PLC实现步进电机的正反转和调整控制

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

2、。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，

3、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

4、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

5、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

6、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+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 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t24

7、6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k200ms1000ms，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，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

8、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，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

9、令，根据d1数值（首次为0），指定m10输出，y3、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。 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、