第五章 PLC的步進電機控制系統(tǒng),步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。一般電動機是連續(xù)旋轉的，而步進電機的轉動是一步一步進行的。每輸入一個脈沖電信號，步進電機就轉動一個角度。通過改變脈沖頻率和數(shù)量，即可實現(xiàn)調速和控制轉動的角位移大小，具有較高的定位精度，其最小步距角可達0.75，轉動、停止、反轉反應靈敏、可靠。在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。,5.1步進電機的分類、基本結構和工作原理,步進電機的分類 1.永磁式步進電機 2.反應式步進電機 3.混合式步進電機 步進電機的基本結構和工作原理,步進電機的分類,1.永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度。 2.反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。 3.混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相。兩相步進角一般分為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。,步進電機的基本結構和工作原理,三相反應式步進電機的結構如圖所示 定子、轉子是用硅鋼片或其他軟磁材料制成的。定子的每對極上都繞有一對繞組，構成一相繞組，共三相稱為A、B、C三相。,步進電機的基本結構和工作原理,在定子磁極和轉子上都開有齒分度相同的小齒，采用適當?shù)凝X數(shù)配合，當A相磁極的小齒與轉子小齒一一對應時，B相磁極的小齒與轉子小齒相互錯開1/3齒距，C相則錯開2/3齒距。如圖所示,步進電機的基本結構和工作原理,上圖中，A相繞組與齒1、5一一對應，而此時B相繞組與齒2錯開1/3齒距，而與齒3錯開2/3齒距，C相繞組與齒3錯開2/3齒距，而與齒4錯開1/3齒距。 電機的位置和速度由繞組通電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應關系。而方向由繞組通電的順序決定。,步進電機的基本結構和工作原理,步進電機的基本參數(shù)主要有以下內容 1電機固有步距角 2步進電機的相數(shù) 3保持轉矩（HOLDINGTORQUE） 4鉗制轉矩（DETENTTORQUE）,1電機固有步距角,它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，這個步距角可以稱之為“電機固有步距角”，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅動器有關。,2步進電機的相數(shù)：,步進電機的相數(shù)是指電機內部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9/1.8、三相的為0.75/1.5、五相的為0.36/0.72。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅動器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。,3保持轉矩（HOLDINGTORQUE）,保持轉矩是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為2N.m的步進電機。,4鉗制轉矩（DETENTTORQUE）,鉗制轉矩是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料，所以它沒有DETENTTORQUE。,步進電機主要有以下特點,1一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。,步進電機主要有以下特點,2步進電機外表允許的最高溫度取決于不同電機磁性材料的退磁點。步進電機溫度過高時會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。,步進電機主要有以下特點,3步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降。當步進電機轉動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。,步進電機主要有以下特點,4步進電機低速時可以正常運轉，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。步進電機有一個技術參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉速從低速升到高速）。,5.2步進電機在工業(yè)控制領域的主要應用情況介紹,步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應用在各種家電產(chǎn)品中，例如打印機、磁盤驅動器、玩具、雨刷、震動尋呼機、機械手臂和錄像機等。另外步進電機也廣泛應用于各種工業(yè)自動化系統(tǒng)中。由于通過控制脈沖個數(shù)可以很方便的控制步進電機轉過的角位移，且步進電機的誤差不積累，可以達到準確定位的目的。還可以通過控制頻率很方便的改變步進電機的轉速和加速度，達到任意調速的目的，因此步進電機可以廣泛的應用于各種開環(huán)控制系統(tǒng)中,5.3西門子PLC對步進電機的控制方法,PLC直接控制步進電機 西門子PLC與步進電機驅動器控制步進電機 高頻脈沖輸出控制舉例,PLC直接控制步進電機,使用PLC直接控制步進電機時，可使用PLC產(chǎn)生控制步進電機所需要的各種時序的脈沖。例如三相步進電機可采用三種工作方式： 三相單三拍 三相雙三拍 三相單六拍,PLC直接控制步進電機,可根據(jù)步進電機的工作方式，以及所要求的頻率（步進電機的速度），畫出A、B、C各相的時序圖。并使用PLC產(chǎn)生各種時序的脈沖 例如：采用西門子S7-300PLC控制三相步進電機的過程。 要求通過PLC可實現(xiàn)三相步進電機的起停控制、正反轉控制，以及三種工作方式的切換（每相通電時間為1秒鐘）。,采用西門子S7-300PLC控制三相步進電機的過程,變量約定如下 輸入：啟動按鈕SB1：I0.0 方向選擇開關SA1：I0.1 停止按鈕SB2：I0.2 三相單三拍方式選擇SA2：I0.3 三相雙三拍方式選擇SA3：I0.4 三相單六拍方式選擇SA4：I0.5,采用西門子S7-300PLC控制三相步進電機的過程,輸出： A相加電壓：Q0.0 B相加電壓：Q0.1 C相加電壓：Q0.2 啟動指示燈：Q0.3 三相單三拍運行方式：Q0.4 三相雙三拍運行方式：Q0.5 三相單六拍運行方式：Q0.6 輸出脈沖顯示燈： Q0.7,采用西門子S7-300PLC控制三相步進電機的過程,三相單三拍正向的時序圖如圖所示,采用西門子S7-300PLC控制三相步進電機的過程,三相雙三拍正向的時序圖如圖所示,采用西門子S7-300PLC控制三相步進電機的過程,三相單六拍正向時序圖如圖所示,PLC直接控制步進電機,編程方法 1使用定時器指令實現(xiàn)各種時序脈沖的要求：使用定器產(chǎn)生不同工作方式下的工作脈沖，然后按照控制開關狀態(tài)輸出到各相對應的輸出點控制步進電機。,編程方法,1例如：使用圖所示的程序可以產(chǎn)生所需要的脈沖：,編程方法,M0.0作為總控制狀態(tài)位，控制脈沖發(fā)生指令是否啟動。一旦啟動，采用T0、T1、T2以及它們的組合可以得到三相單三拍和三相雙三拍的兩種工作方式下，各相的脈沖信號。如T0的狀態(tài)為三相單三拍工作狀態(tài)下A相的脈沖。同理可使用類似程序得到三相單六拍時各相所需的脈沖信號。,編程方法,2使用移位指令實現(xiàn)各相所需的脈沖信號。 例如在MW10中進行移位，每次移位的時間為1秒鐘。如圖為三相單六拍正向時序流程圖，三相單三拍可利用相同的流程圖，從M11.1開始移位，每次移兩位，而三相雙三拍從M11.2開始，每次移兩位。,編程方法,在程序段1中，先產(chǎn)生周期為1秒鐘的脈沖信號，如圖所示：,編程方法,在不同的工作方式下賦予MW10不同的初值，如圖程序段24所示,編程方法,程序段2：三相單三拍或三相單六拍工作方式，此時均從M11.0開始移位，兩種工作方式均為M11.6為“1”時返回。程序段3：三相雙三拍工作方式，此時從M11.1開始因為，而在M11.7時返回。程序段4：若按下停止按鈕或沒有選擇工作方式時，MW10中的內容為“0”，則不會有輸出。,編程方法,在不同的工作方式下，將移位指令移動的位數(shù)保存在MW20中，程序如圖所示,編程方法,程序段5：三相單三拍或三相雙六拍，每次應移動2位。程序段6：三相單六拍，每次應移動一位。程序段7為移位指令，由于T1的周期為1秒鐘，因此每間隔1秒鐘，移位指令左移指定的位數(shù)。再將MW10中對應的位控制相應的輸出，可實現(xiàn)步進電機的控制。步進電機的反向控制可根據(jù)相同的辦法來實現(xiàn)。,西門子PLC與步進電機驅動器控制步進電機,在對步進電機進行控制時，常常會采用步進電機驅動器對其進行控制。步進電機驅動器采用超大規(guī)模的硬件集成電路，具有高度的抗干擾性以及快速的響應性，不易出現(xiàn)死機或丟步現(xiàn)象。使用步進電機驅動器控制步進電機，可以不考慮各相的時序問題（由驅動器處理），只要考慮輸出脈沖的頻率（控制驅動器CP端），以及步進電機的方向（控制驅動器的DIR端）。PLC的控制程序也簡單得多。,西門子PLC與步進電機驅動器控制步進電機,但是，在使用步進電機驅動器時，往往需要較高頻率的脈沖。因此PLC是否能產(chǎn)生高頻脈沖成為能否成功控制步進電機驅動器以及步進電機的關鍵。西門子CPU312C、CPU313C、CPU313-2DP等型號，集成有用于高速計數(shù)以及高頻脈沖輸出的通道，可用于高速計數(shù)或高頻脈沖輸出。,西門子PLC與步進電機驅動器控制步進電機,下面以CPU313C為例，說明高頻脈沖輸出的控制過程。 CPU313C集成有3個用于高速計數(shù)或高頻脈沖輸出的特殊通道，3個通道位于CPU313C集成數(shù)字量輸出點首位字節(jié)的最低三位，這三位通常情況下可以作為普通的數(shù)字量輸出點來使用。再需要高頻脈沖輸出時，可通過硬件設置定義這三位的屬性，將其作為高頻脈沖輸出通道來使用。,西門子PLC與步進電機驅動器控制步進電機,作為普通數(shù)字量輸出點使用時，其系統(tǒng)默認地址為Q124.0、Q124.1、Q124.2（該地址用戶可根據(jù)需要自行修改），作為高速脈沖輸出時，對應的通道分別為0通道、1通道、2通道（通道號為固定值，用戶不能自行修改）。每一通道都可輸出最高頻率為2.5KHZ（周期為0.4ms）的高頻脈沖。,西門子PLC與步進電機驅動器控制步進電機,如圖所示：CPU313C中，X2前接線端子22、23、24號接線端子分別對應通道0、通道1、和通道3。另外，每個通道都有自己的硬件控制門，0通道的硬件門對應X2前接線端子的4號接線端子，對應的輸入點默認地址為I124.2。1通道硬件門7號接線端子，對應的輸入點默認地址為I124.5，而2號通道硬件門為12號接線端子，對應的輸入點默認地址為I125.0。,西門子PLC與步進電機驅動器控制步進電機,西門子PLC與步進電機驅動器控制步進電機,控制通道產(chǎn)生高頻脈沖分為以下兩個步驟 硬件設置。 調用系統(tǒng)功能塊SFB49。,1硬件設置,要想使這三個通道輸出高頻脈沖，首先必須進行硬件設置。硬件設置的過程如下： （1）首先創(chuàng)建一個項目，CPU型號選擇為CPU313C，如圖所示,1硬件設置,（2）雙擊SIMATIC 300 Station下的hardware進入硬件組態(tài)工具軟件進行硬件設置如圖所示。,1硬件設置,在硬件組態(tài)工具中可以看到CPU313C集成有24點數(shù)字量輸入（DI24）、16點數(shù)字量輸出（DO16）、5通道模擬量輸入（AI5）和2通道的模擬量輸出（AO2）。另外還有計數(shù)功能（count），高頻脈沖的屬性設置就在count中設置。這里的計數(shù)器是針對計數(shù)頻率要求較高的場合。雙擊count（如圖5.3.11所示），可進行高速計數(shù)、頻率控制以及高頻脈沖輸出屬性設置對話框。,1硬件設置,（3）雙擊count可進入計數(shù)器屬性對話框如圖所示,3通道：以30kHz進行計數(shù)或頻率測量，以2.5kHz切換頻率、計數(shù)頻率進行脈寬調制,1硬件設置,在對話框中， Channe為通道選擇，在其后面下拉菜單中，可以選擇要設置的通道號，CPU313C有三個通道號可以選擇，既0、1、2，用戶可以根據(jù)自己的需要對某個通道或三個通道進行分別設置。Operating為工作模式，在其后面的下拉菜單中有5種工作模式可以選擇（如上圖所示）。,1硬件設置,這里只介紹通道作為高頻脈沖輸出時的工作模式。要想在對應通道產(chǎn)生高頻脈沖，必須選擇最后一種工作模式：Pulse-width modulation（脈寬調制）。在Short（簡述）中可以看到，每個通道進行高速計數(shù)或頻率測量時，最大頻率可達30kHz；而作為高頻脈沖輸出時，最大頻率為2.5kHz。,1硬件設置,選擇Pulse-width modulation選項以后，將出現(xiàn)默認值設置對話框如下圖所示,1硬件設置,（4）設置脈沖參數(shù)：在上圖的對話框中選擇OK，對應通道被設置脈寬調制工作方式，脈沖參數(shù)將被設置為默認值。計數(shù)器屬性對話框會出現(xiàn)一個新的標簽，Pulse-Width Modulation標簽，選擇此標簽可對脈寬參數(shù)進行設置，如下圖所示,1硬件設置,1硬件設置,Operating Parameters（操作參數(shù)）中各參數(shù)意義如下： Output format： Per mile，S7 analog value 輸出格式（output-format）有兩種選擇，每密耳（Per mile）和S7模擬量值（S7 analog value）。選擇Per mil，則輸出格式取值范圍為（01000），選擇S7 analog value，則輸出格式取值范圍為（027648，S7模擬量的最大取值為27648）。輸出格式的取值在調用系統(tǒng)功能塊SFB49時設置的，這一取值將會影響輸出脈沖的占空比，具體內容將在后面介紹SFB49時提到。,1硬件設置,Time base： 1ms， 0.1ms 時基（Time base）也有兩種選擇，用戶可根據(jù)實際需要選擇合適的時基，要產(chǎn)生頻率較高的脈沖，可選擇較短的時基（0.1ms）。 On-delay：接通延時時間值 接通延時（On-delay）是指，當控制條件成立時，對應通道將延時指定時間后輸出高頻脈沖。指定時間值為設置值*時基。取值范圍為065535,1硬件設置,Period：指定輸出脈沖的周期。取值范圍為465535 周期為設置值*時基。 Minimum pulse：指定最小的脈沖寬度 指定輸出脈沖的最小脈寬，最小脈寬的取值范圍為2Period/2。注意：在指定了最小脈沖寬度以后，應該保證根據(jù)占空比計算出來的高低電平的時間不小于最小脈沖寬度，否則脈沖將不能正常輸出。請參看系統(tǒng)功能塊SFB49使用方法。,1硬件設置,Input ： Hardware gate 通過輸入?yún)?shù)選擇是否采用硬件門控制，如果選中硬件門前面的方框，則高頻脈沖的控制需要硬件門和軟件門同時控制，如果不選，則高頻脈沖輸出單獨由軟件門控制。具體控制控制方法將在后面的SFB49介紹中提到。,1硬件設置,Hardware Interrupt：Hardware gate opening 硬件中斷選擇，一旦選中硬件門控制以后，此選項將被激活，用戶可根據(jù)需要選擇是否在硬件門起動時刻，調用硬件中斷組織塊OB40中的程序。,1硬件設置,將通道的硬件參數(shù)設置好以后，按OK鍵，如果還需要設置其它通道，可以再次雙擊count，重新進入計數(shù)器屬性對話框對其它通道進行設置。將組態(tài)好的硬件數(shù)據(jù)進行保存編譯（save and compile），并下載到PLC中，完成硬件設置工作。 要想在相應的通道上獲得脈沖，除了硬件設置以外，還必須在程序中調用產(chǎn)生脈沖的系統(tǒng)功能塊SFB49（符號名為“PULSE”）。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,（1）選中項目下最后一級子菜單Blocks，并雙擊Blocks中的OB1進入程序編輯器，在OB1中，調用SFB49。過程如下：在指令集工具中，找到library（庫）-standard library（標準庫）-system Function Blocks（系統(tǒng)功能塊）菜單，并雙擊該菜單下的系統(tǒng)功能塊SFB49進行調用,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,如圖所示,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,在使用系統(tǒng)功能塊時，必須指定其背景數(shù)據(jù)塊。如上圖，在紅色問號處，指定SFB49的背景數(shù)據(jù)塊（例如：DB1、DB2）。如背景數(shù)據(jù)還未建立，填寫數(shù)據(jù)塊后（如填DB10），則程序編輯器將自動建立DB10為SB49的背景數(shù)據(jù)塊。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,（2）分配系統(tǒng)功能塊SFB49的參數(shù)。 系統(tǒng)功能塊SB49的參數(shù)很多，在使用時，用戶可根據(jù)自己的控制需要進行選擇性填寫。其各個參數(shù)意義如下表所示,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,在SFB49的所有輸入?yún)?shù)中主要有兩部分，一部分是用來控制脈沖輸出或作為數(shù)字量輸出的控制變量；另外一部分則是用來修改脈沖參數(shù)：例如脈沖周期，延時時間，最小脈寬等。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)LADDR：子模塊的地址，數(shù)據(jù)類型為字?？稍谟布M態(tài)時進行地址配置。其默認值為W#16#300，即輸入輸出映像區(qū)第768個字節(jié)。若通道集成在CPU模塊中，則此參數(shù)可以不用設置，若通道在某個子功能模塊上，則必須保證此參數(shù)的地址與模塊設置的地址一致。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)CHANNEL：通道號，數(shù)據(jù)類型為整數(shù)。此參數(shù)指定啟用的通道號，CPU313C具有3個通道的高頻脈沖輸出，通道號分別為0、1、2。如啟動2號通道，則參數(shù)值為：2。若通道號大于2，則在執(zhí)行功能塊時，將發(fā)出出錯信息。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)SW_EN：為軟件控制門，數(shù)據(jù)類型為BOOL。SFB49是通過門功能（Gate Function）控制高頻脈沖的起動輸出的。門功能中包括硬件門（hardware gate）和軟件門（software gate）兩種：可根據(jù)需要設置為單獨使用軟件門控制或同時使用硬件門和軟件門控制。門功能工作過程如下圖所示,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,單獨使用軟件門控制時，在硬件設置時，不能啟用硬件門（hardware gate）控制。此時，高頻脈沖輸出單獨由軟件門SW_EN端控制，即SW_EN端為“1”時，脈沖輸出指令開始執(zhí)行（延時指定時間后輸出指定周期和脈寬的高頻脈沖），當SW_EN端為“0”時，高頻脈沖停止輸出。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,采用硬件門和軟件門同時控制時，需要在硬件設置中，啟用硬件門控制。當軟件門的狀態(tài)先為“1”，同時在硬件門有一個上升沿時，將啟動內部門功能，并輸出高頻脈沖（延時指定時間輸出高頻脈沖）。當硬件門的狀態(tài)先為“1”，而軟件門的狀態(tài)后變?yōu)椤?”，則門功能不啟動，若軟件的狀態(tài)保持“1”，同時在硬件門有一個下降沿發(fā)生，也能啟動門功能，輸出高頻脈沖。當軟件門的狀態(tài)變?yōu)椤?”，無論硬件門的狀態(tài)如何，將停止脈沖輸出。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)MAN_DO：手動輸出使能端。一旦通道在硬件組態(tài)時設置為脈寬調制功能，則該通道不能使用普通的輸出線圈指令對其進行寫操作控制，要想控制該通道必須調用功能塊SFB49對其進行控制。如果還想在該通道得到持續(xù)的高電平（非脈沖信號），則可以通過MAN_DO控制端實現(xiàn)。當MAN_DO端為“1”時，指定通道不能輸出高頻脈沖，只能作為數(shù)字量輸出點使用。當MAN_DO端為“0”時，則指定通道只能作為高頻脈沖輸出通道使用輸出指定頻率的脈沖信號。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)SET_DO：數(shù)字量輸出控制端。當MAN_DO端的狀態(tài)為“1”時，可通過SET_DO 端控制指定通道的狀態(tài)是為高電平“1”，還是低電平“0”。如果MAN_DO端的狀態(tài)為“0”，則SET_DO端的狀態(tài)不起作用，不會影響通道的狀態(tài)。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)OUTP_VAL：輸出值設置。輸出值參數(shù)數(shù)據(jù)類型為整數(shù)。在硬件設置中我們只指定了脈沖的周期，延時時間以及最小脈寬等，并沒有指定脈沖的占空比。參數(shù)OUTP_VAL就是用來指定脈沖占空比的。注意：在硬件設置時，如果選擇輸出形式（Output-format）為：Per mil，則OUTP_VAL取值范圍為01000（基數(shù)為1000），輸出脈沖高電平時間長度為： Pulse width（脈寬）=（OUTP_VAL/1000）*period（周期）,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,例如：若OUTP_VAL值設置為200，則一個周期中，200/1000的時間為高電平，800/1000的時間為低電平：即占空比為1：4。 如果硬件設置時，選擇輸出形式（output-format）為S7模擬量值（S7 analog value），則OUTP_VAL取值范圍為027648（基數(shù)為27648），此時輸出脈沖的脈寬為： Pulse width（脈寬）=（OUTP_VAL/27648）* period（周期）,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,此時如果OUTP_VAL值設置為200，則一個周期中200/27648的時間為高電平，27448/27648的時間為低電平。 注意在設置占空比時，應該保證計算出的高低電平的時間都不能小于硬件設置中指定的最小脈寬值（Minimum pulse width），否則將不能輸出脈沖信號。 以上參數(shù)為控制脈沖的操作信號。如果想要修改硬件設置時，如脈沖周期，延時時間等參數(shù)，則要通過下面的參數(shù)來完成。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)JOB_REQ：為作業(yè)操作信號，通過作業(yè)操作可以修改硬件設置時指定的某些參數(shù)如延時時間，周期，最小脈寬等的。作業(yè)初始化控制端是上升沿有效，當JOB_REQ端的狀態(tài)由“0”變?yōu)椤?”時將進行作業(yè)操作功能，具體事件由作業(yè)ID和作業(yè)值決定。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)JOB_ID：為作業(yè)號，作業(yè)號決定了具體的作業(yè)事件，例如，如果想修改脈沖周期則可指定JOB_ID號為W#16#1，如果想修改延時時間則可指定JOB_ID的參數(shù)為W#16#2。如果想讀取周期，則指定JOB_ID號為W#16#81。在系統(tǒng)功能SFB49的背景數(shù)據(jù)塊中，有一個靜態(tài)變量：JOB_OVAL，如圖所示，變量類型為雙整數(shù)，SFB49進行讀作業(yè)操作時，將把讀取的值放在這一區(qū)域，用戶可訪問這一區(qū)域得到高頻脈沖相關參數(shù)的值。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)JOB_VAL：為寫作業(yè)的值，參數(shù)類型為雙整數(shù)，指定的值乘以硬件組態(tài)時指定的時基為定義的時間值。當JOB_REQ有上升沿發(fā)生時，JOB_VAL端定義的值將代替脈沖原有的參數(shù)。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,系統(tǒng)功能塊SFB49（符號名為PLUSE）輸出參數(shù)意義如下表所示,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)STS_EN：狀態(tài)使能端。其狀態(tài)顯示高頻脈沖輸出的條件是否成立，當STS_EN端的狀態(tài)為“1”時，表示高頻脈沖輸出條件成立，通道處于延時或輸出狀態(tài)。 參數(shù)STS_STRT：硬件門狀態(tài)。無論是否啟動硬件門功能，參數(shù)STS_STRT的狀態(tài)與通道對應的硬件門的狀態(tài)一致。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)STS_DO：為通道的輸出狀態(tài)，當通道作為數(shù)字量輸出或高頻脈沖輸出時，STS_DO端的狀態(tài)與通道輸出的狀態(tài)一致。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)JOB_DONE：為可以啟動新作業(yè)的端，正常情況下JOB_DONE端的狀態(tài)為“1”，表示可以啟動新作業(yè)；當JOB_REQ端有上升沿時，將執(zhí)行指定作業(yè)修改對應參數(shù)，這時JOB_DONE的狀態(tài)將變?yōu)椤?”，當作業(yè)執(zhí)行完畢，參數(shù)修改好以后，JOB_DONE的狀態(tài)將自動恢復為“1”狀態(tài)。注意，一般作業(yè)執(zhí)行的時間很短，因此JOB_DONE為“0”的狀態(tài)時間也很短。在做實驗時用肉眼很難觀察到JOB_DONE端的狀態(tài)變化，可以在程序中用JOB_DONE輸出的信號控制一個加法計數(shù)器，可以看到，作業(yè)每啟動一次，計數(shù)器的值都會加1，證明在執(zhí)行作業(yè)時，JOB_DONE端的狀態(tài)的確發(fā)生過變化。,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,參數(shù)JOB_ERR：為故障作業(yè)，當JOB_ERR的狀態(tài)為“0”時，表示作業(yè)執(zhí)行正常，當JOB_ERR的狀態(tài)為“1”時，表示有故障發(fā)生，具體故障原因可查看故障代碼（由JOB_STAT端讀?。?參數(shù)JOB_STAT：為作業(yè)錯誤代碼。如果發(fā)生作業(yè)錯誤，則JOB_ERR = TRUE。JOB_STAT中將給出精確的錯誤原因。具體如下表所示,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,2調用系統(tǒng)功能塊SFB49,發(fā)生系統(tǒng)錯誤后，事件類別錯誤代碼解釋如下： W#16#8001操作模式錯誤或參數(shù)錯誤。在“組態(tài)硬件”中設置正確的操作模式，或使用與已設置的操作模式相匹配的SFB。 W#16#8009通道號非法。例如：將通道號設置值3 (CPU的專用值)。,高頻脈沖輸出控制舉例,控制要求：使用西門子PLC，在CPU313C模塊的0通道通過軟件門單獨控制，產(chǎn)生周期為20MS，占空比為1：4，最小脈寬為1MS的高頻脈沖，延時時間為2秒鐘。在1通道通過硬件門和軟件門同時控制產(chǎn)生周期為4秒鐘，占空比為1：3，最小脈寬為500MS的高頻脈沖，延時時間為0秒鐘。硬件門打開時不調用硬件中斷組織塊。,高頻脈沖輸出控制舉例,1進行硬件設置： 創(chuàng)建項目（取名為高頻脈沖輸出練習），選擇CPU型號為CPU313C 打開該項目中的硬件組態(tài)工具并雙擊count進行屬性-計數(shù)器話框。 在屬性-計數(shù)對話框中選擇 channel ：0，operating：pulse Width modulation，并在彈出的對話框中選擇OK鍵進行確定。,高頻脈沖輸出控制舉例,選擇最后一個標簽pulse width modulation（脈寬調制標簽）并進行operation parameter（操作參數(shù)）設置： Output format（輸出格式）：選擇per mile time base（時基）：選擇0.1ms On-delay（接通延時）：20000 period（周期）： 200 Minimum pulse period（最小脈寬）：10 輸入?yún)?shù)選擇時，不選硬件門,高頻脈沖輸出控制舉例,設置效果如圖所示,高頻脈沖輸出控制舉例,按OK鍵確認設置，并再次雙擊count設置通道1。過程與步驟C、D相同，設置效果如圖所示：,高頻脈沖輸出控制舉例,按OK鍵確認設置，并雙擊DI24/DO16將CPU313C自帶的輸入輸出點的地址由系統(tǒng)默認的124字節(jié)開始，修改為從0字節(jié)開始，修改效果如圖所示：,高頻脈沖輸出控制舉例,對硬件設置進行保存編譯（save and compile）和下載（download）。完成硬件設置。,高頻脈沖輸出控制舉例,2編寫程序調用系統(tǒng)功能塊SFB49 打開組織塊OB1，在library-standard library-system Function Blocks菜單下雙擊SFB49進行調用（調用兩次，0通道和1通道。 為兩個SFB49分別指定背景數(shù)據(jù)塊DB1和DB2（如果數(shù)據(jù)塊不存在，程序編輯器將自動產(chǎn)生數(shù)據(jù)塊中的變量，使其與SFB49的參數(shù)保持一致，成為SFB49的背景數(shù)據(jù)塊）。,高頻脈沖輸出控制舉例,對SFB49參數(shù)進行設置，結果如圖所示：,高頻脈沖輸出控制舉例,對程序進行保存，下載組織塊OB1和指定的數(shù)據(jù)塊DB1、DB2到PLC。 注意由于數(shù)據(jù)塊是用戶據(jù)需要設置的，因此在使用時必須先下載到PLC中，否則在執(zhí)行程序時，一旦PLC執(zhí)行到需要訪問數(shù)據(jù)塊時，CPU將發(fā)生出錯并停機，系統(tǒng)功能塊SFB49集成在PLC的CPU中，因此不需要下載。,高頻脈沖輸出控制舉例,3進行聯(lián)機調試。 將PLC工作模式選擇開關撥到RUN，按下I0.0端的控制按鈕（保持2秒鐘以上），觀察0通道的狀態(tài)，可以看到0通道在等2秒之后，有高頻脈沖輸出。對程序進行在線監(jiān)控，觀察M0.0，M0.2的狀態(tài)，可以看到M0.0的狀態(tài)與I0.0的狀態(tài)一致，M0.2的狀態(tài)與0通道的狀態(tài)一致。按下0通道的硬件門I0.2對應的控制按鈕，觀察M0.1的狀態(tài)。,高頻脈沖輸出控制舉例,按鈕I0.1端的控制按鈕，觀察1通道的狀態(tài)，可看到，由于1通道硬件設置時，采用硬件門控制，因此單獨按下軟件門的控制端時（這里為I0.1），1通道沒有脈沖輸出。保持I0.1的狀態(tài)為“1”，同時按下1通道的硬件門I0.5對應的控制按鈕，觀察1通道的狀態(tài)，松開硬件門I0.5的對應按鈕，可以觀察到1通道的脈沖繼續(xù)輸出，當松開軟件門的控制按鈕I0.1，則脈沖立刻停止輸出。 觀察M1.0與I0.1和I0.5狀態(tài)的對應關系。,高頻脈沖輸出控制舉例,先按下1通道硬件門I0.5的控制按鈕，觀察1通道和M1.0M1.2各位的狀態(tài)，保持I0.5的狀態(tài)為“1”，按下軟件門的控制按鈕I0.1，觀察1通道是否有脈沖輸出（沒有），保持軟件門的狀態(tài)為“1”，松開I0.5的控制按鈕，可以看到，這是1通道有脈沖輸出，松開I0.1，脈沖將停止輸出。,5.4實訓十用S7PLC產(chǎn)生高頻脈沖控制步進電機,實訓目的 1掌握步進電機與步進電機驅動器的接線方法以及PLC與步進電機驅動器的接線方法 2掌握PLC高頻脈沖的控制方法 實訓設備 實訓內容：步進電機控制,實訓設備,1PLC實驗板（CPU313C） 2步進電機一臺 3步進電機驅動器一臺 4撥動開關 5只，指示燈6只 5導線若干以及電工工具 6PC機和STEP 7編程調試軟件,實訓內容：步進電機控制,項目內容：本項目以北京斯達微步控制技術有限公司生產(chǎn)的系列步進電機以及步進電機驅動器為例，采用西門子PLC（CPU313C）實現(xiàn)步進電機的控制，步進電機控制要求如下所示： （1）選擇開關SA1決定步進電機的工作模式，當SA1狀態(tài)為0時，步進電機處于可運行模式，當SA1的狀態(tài)為“1”時，步進電機處于設置參數(shù)模式。,實訓內容：步進電機控制,（2）當步進電機處于工作模式時，控制要求如下：方向控制按鈕SA2的狀態(tài)為“0”時，要求步進電機旋轉方向為順時針（正轉），為“1”要求為逆時針（反轉）。當按下長動按鈕SB1時，要求步進電機旋轉（方向由SA2決定），當按下停止按鈕SB2時，步進電機停止運行。當按下點動定時按鈕SB3時，步進電機將按點動過程運動。,實訓內容：步進電機控制,（3）當步進電機處于參數(shù)設置模式時，控制要求如下：按鈕SB1作為作業(yè)操作請求按鈕，作業(yè)為固定內容即：修改周期參數(shù)。按鈕SB3為步進電機速度的切換按鈕，要求步進電機可以在以下幾種頻率運行2.5khz，2.4khz，2.25khz，2khz，1.75khz，1.5khz。每種工作頻率切換時，分別由HL1、HL2、HL3、HL4、HL5、HL6顯示。當步進電機處于運行工作模式時，步進電機實際運行時的速度（頻率）也由HL1、HL2、HL3、HL4、HL5、HL6顯示。,實訓內容：步進電機控制,系統(tǒng)分析 1 PLC和系統(tǒng)硬件配置控制系統(tǒng)中的硬件配置如下,實訓內容：步進電機控制,實訓內容：步進電機控制,2分析控制要求進行輸入輸出點分配，并根據(jù)分配畫出外部接線圖。,實訓內容：步進電機控制,實訓內容：步進電機控制,步進電機與步進電機驅動器如圖所示 17HS101為2相混合式步進電機，步距角為1.8度，相電流為1.7安培，驅動電壓為DC24V。,步進電機（17HS101）,步進電機接線端子,實訓內容：步進電機控制,步進電機與步進電機驅動器如圖所示,步進電機驅動器,步進電機驅動器接線端子,實訓內容：步進電機控制,SH-2H042Ma步進電機驅動器為2/4相混合型步進電機驅動器。細分數(shù)由撥位開關設定（2、4、8）分別對應步距角0.9度、0.45度、0.225度。最大相電流輸出為1.7安培，工作電壓為DC24V，配套電機有17HS001、17HS101、17HS111和23HS2001。步進電機與配套步進電機驅動器的接線較簡單。如圖5-4-2所示，將步進電機相應相的接線端子（根據(jù)顏色判斷）連接到步進電機驅動器對應端子的上即可,實訓內容：步進電機控制,步進電機與步進電機驅動器的接線圖如圖所示,實訓內容：步進電機控制,步進電機驅動器與PLC連接，SH-2H042Ma步進電機驅動器的輸入信號為CP+、CP-和DIR+、DIR-，其連接方式有三種： 共陽極方式：把CP+和DIR+接在一起作為共陽端OPTO（接外部系統(tǒng)的+5V），脈沖信號接入CP-端，方向信號接入DIR-端；共陰極方式：把CP-和DIR-接在一起作為共陰端（接外部系統(tǒng)的GND），脈沖信號接入CP+端，方向信號接入DIR+端；差動方式：直接連接。,實訓內容：步進電機控制,SH-2H042Ma型號步進電機驅動器輸入信號的幅值為TTL電平，最大為5V，如果控制電源為5V則可以直接接入，否則需要在外部連接限流電阻R，以保證給驅動器內部光耦原件提供815mA的驅動電流。,實訓內容：步進電機控制,外加電阻大小如表所示 接線圖如圖所示,實訓內容：步進電機控制,西門子PLC與SH-2H042Ma步進電機驅動器相連時，采用共陽極方式連接，將CP+和DIR+接在一起作為共陽端OPTO。其接線方式圖所示,實訓內容：步進電機控制,根據(jù)上圖所示的接線方式，以及輸出分配時，對PLC控制步進電機CP端和DIR端分配的輸出點，可畫出PLC與步進電機驅動器之間的接線圖，如圖所示,實訓內容：步進電機控制,另外PLC輸出模塊的24V直流電源見圖所示：普通輸入輸出點的接線圖如圖所示,實訓內容：步進電機控制,3分析控制要求，并根據(jù)控制要求進行硬件組態(tài)和程序設計。 參考程序見附錄光盤,實訓步驟,1根據(jù)步進電機與步進電機驅動器端子圖，完成系統(tǒng)的硬件接線。 2創(chuàng)建步進電機控制項目并進行硬件組態(tài)。 3編寫控制程序，并下載運行。 4在線調試,