机电一体化综合设计实训教程 课件 第7章 基于步进电机和滚珠丝杆的定位控制实验

CHANG’ANUNIVERSITY第7章基于步进电机和滚珠丝杆的定位控制实验长安大学张军CHANG’ANUNIVERSITY主要内容

7.1工作原理7.2硬件系统设计7.3步进电机控制方法7.4控制系统软件设计7.5实验结果CHANG’ANUNIVERSITY7.1工作原理第7章步进电机与滚珠丝杆定位控制CHANG’ANUNIVERSITY7.1.1滚珠丝杆与步进电机滚珠丝杆：钢珠在螺帽与螺杆间运动，将滑动接触转为滚动接触，把钢珠滚动转换为螺帽直线运动。具有高定位精度、高寿命、低污染、可高速正反向传动等特性，导程一般为1~10mm。步进电机：由定子和转子组成，通过切换电流流向控制定子线圈电流，使电机以固定步距角一步一步转动。采用开环控制，以脉冲信号控制转动方向和速度。本台架滚珠丝杆导程5mm，步进电机直接驱动，通过改变脉冲数实现位置定位，台架带刻度便于判断定位距离。CHANG’ANUNIVERSITY7.1.2实验内容与步骤主要内容：了解步进电机工作原理及驱动器配置方式分析控制系统电气原理图与连线方法掌握PLC驱动步进电机的程序控制方法主要步骤：断电状态下连接PC/PPI电缆，上电运行STEP7-Micro/WIN32设置PLC型号与通信参数，编译并下载控制程序CHANG’ANUNIVERSITY7.2硬件系统设计第7章步进电机与滚珠丝杆定位控制CHANG’ANUNIVERSITY7.2.1系统组成以西门子S7-200PLC为核心：DI接入启动、停止及左/中/右极限开关；DO向驱动器输出脉冲与正/反转方向信号；经M542驱动器驱动57J09步进电机，带动滚珠丝杆定位。CHANG’ANUNIVERSITY7.2.2步进电机57J09实验台架采用57J09两相步进电机主要参数：步距角：1.8°静态电流：2.8A相电阻0.8Ω，相电感1.2mH保持转矩0.9N·m，定位转矩0.04N·mCHANG’ANUNIVERSITY7.2.3步进电机驱动器M542采用雷赛M542步进电机驱动器：微步细分15档，最大25000脉冲/转峰值电流1.0~4.2A，8挡输出自动半流、过压/过流保护直流供电DC24~36VM542采用8位拨码开关设定细分、动态电流与半流模式。台架设置：峰值电流2.84A，细分4000脉冲/转CHANG’ANUNIVERSITY7.2.4电气原理图PLC输入5个DI（启停+左/中/右极限开关）输出2个DO。S7-200仅Q0.0、Q0.1支持高速脉冲：Q0.0发脉冲PUL+，Q0.1出方向DIR+CHANG’ANUNIVERSITY7.3步进电机控制方法第7章步进电机与滚珠丝杆定位控制CHANG’ANUNIVERSITY7.3.1PTO三段控制方式用PLS指令控制高速口Q0.0/Q0.1，提供PTO方波输出。每次启停分三段1加速段：200脉冲，频率2kHz→10kHz2匀速段：3400脉冲，10kHz恒速3减速段：400脉冲，10kHz→2kHz停机共4000脉冲电机转1圈，包络表写入V存储器。CHANG’ANUNIVERSITY7.4控制系统软件设计第7章步进电机与滚珠丝杆定位控制CHANG’ANUNIVERSITY7.4.1功能分析与程序流程中位开关处左右往复5cm。导程5mm，转10圈走5cm。找零初始化：先右行N1脉冲触发右极限→停1s→左行N2脉冲找中位原点循环往复：中位左行S(5cm)→右行2S(10cm)→左行2S，循环主程序初始化找中位子程序CHANG’ANUNIVERSITY7.4.2PLC程序设计——主程序控制程序含1个主程序+2个子程序。主程序功能：系统初始化：上电复位，丝杆右移至右极限，短时停机后反向回原点左右移动：原点左移5cm→右移10cm→左移10cm，循环往复；用移位寄存器SHRB切换状态左右极限保护：丝杆触到左/右极限开关立即停机保护SM0.0常1、SM0.1首扫描1；Q0.1=0朝右、Q0.1=1朝左CHANG’ANUNIVERSITY7.4.2PLC程序设计——脉冲输出子程序子程序0完成PTO端口初始化与多段参数设置：SMB67=16#A0：选择多段PTO操作SMW168=500：包络表首地址VB500向V存储器写入段数及各段周期、周期Δ、脉冲数改VW509可调速，改VD100可改行程。子程序2清SMB67.7停机CHANG’ANUNIVERSITY7.5实验结果第7章步进电机与滚珠丝杆定位控制CHANG’ANUNIVERSITY7.5实验结果①滑块右行至右极限，停顿1s后左行，找到零点停止②按启动I0.3，电机往复运行（左15cm、右25cm、中位20cm）③按停止I0.4，电机停止，调试结束以标尺20cm为原点左右5cm等距往复，可上位机调速、调速程机电一体化综合设计实训CHANG’ANUNIVERSITY7.5实验结果实验