PLC实现步进电机的正反转和调整控制剖析

1、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（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

2、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。A定子小齿转刊喝（可对齿他）焉齿图3-1三相反应式步进电动机结构图把定子小齿与转子小齿对齐的状态称为对齿，把定子小齿与转子小齿不对齐

3、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。因为中间连接的，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。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

4、了。两相步进电机的转动步骤，以正转为例:BBBB图3-2两相步进电机正转工作过程示意图由图可见，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pic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

5、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 TO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 1S5S之间，I/O分配表见表3-1。表3-1 I/O分配表输入点输出点X0正转/反转方向Y0电机控制脉冲X1电机转动

6、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+f 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。表3-2 PLC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 GNDY

7、4A-Y5B-Y6A+Y7B+A+ B+A-B-图3-6 I/O分配图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 ms1000ms,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。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，丫0、Y4为ON，步进电机A相通电，且实现电流方 向A+

8、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，丫1、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），指定M12输出，丫2、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，丫3、丫7 为ON，步进电机B相通电，且实现电流方向B

9、- 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，丫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）力卩1,分别指定 M1

10、0、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K1000 ,则DO即加 1第88步中，当X5为ON, M8012为ON, M4为ON，且D0K200, 由DO即减1。六、程序调试及执行调速时按X4或X5按钮，观察DO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 DO的内容显示出来，试设想方案，修改程序， 并实验。MIO KMH XOOOMSQQ2M3000仙I IHK1000M110H5TT24&DOT24 血XO04 MB0I2 IM魂11=11MWMSQ12軒 TII-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