔细分析，找出原因，重新修改，直到程序与控制要求相符为止。七、实训思考练习题如果调速需经常进行，可将 D0 的内容显示出来，试设想方案，修改程序，并实验。5 欢迎下载精品文档图 3-7步进电机正反转和调速控制程序说明1、步骤 0，指定脉冲序列输出顺序移位值；2、当 X0为 ON，输出正脉冲序列，电机正转；当 X1 为 ON，输出负脉冲序列，电机反转；3、当 X2 为 ON，程序由自动转为手动模式，由X3 状态单步触发电机运转；4、当 X4 为 ON，如 D0小于 1000，每 100ms对 D