PLC实现步进电机的正反转及调整控制

1、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 旨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 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。PA / -B5 3-I 三相反应式步进电动机结构用把定子

3、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

4、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：3-2 两相步进电机正转工作过程示童由图可见，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

5、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 言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10?

6、50 之间变化，从而控制步进间隔是1S? 5S 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Y1正转 /反转运行X2电机停止X4频率增加X5频率减少COMI图 3-4 实训面板接钱苗| 卜16 1 _Iti - *X005證 TtF+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AiA-、实现电流方向BiB-、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

7、/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X0X1X2X3X4X5输入点正转运行反转运行自动 /手动单步运行频率增加频率减少输出点COM1DC+12VY0A+丫 1B+Y2A-Y3B-COM2DC+12V GNDY4A-Y5B-Y6A+Y7B+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 ms 1000ms 则步进电机可获得 1? 10 步/ 秒的变速范围，（

8、 X0 为 ONM , 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 旨令，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+ - 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 旨令，根据 D1 数值（此次为 1），指定 M11 输出， 丫 1、丫 5 为 ON 步 进电机 B 相通电，且实现电流方向 B+- B-; D1 加

9、1, T246 马上又自行复位，重 新计数，时间到， T246 又导通，再执行 DECO 旨令，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- - 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 O

10、N 时， T246 以 DO 值为预置值开始计时，时间到，T246 导通，执行 DECO 旨令，根据 D1 数值（首次为0）, 指定 M10 输出， 丫 3 丫 7 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 M10 M11 M12 及 M13 输出，从 而完成一轮正（反

11、）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, 贝 U D0即加 1。第 88 步中，当 X5 为 ON M8012 为 ON M4 为 ON 且 D0>K200 由 D0 即减1。六、程序调试及执行调速时按 X4 或 X5 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。XOOOMgoaoThM1319MIQxoooT 卜卄Xtwivooo)X00O)M11XOOOXOOI￥t? 1)<YMW)Ml?XOOOX0O1K0C1YQ卄O41DAXJK4TfliTO伽一 w-X(M& -HM-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