步进电机的三菱PLC控制

1、摘 要 :之羊若含玉创作设计一种基于 PLC 的步进电机掌握系统, 通过微型变速箱将步进电机角位移转化为直线位移 , 进而带动直线伸缩机构运行.该系统构造简略、性能稳定、经济价值和使用效果突出 , 可以或许知足毫米级准确位移的使用需求.症结词 : PLC; 步进电机 ; 驱动器 ; 脉冲；偏向 .目录第 1 章绪论 11.1 设计布景11.2 系统设计的任务31.3 本章小结3第 2 章步进电机及PLC 简介 42.1 步进电机简介42.2 PLC 的成长概述82.3 PLC技巧在步进电机掌握中的应用82.4 本章小结 10第 3 章 PLC 掌握步进电机工作方法的选择 113.1 罕有的步进

2、电机的工作方法113.2 步进电机掌握原理123.3 PLC 掌握步进电机的办法 123.4 PLC掌握步进电机的设计思路133.5 本章小结 15第 4 章 FX2N 掌握步进电机硬件设计164.1 三菱 FX2nPLC 的介绍 164.2 步进电机的选择 184.3 步进电机驱动电路设计204.4 PLC驱动步进电机214.6 I/O 接线图 244.7 本章小结 25第 5 章掌握系统的程序设计265.0本设计相关指令介绍26结论 30参考文献 3133致谢 32附第1章绪论设计布景步进电念头已成为除直流电念头和交换电念头以外的第三类电念头，传统电念头作为机电能量转换装置，在人类的生产和

3、生活进入电气化进程中起着症结的作用.可是在人类社会进入自动化时代的今天，传统电念头的功效已不克不及知足工场自动化和办公自动化等各类运动掌握系统的要求.为适应这些要求，成长了一系列新的具备掌握功效的电念头系统，其中较有自己特点，且应用十分普遍的一类等于步进电念头 .步进电念头的成长与盘算机工业亲密相关.自从步进电念头在盘算机外围设备中取代小型直流电念头以后，使其设备的性能提高，很快地促进了步进电念头的成长.另一方面，微型盘算机和数字掌握技巧的成长，又将作为数控系统执行部件的步进电念头推广应用到其他范畴，如电加工机床、小功率机械加工机床、丈量仪器、光学和医疗仪器以及包装机械等.任何一种产品成熟的进

4、程，根本上都是规格品种逐步统一和简化的进程.现在，步进电念头的成长已归结为单段式构造的磁阻式、混杂式和爪极构造的永磁式三类.爪极电机价钱便宜，性能指标不高，混杂式和磁阻式主要作为高分辩率电念头，由于混杂式步进电念头具有掌握功率小，运行平稳性较好而逐步处于主导地位.最典范的产品是二相 8 极 50 齿的电念头，步距角 1.8°0.9°（全步半步）；还有五相 10极 50齿和一些转子100齿的二相和五相步进电念头，五相电念头主要用于运行性能较高的场合.到今朝，工业蓬勃国度的磁阻式步进电念头已少少见 1 .步进电念头最大的生产国事日本，如日本伺服公司、东方公司、 SANYODEN

5、KI 和 MINEBEA 及 NPM 公司等，特别是日本东方公司，无论是电念头性能和外不雅质量，照样生产手段，都堪称是世界上最好的.现在日本步进电念头年产量（含国外独资公司）近2 亿台，德国也是世界上步进电念头生产大国.德国B.L.公司 1994 年五相混杂式步进电念头专利期满后，推出了新的三相混杂式步进电念头系列，为定子6 极转子 50 齿构造，配套电流型驱动器，每转步数为200、 400、 1000、 2000、 4000、 10000和20000，它具有通常的二相和五相步进电念头的分辩率，还可以在此基本上再10 细分，分辩率提高10 倍，这是一种很好的计划，充分运用了电流型驱动技巧的功效

6、，让三相电念头同时具有二相和五相电念头的性能.与此同时，日本伺服公司也推出了他们的三相混杂式步进电念头该公司阪正文博士研制了三种不合的永磁式三相步进电念头，即 HB 型（混杂 式）、 RM 性（定子和混杂式相似，转子则同永磁式环形磁铁相似）和爪极 PM 型 .将三相步进电念头同二相步进电念头进行比较后得出：1）在获得小步距角方面，三相电念头比二相电念头要好.2）三相电念头的两相励磁最大保持力矩为3T1（ T1 为单相励磁转矩），而二相电念头为2T1,所以三相电念头的合成力矩大.3）三相电念头的转矩摇动比二相电念头要小.4）三相电念头持续2步用于半步的转矩差比二相电念头的要小.5）三相电念头绕组

7、可以星形衔接，三个终端驱动，励磁电路晶体管6个；而二相电念头是8个 .2 .别的的结论是HB型电念头更适合于低速大转矩用途；RM型适用于平稳运行以及转速大于1000r/min的用途；而PM型成本低，在低转速时的振动和高转速时 的大转矩方面，三相PM型电念头比两相电念头的性能要好.因此，当前最有成长 前景的当属混杂式步进电念头，而混杂式电念头又向以下四个偏向成长：成长趋势一，随着电念头自己应用范畴的拓宽以及各类整机的不竭小型化，要求与之配套的电念头也必须越来越小，在57、 42机座号的电念头应用了多年后，现在其机座号向39、35、30、25偏向向下延伸.瑞士 ESCAP公司最近还研制出外径仅10

8、mm的步进 电念头 .成长趋势之二，是改圆形电念头为方形电念头 .由于电念头采取方型构造，使得转子有可能设计得比圆形大，因而其力矩体积比将大为提高.同样机座号的电念头，方形的力矩比圆形的将提高30%40%成长趋势之三，对电念头进行综合设计.即把转子位置传感器，减速齿轮等和电念头本体综合设计在一起，这样使其能便利地组成一个闭环系统，因而具有加倍优越的掌握性能.成长趋势之四，向五相和三相电念头偏向成长.今朝普遍应用的二相和四相电念头，其振动和噪声较大，而五相和三相电念头具有优势性.而就这两种电念头而言，五相电念头的驱动电路比三相电念头庞杂，因此三相电念头系统的性能价钱比要比五相电念头更好一些.&#

9、176; ° ° ° ）不一样，用户转变这种产品构造不是很容易的，这就使得两种机型并存的局势难以在较短时间内转变.这种现状对步进电念头的成长是晦气的 .系统设计的任务步进电机具有较好的掌握性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方法的转变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的掌握精度，因而得到了普遍的应用步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件.步进电机具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、掌握简略等特点，已成为运动掌握范畴的主要执行元件之一.随着微电子和盘算机技巧的成长，步进电机的需求量与日俱增，在各个行业的掌握范畴都将有普遍应用 .而现在的可编

10、程掌握器（通常称PLC）是一种工业掌握盘算机，具有模块化构造、设置装备摆设灵巧、高速的处理速度、准确的数据处理才能、多种掌握功效、网络技巧和优越的性价比等性能，能充分适应工业情况，简略易懂，操纵便利，靠得住性高，是今朝普遍应用的掌握装置之一 .本设计是采取是FX2N-32MT 掌握三相六拍的反响步式步进电机，通过软件设计脉冲频率来掌握步进电机的运行速度，通过加减频率来掌握步进念头的转速. 围绕这两个主要方面，可提出具体的掌握要求如下:1）可正转运行或反转运行；2）系统上电后，赋一个初始速度值；3）步进速度可手动变速；1.3 本章小结本章阐述了此次设计的布景，即步进电机的成长状况，和步进电机在工

11、业自动化生产中的重大作用.提出了本次设计白设计任务，用PLC掌握步进电机以不合 的方法运行.第 2 章 步进电机及 PLC 简介2.1 步进电机简介步进电念头是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数模转换元件.在阅历了一个大的成长阶段后，今朝其成长趋于平缓.然而，由于电念头的工作原理和其它电念头有很大的不同，具有其它电念头所没有的特性 .因此，沿着小型、高效、低价的偏向成长.步进电念头由此而得名 .步进电念头的运行是在专用的脉冲电源供电下进行的，其转子走过的步数，或者说转子的角位移量，与输入脉冲数严格成正比 .别的，步进电念头动态响应快，掌握性能好，只要转变输入脉冲的顺序，就能便利地

12、转变其旋转偏向 .这些特点使得步进电念头与其它电念头有很大的不同 .因此，步进电念头的上述特点，使得由它和驱动掌握器组成的开环数控系统，既具有较高的掌握精度，优越的掌握性能，又能稳定靠得住地工作.因此，在数字掌握系统出现之初，步进电念头阅历过一个大的成长阶段3 .2.1.1 步进电机的分类1）永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度.2）反响式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大.3）混杂式步进电机是指混杂了永磁式和反响式的优点，它又分为两相和五相 .两相步进角一般分为1.8度而五相步进角一般为0.72度，这种步进电机的应

13、用最为普遍.三相反响式步进电机的构造如图所示.定子、转子是用硅钢片或其他软磁资料制成的.定子的每对极上都绕有一对绕组，组成一相绕组，共三相称为A、B、C相.图2-1三相反响式步进电机的构造图在定子磁极和转子上都开有齿分度相同的小齿，采取适当的齿数合营，当 A 相磁极的小齿与转子小齿一一对应时，B相磁极的小齿与转子小齿相互错开1/3齿 距，C相则错开2/3齿距.如图所示：Z/V.Z4图2-2 A相通电定转子错开示意图电机的位置和速度由绕组通电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系.而偏向由绕组通电的顺序决议.2.1.2 步进电机的根本参数1 .电机固有步距角它暗示掌握系统每发一个步进脉冲信号，电机所

14、转动的角度.电机出厂时给出 了一个步距角的值，这个步距角可以称之为 电机固有步距角”，它不一定是电机 实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关 .2 .步进电机的相数步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，今朝经常使用的有二相、三相、 四相、五相步进电机.电机相数不合，其步距角也不合，一般二相电机的步距角为 ° °、三相的为°°、五相的为0 ° .在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不合相数的 步进电机来知足自己步距角的要求.如果使用细分驱动器，则 相数”将变得没有意 义，用户只需在驱动器上转变细分数，就可以转变步距角 .3 .保持转矩保持

15、转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩.它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩.由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不竭衰减，输出功率也随速度的增大而变更，所以保 持转矩就成为了权衡步进电机最重要的参数之一 .比方，当人们说2Nm的步进电机 ,在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为 2Nm的步进电机. 4.钳制转矩钳制转矩是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩.由于反响式步进电机的转子不是永磁资料，所以它没有钳制转矩 .4 .1.3步进电机主要特点1） 一般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积.2）步进电机外表允许的最高温度取决于不合电

16、机磁性资料的退磁点，步进 电机温渡过高时会使电机的磁性资料退磁，从而导致力矩下降甚至于失步，因此 电机外表允许的最高温度应取决于不合电机磁性资料的退磁点；一般来讲，磁性 资料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机 外表温度在摄氏80-90度完全正常.3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降.当步进电机转动时，电机各相绕 组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大.在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降.4）步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴随 啸啼声.步进电机有一个技巧参数：空载启动频率，即步

17、进电机在空载情况下可以或 许正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不克不及正常启动，可能 产生丢步或堵转.在有负载的情况下，启动频率应更低.如果要使电机达到高速转 动，脉冲频率应有加快进程，即启动频率较低，然后按一定加快度升到所希望的 高频4 .5 .1.4反响式步进电机原理5.1.1.1 构造电机转子平均散布着许多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分 离与转子齿轴线错开.0口、1/3口、2/3口（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以 口 暗示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3口，C与齿3向右错开2/3口，A'与 齿5相对齐,（A'就是A,齿5就是齿1）如

18、图：图2-3定转子的展开图5.1.1.2 旋转三相如A相通电，B, C相欠亨电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不 受任何力，以下均同）.如B相通电，A, C相欠亨电时，齿2应与B对齐，此时转 子向右移过1/3 口 ，此时齿3与C偏移为1/3 口，齿4与A偏移（ 口 -1/3口）=2/3口如C相通电，A, B相欠亨电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过 1/3口，此时齿4与A偏移为1/3对齐.如A相通电，B, C相欠亨电，齿4与A对齐， 转子又向右移过1/3 这样经由A、B、C、A分离通电状态，齿4 （即齿1前一齿） 移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不竭地按 A, B, C, A通

19、电， 电机就每步（每脉冲）1/3匚向右旋转.如按A, C, B, A通电，电机就反转.由此可见，电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成对应关系.而偏向由导电顺序决议.不过，出于对力矩、平稳、噪音及削减角度等方面斟酌.往往采取 A-AB-B-BC C-CA-A这种导电状态，所以本设计采取三相六拍.这样将原来每步1/3口转变成1/6口 .甚 至于通过二相电流不合的组合，使其1/3变成1/12D, 1/2仃，这就是电机细分驱 动的根本理论依据5 .不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分离与转子齿轴线偏移 1/m, 2/m（m-1）/m, 1.并且导电按一定的相序电机就能正反转被掌握 一一

20、 这是步进电机旋转的物理条件.只要相符这一条件我们理论上可以制造任何相的步 进电机，出于成本等多方面斟酌，市场上一般以二、三、四、五相为多.6 .1.5步进电机在工业掌握范畴的主要应用步进电机作为执行元件，是机电一体化的症结产品之一，6普遍应用在各类家电产品中，例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、机械手臂 和录像机等.别的步进电机也普遍应用于各类工业自动化系统中 .由于通过掌握脉 冲个数可以很便利的掌握步进电机转过的角位移，且步进电机的误差不积聚，可 以达到准确定位的目标.还可以通过掌握频率很便利的转变步进电机的转速和加快 度，达到任意调速的目标，因此步进电机可以普遍的应用于各类开环掌握系统中

21、2.2 PLC 的成长概述可编程掌握器（简称PLC） 是种数字运算操纵的电子系统，是在 20 世纪 60年月末面向工业情况由美国科学家首先研制成功的 .它采取可编程序的存储器，其内部存贮执行逻辑运算、顺序掌握、计数和算术运算等操纵指令，并通过数字的、模仿的输入和输出，控各类类型的机械或生产进程.可编程序掌握器及其有关设备，都是按易于与工业掌握系统形成一体、易于扩充其功效的原则设计的 .PLC自产生至今只有30多年的汗青，却得到了迅速成长和普遍应用，成为当代工业自动化的主要支柱之一.产生和成长进程现代社会要求生产厂家对市场的需求做出迅速的反响，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品.

22、老式的继电器掌握系统已无法知足这一要求，迫使人们去寻找一种新的掌握装置取而代之.PLC实质是一种专用于工业掌握的盘算机，其硬件构造根本上与微型盘算机相同 :1）中央处理单元（CPU）是PLC的掌握中枢.它依照PLC系统程序付与的功效吸收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检讨电源、存储器、 I/O 以及警惕准时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误.当PLC投入运行时，首先它以扫描的方法吸收现场各输入装置的状态和数据，并分离存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经由敕令说明后按指令的划定执行逻辑或算数运算的成果送入I/O映象区或数据存放器内.等所有的用户程序执行完毕之后，

23、最后将I/ O映象区的各输出状态或输出存放器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环 运行，直到停止运行.为了进一步提高PLC的靠得住性，近年来对大型PLC还采取双CPU组成冗余 系统,或采取三CPU的表决式系统.这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能 正常运行 .2）存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器.存放应用软件的存储器称为用户程序存储器7 .2.3 PLC技巧在步进电机掌握中的应用随着微电子技巧和盘算机技巧的成长，可编程序掌握器有了突飞大进的成长，其功效已远远超出了逻辑掌握、顺序掌握的规模.持续沿着小型化的偏向成长.随着电念头自己应用范畴的拓宽以及各类整机的不竭小型化，要求与

24、之配套的电念头也必须越来越小.对电念头进行综合设计.即把转子位置传感器，减速齿轮等和电念头本体综合设计在一起，这样使其能便利地组成一个闭环系统，因而具有加倍优越的掌握性.向五相和三相电念头偏向成长，今朝普遍应用的二相和四相电念头，其振动和噪声较大，而五相和三相电念头具有优势性.而就这两种电念头而言，五相电念头的驱动电路比三相电念头庞杂，因此三相电念头系统的性能价钱 比要比五相电念头更好一些8.今朝应用可编程序掌握器（即PLC技巧）可以便利地实现对电机速度和位置 的掌握，便利地进行各类步进电机的操纵，完成各类庞杂的工作，它代表了先进 的工业自动化革命，加快了机电一体化的实现.用PLC对步进电机也

25、具有优越的掌握才能，应用其高速脉冲输出功效或运动 掌握功效，现对步进电机的掌握9.步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件，每当对 其施加一个电脉冲时，其输出轴便转过一个固定的角度.步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数（即脉冲频率）成正比，其转向与脉冲分派到步进电机的各相绕组的相序有关.所以只要掌握指令脉冲的数 量、频率及电机绕组通电的相序，即可掌握步进电机的输出位移量、速度和转向 0.PLC直接掌握步进电机系统由PLC和步进电机组成，PLC具有实时刷新技巧，输 出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分派能有很高的分派速度，充 分应用

26、步进电机的速度响应才能，提高整个系统的快速性.并且，PLC有采取大功率晶体管的输出端口，可以或许知足步进电机各相绕组数10V级脉冲电压、1A级脉冲电流的驱动要求11.有以上步进电机的工作原理以及工作方法我们可以看出：掌握步进电机最重要的就是要产生出相符要求的掌握脉冲.三菱PLC自己带有高速脉冲计数器和高速脉冲产生器，具发出的频率最大为10KHz ,可以或许知足步进电念头的要求.对PLC提出两个特性要求.一是在此应用的PLC最好是具有实时 刷新技巧的PLC,使输出信号的频率可以达到数千赫芝或更高.其目标是使脉冲能 有较高的分派速度，充分应用步进电机的速度响应才能，提高整个系统的快速性 二是PLC

27、自己的输出端口应该采取大功率晶体管，以知足步进电机各相绕组数十 伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求12.如下图所示：输入信号> PLCA 步进电机图2-4步进电机的PLC直接掌握2.4 本章小结本章阐述了步进电机的主要特点与工作原理，并介绍了 PLC 的成长状况以及PLC技巧在步进电机掌握中所施展的伟大作用.第3章PLC掌握步进电机工作方法的选择3.1 罕有的步进电机的工作方法罕有的步进电机的工作方法有以下三种:1 .三相单三拍：A-> B-> C-> A图3-1三相单三拍工作方法时序图2.三相双三拍：AB -> BC -> CA -> ABA _J

28、lB_iiii_Cir图3-2三相双三拍工作方法时序图3.三相六拍：A -> AB -> B -> BC -> C -> CA -> AjirLrLrLrLrLrLrLrLrLTLrLrL图3-3三相六拍工作方法时序图3.2 步进电机掌握原理3.2.1 掌握步进电机换向顺序通电换向这一进程称为脉冲分派.例如：三相步进电机的三相三拍工作方法，其各相通电顺序为 A-B- C- D,通电掌握脉冲必须严格依照这一顺序分离掌握A、B、C、D相的通断.3.2.2 掌握步进电机的转向如果给定工作方法正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则 电机就反转.3.2.3

29、 掌握步进电机的速度如果给步进电机发一个掌握脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步 .两个脉冲的距离越短，步进电机就转得越快.调剂发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速.3.3 PLC掌握步进电机的办法在本设计中直接使用PLC掌握步进电机，可使用PLC产生掌握步进电机所需要的各类时序的脉冲 .三相步进电机可采取三种工作方法：三相单三拍，三相双三拍，三相单六拍.这三种方法的主要区别是: 电机绕组的通电、放电时间不合.工作方法是单三拍时通电时间最短，双三拍时允许放电时间最短，六拍时通电时间和放电时间最长. 因此，同一脉冲频率时，六拍的工作方法出力最大.并且，电机是三拍的工作方法时，其分辩率

30、为3度，六拍的工作方法时，分辩率是1.5度.所以，在本课题中，我们采取三相六拍的工作方法，在这种掌握方法下工作，步进电机的运行特性好，步进电机分辩率最高.可依据步进电机的工作方法，以及所要求的频率（步进电机的速度），画出 A 、B、C各相的时序图.并使用PLC产生各类时序的脉冲.例如：本设计采取三菱FX 2n-32MT PLC掌握三相步进电机的进程.图3-4三相单六拍正向时序图tt33.4 PLC掌握步进电机的设计思路3.4.1 步进电机掌握方法典范的步进电机掌握系统如图所示：图3-5典范的步进电机掌握系统步进电念头是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数模转换 元件.在阅历了一个大

31、的成长阶段后，日前其成长趋向平缓 .然而，其基起源基本 理是不变的，即：是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件，每 当对其施加一个电脉冲时，其输出转过一个固定的角度 .步进电机的输出位移量与 输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数 （即脉冲频率）成正比， 其转向与脉冲分派到步进电机的各相绕组的脉冲顺序有关.所以只要掌握指令脉冲 的数量、频率及电机绕组通电的顺序，即可掌握步进电机的输出位移量、速度和 转向.步进电机的机理是基于最根本的电磁铁作用，可简略地界说为，依据输人的 脉冲信号，每转变一次励磁状态就前进一定角度或长度，若不转变励磁状态则保 持一定位置而静止的电念头：从

32、广义上讲，步进电念头是一种受电脉冲信号掌握 的无刷式直流电机，也可看作是在一定频率规模内转速与掌握脉冲频率同步的同 步电念头.步进电机的掌握和驱动办法许多，依照使用的掌握装置来分可以分为：普通集成电路掌握、单片机掌握、工业掌握机掌握、可编程掌握器掌握等几种 依照掌握构造可分为：硬脉冲生成器硬脉冲分派构造（硬- 硬构造）、软脉冲生成器软脉冲分派器构造（软-软构造）、软脉冲生成器硬脉冲分派器构造（软-硬构造）.1 .硬硬构造如图3.6所示，这种步进电机的掌握驱动系统由硬件电路脉冲生成器、硬件电路脉 冲分派器、驱动器组成.这种掌握驱动方法运行速度比较快，但是电路庞杂，功效 单一.2 .软软构造如图3

33、.7所示，这种步进电机的掌握驱动系统由软件程序脉冲生成器、软件程 序脉冲分派器、驱动器组成，而软件脉冲生成器和脉冲分派器都有微处理器或微 掌握器通过编程实现.用单片机、工业掌握机、普通小我盘算机、可编程序掌握器 掌握步进电机一般均可采取这种构造.这种掌握驱动办法电路构造简略、可以实现 庞杂的功效，但是占用CPU时间多，给微处理器运行其他工作造成艰苦. 3.软硬构造如图3.8所示，这种步进电机的掌握驱动系统由软件脉冲生成器、硬件脉冲分 派器和硬件驱动器组成.硬件脉冲分派器是通过脉冲分派器芯片（如8713芯片）来实 现通电换相掌握的.这种掌握驱动办法电路构造简略、可以实现庞杂的功效，同时 占用CP

34、U时间较少，用可编程掌握器全部实现了掌握器和驱动器的功效.在PLC中,由软件代替了脉冲生成器和脉冲分派器，直接对步进电机进行并行掌握，并且 由PLC输出端口直接驱动步进电机.如图3.7所示，这是一种软- 软构造，脉冲生成器和脉冲分派器均有可编程序掌握器程序实现.图3-8软硬构造掌握由以上步进电机的工作原理以及工作方法我们可以看出：掌握步进电机最重要的就是要产生出相符要求的掌握脉冲.三菱PLC自己带有高速脉冲计数器和高速脉冲产生器，具发出的频率最大为10KHz ,可以或许知足 步进电念头的要求.对PLC提出两个特性要求.一是在此应用的PLC最好是具有实时 刷新技巧的PLC,使输出信号的频率可以达

35、到数千赫芝或更高.其目标是使脉冲能 有较高的分派速度，充分应用步进电机的速度响应才能，提高整个系统的快速性二是PLC自己的输出端口应该采取大功率晶体管，以知足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求 .对输入电机的相关脉冲掌握，从而达到对步进电机三相绕组的48V直流电源的依次通、断，形成旋转磁场，使步进电机转动 .3 .5 本章小结本章说清楚明了三相步进电机几种罕有的工作方法，即三相单三拍，三相双三拍和三相六拍.阐述了步进电机的掌握原理，以及PLC掌握步进电机运行的办法第4章 FX2N 掌握步进电机硬件设计4.1 三菱 FX2nPLC 的介绍1） FX2n系歹I是FX系歹1PL

36、C家族中最先进的系歹I.由于FX2n系列具备如下特点：最大规模的包涵了尺度特点、程式执行更快、全面填补了通信功效、适合世界列国不合的电源以及知足单个需要的大量特殊功效模块，它可以为你的工场自动化应用提供最大的灵巧性和掌握才能.2）为大量实际应用而开辟的特殊功效.开辟了各个规模的特殊功效模块以知足不合的需要模仿I/O,高速计数器.定位掌握达到16轴，脉冲用输出或为 价口K型热电偶或Pt传 感器开辟了温度模块.对每一个FX2n主单元可设置装备摆设总计达8个特殊功效模 块.3）网络和数据通信：衔接到世界上最风行的开放式网络CC-Link ， ProfibusDp和DeviceNet或者采取传感器条理

37、的网络解决您的通信需要.4）其它功效：内置式24V 直流电源24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件.快速断开始子块因为采取了优良的可维护性快速断开始子块，即使接着电缆也可以改换单元.时钟功效和小时表功效在所有的 FX2NPLC 中都有实时时钟尺度.时间设置和比较指令易于操纵.小时表功效对进程跟踪和机械维护提供了有价值的信息 .5）持续扫描功效：为应用所需求的持续扫描时间界说操纵周期.61）输入滤波器调节功效 ：可以用输入滤波器平整输入信号（在根本单元中X000到X017）.7）注解记载功效：元件注解可以记载在程序存放器中 .8）在线程序编辑：在线转变程序不会损失工作时间或

38、停止生产运转.9） RUN/STOP 开关 面板上运行/停止开关易于操纵.10）远程维护：远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据11）暗码呵护：使用一个八位数字暗码呵护您的程序.4.1.1 三菱PLC应用中需要注意的问题1）温度： PLC要求情况温度在0 C55 C,装置时不克不及放在发烧量大的元件下面，四周通风散热的空间应 足够大 .2）湿度：为了包管PLC 的绝缘性能，空气的相对湿度应小于 85%（ 无露水 ） .3）震动：应使 PLC 远离强烈的震动源，防止振动频率为10 Hz55Hz的频繁或持续振动.当使用情况不成防止震动时，必须采纳减震措施，如采取减震胶等

39、.4）空气：防止有腐化和易燃的气体，如氯化氢、硫化氢等.对于空气中有较多粉尘或腐化性气体的情况，可将PLC 装置在关闭性较好的掌握室或掌握柜中 .1.1.1 PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制才能.在靠得住性要求很高或电源干扰特别严重的情况中，可以装置一台带屏蔽层的隔离变压器，以削减设备与地之间的干扰 .一般PLC都有直流24V输出提供应输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源.普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC 吸收到错误信息 .1.1.2 掌握系统中干扰及其起源影响PLC掌握系统的干扰源，大都产生在电流或电压激烈变更的部位，其原因是电流转变 产生磁场，对设

40、备产生电磁辐射；磁场转变产生电流，电磁高速产生电磁波，电 磁波对其具有强烈的干扰.1）强电干扰.由于电网笼罩规模广，电网受到空间电磁干扰而在线路上感应电压.尤其是电网内部的变更，刀开关操纵浪涌、大型电力设备启停、交直传播动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边.2）柜内干扰.掌握柜内的高压电器，大的电感性负载，凌乱的布线都容易对PLC 造成一定程度的干扰.3）来自接地系统凌乱时的干扰.正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作 .4）来自 PLC 系统内部的干扰.主要由系统内部元器件及

41、电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模仿电路的影响，模仿地与逻辑地的相互影响及元器件间的相 互不匹配使用等.5）变频器干扰.一是变频器启动及运行进程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作 .1.1.3 主要抗干扰措施1）合理处理电源以抑制电网引入的干扰对于电源引入的电网干扰可以装置一台带屏蔽层的变比为1: 1的隔离变压器，以削减设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路 .2）合理装置与布线动力线、掌握线以及PLC 的电源线和RS485网线应分离配线，各走各的桥架或线槽.PL

42、C 应远离强干扰源，柜内 PLC应远离动力线（二者之间距离应大于200 mm）,与 PLC装在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联 RC消弧电路 .PLC的输入与输出最好离开走线，开关量与模仿量也要离开敷设.模仿量信号的传送应采取屏蔽线，屏蔽层应一端或两头接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的 1/10.交换输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动 力线，防止并行.1.1.4 正确选择接地点以完善接地系统PLC掌握系统的地线包含系统地、屏蔽地、交换地和呵护地等.接地系统凌乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位散布不均，不合接地点间存在地电位差，引

43、起地环路电流，影响系统正常工作 .1）平安地或电源接地：将电源线接地端和柜体连线接地为平安接地.2）系统接地： PLC掌握器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地.接地电阻值不得大于4Q, 一般需将PLC设备系统地和掌握柜内开关电源负端接在一起，作为掌握系统地.3）信号与屏蔽接地：一般要求信号线必须要有唯一的参考地.4.2 步进电机的选择本设计选用45BF008.相数是三相、步距角1.5/3度.电压24V、相电流0.2A、保 持转距0.118NM（1.2kg.cm）、空载启动频率500, D为45; D1为25;高H为2.5;d为4; E为 14.5; L为58; D2为33; MS为4

44、-M3.图4-2 45BF三相反响式步进电机实物图图4-3 45BF三相反响式步进电机尺寸4.3 步进电机驱动电路设计4.3.1 驱动电路下图为步进电机的驱动电路.图中仅为一相的驱动电路，其余两相与之相同. 在图中三极管T1起开关作用.当三极管截止时，无集电极电流流畅，开关相当于断开；当三极管饱 和时，流过的集电极电流最大，开关相当于闭合，该开关 动作”可由加于基极的电流来掌握.由T2、T3两个三极管组成达林顿式功放电路，驱动步进电机的3个绕组，使电机绕组的静态电流达到近 2A.电路中使用光电耦合器将掌握和驱动信号隔离.当掌握输入信号为低电平时，T 1 截止，输出高电平，则红外发光二极管截止，

45、光敏三极管不导通，因此绕组中无 电流流过；当输入信号为高电平时，T1饱和导通，于是红外发光二极管被点亮， 使光敏三极管导通，向功率驱动级晶体管提供基极电流， 使其导通，绕组被通以电流.图4-4步进电机驱动电路4.3.2 驱动电路接口i ct i驱动C V A B C CJ? ?IE ijfl fe I一戏电仇图4-5驱动器接口4.4 PLC驱动步进电机三菱PLC自己带有高速脉冲计数器和高速脉冲产生器，具发出的频率最大为10KHz,可以或许知足步进电念头的要求.对PLC提出两个特性要求.一是在此应用 的PLC最好是具有实时刷新技巧的PLC,使输出信号的频率可以达到数千赫芝或 更高.其目标是使环形

46、脉冲分派能有较高的分派速度，充分应用步进电机的速度响 应才能，提高整个系统的快速性.二是PLC自己的输出端口应该采取大功率晶体管 ,以知足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求.如下图所示：图4-6 PLC直接驱动电机环形分派程序对步进电机各相绕组的通电顺序进行环形脉冲分派，从而掌握 接到步进电机三相绕组的48V直流电源的依次通、断，形成旋转磁场，使步进电 机转动.步进电机的转动，由于步进电机是电感性负载，直流电阻很小，故接限流 电阻以免脉冲电流过大损坏，当步进电机各相绕组的通电顺序按：A ABB BC C CAA导通断开时，步进电机正转.按AAC CCB B BA 一 A依

47、次导通、断开时，步进电机反转，即步进电机可以按三相六拍工作.每当步进电机走一步，环形脉冲分派程序的步数减一，当步数减为零时，停止环形脉冲 分派，等待下一次的脉冲输入.本驱动器为M415B细分驱动器，适合驱动中小型的任何1.5A相电流以下的两 相或四相混杂式步进电机.PUL为脉冲信号，通过掌握脉冲的频率来掌握步进电机的运行速度，DIR为偏向掌握.通细致分设定来确定步进电机旋转一圈的脉冲数引脚信号界说口P2 空引卿序号信号引宙序号格号1。位特鼾H.i哺孑24CNA1END43tjpi,n(+hv2仆S23A+31UL1A-f)GND-5B十1CrcceB-1FB I EF3IS()G7MS2P1弱

48、电接线信号：（括号内是10位新料实时数细分版本：倒町中ft号功能1 <8?PUL肱冲器号；上升相有趾.每当麻冲由他曼高屏电林建一看一Z扇DIR方向信号，用于盘交电九方商JTL电车器动-3 (4>(JPTO( +5V)年藕里哥电政1mA便曜这号:禁止我之许孤劫案工作,狼也平常上(9一整出厂珞堆或登山内邨供电，从闻脚粘出*5%如果隗电源第亡脚大于驼工霭专门宅货. 盘甘由外部提偌+ 5L拨码开为配的SW - 5*2-霏？用于碇定电1儿正转时的的恳电温，SL下艮:)g»d：县郤电1M电源电地110vcc向都也舞电竭的+5Y(1)F5TFT监审轮出信号，宙电平有效.用于勖态或加分，

49、MXU如方边界最低位.用于盐志或也分，(5J1同分逸异弟三位，用于祝点改脑分(7 jMS2细分选立局住国 宇勤恚豉细分P2强电接城信号引脚带青存号功 能GND森漏电冲地2+ V上.定也用,正槌，典型值少1丫3* 4A+ A-也就a*h5, 6B+ H-一机时口:M H供电通围+ 18S.J0VDC英生供也也比+Z4VDC峰值粒出电漉0.1至1 ,5芭（可镭）抑价精度2细分（ 1。0步/）人制分（16DD步/出）/6细加 税步/围1' 32细牙3。昉/因L&例分 U四U。步/田本部动篙福川SW1-SW6会位拽口开美进宅地分淅曳态电下和拧冷电渔 详细猫或如下：靖惠电演. 如小林虎W

50、 I 典2 训。，. Uh，卜M，1）细分设定的分耕员市4437 *南三位直码二天或产IDgMW。.照1消1知买京酎分得救挣数/圈Cl.1/步敦）SW4/MSUSu sy us lSX'&/WS21200ONON240001 FONON1800ONOFFON81600OFFOFFOXfi3200OXONOFFa之6400OFFONOFFe+IS800ONOFFOFF由外都崎宅动卷技细分/禁止工作OFFOFFOFF转变驱动器的细分倍数，可转变电机旋转一圈所需的脉冲数2）电流设定电沈笛5110 .21AOFFONONI0 ,42AONOFFON0 ,63AOFFOFFON0 R 8

51、 UONONOPF1 . Q5AOFFONOFFt .2tiAONOFFOFFL .5AOFFOFFOFF对于同一电机，电流设定值越大时，电机的输出力矩越大，但电流大的同时 电机和驱动器的发烧也比较严重，所以一般情况是把电流设成供电机长期工作时 出现温热但不过热的数值.3）步进电机驱动器的参数的设置 电流参数：LOA 细分设置,拨码101,细分数10.电机步距角0.18' 机 械手步距角500775机械手每转1度需12）个脉冲.4.6 I/O接线图正转 反转 速度加速度减SB1 rnnSB2m史3, xSBCOMX0XI.X2X3FX2N-32MTY0¥2C0M1步进电机驱动

52、蹲R D 4 p I N 2 c D G +OV +24V4.7本章小结本章阐述了此次设计的硬件设计.简略介绍了三菱FX2n系歹UPLC,以及FX2n 系列PLC在使用中应该注意的问题.设计了一个功率放大电路，并且说清楚明了本次设计的硬件接线办法第 5 章 掌握系统的程序设计5.0 本设计相关指令介绍PLSY指令、PLSY是以指定的频率产生定量脉冲的指令.脉冲输出：16位指令（7劝PLSf （连续执行型）32位指令（13步）D PLSY （连续执行型） 、机能和动作：f S1J （ §2）：（20XOM丫 UQL»锢依K1000队1於）指定频率.FX2n, FX2nc: 2

53、20000 （HZ）FX ls> FXln: 16 位指令：132767 （HZ）32 位指令：1100000 （HZ）在指令执行中更改组）指定的字软件元的内容，输出率也 会发生改变.5.0.1 PLSY指令和PLSR指令b<®】指定产生脉冲量.允许设定范围：16位指令1-32767 (PLS)32 位指令 1-2147483647 (PLS)将该值指定为零时，则对产生的脉冲不做限制.D PLSY指令中，将(01, DO)设置为脉冲量.在指令执行过程中，变更指定的字软件元内容后，将从 下一个指令驱动开始执行变更内容.c.指定检出脉冲的地址编号.仅限于Y000或Y001有效

54、.在FX2n, FX2nc可编程控制器中，为了输出高频脉冲，可编 程控制器的检出晶体管上必须是额定负载的电流.d.XOlO为OFF后，输出中断，再次置0N时，从初始状态开始 动作.发出连续脉冲时，X010为OFF, Y000也为OFF.各个数据寄存容内容可以利用“DMOV KO D8P执行清除.PLSR指令、PLSR是带加速减速功能的定尺寸传送用的脉冲输出指令.针对指定的最高频率，进行定加速，在达到所指定的输出脉 冲后，进行定减速. 使用DPLSR指令时，位此例中（D1,DO）作为32位设定值处理.加减速度时间（ms）可设定范围：5000 （ms）以下，但请遵照13的条件。加速时间和减速时间以相同值动作.a）