實(shí)訓(xùn)課題三 PLC 實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 掌握步進(jìn)電機(jī)的工作原理 2 掌握帶驅(qū)動(dòng)電源的步進(jìn)電機(jī)的控制方法 3 掌握 DECO 指令實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制的程序 二 實(shí)訓(xùn)儀器和設(shè)備 1 FX 2N 48MR PLC 一臺 2 兩相四拍帶驅(qū)動(dòng)電源的步進(jìn)電機(jī)一套 3 正反切換開關(guān) 起停開關(guān) 增減速開關(guān)各一個(gè) 三 步進(jìn)電機(jī)工作原理 步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī) 它將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移 即給 一個(gè)脈沖信號 步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度 圖 3 1 是一個(gè)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 結(jié)圖 從圖中可以看出 它分成轉(zhuǎn)子和定子兩部分 定子是由硅鋼片疊成 定 子上有六個(gè)磁極 大極 每兩個(gè)相對的磁極 N S 極 組成一對 共有 3 對 每對磁極都繞有同一繞組 也即形成 1 相 這樣三對磁極有 3 個(gè)繞組 形成三 相 可以得出 三相步進(jìn)電機(jī)有 3 對磁極 3 相繞組 四相步進(jìn)電機(jī)有 4 對磁 極 四相繞組 依此類推 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力來自于電磁力 在電磁力的作用下 轉(zhuǎn)子被強(qiáng)行 推動(dòng)到最大磁導(dǎo)率 或者最小磁阻 的位置 如圖 3 1 a 所示 定子小齒與 轉(zhuǎn)子小齒對齊的位置 并處于平衡狀態(tài) 對三相異步電動(dòng)機(jī)來說 當(dāng)某一相的 磁極處于最大導(dǎo)磁位置時(shí) 另外兩相相必處于非最大導(dǎo)磁位置 如圖 3 1 b 所示 即定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒不對齊的位置 把定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊的狀態(tài)稱為對齒 把定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒不對 齊的狀態(tài)稱為錯(cuò)齒 錯(cuò)齒的存在是步進(jìn)電機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)的前提條件 所以 在步 進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)中必須保證有錯(cuò)齒的存在 也就是說 當(dāng)某一相處于對齒狀態(tài)時(shí) 其它繞組必須處于錯(cuò)齒狀態(tài) 本實(shí)驗(yàn)的電機(jī)采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī) 其內(nèi)部上下是兩個(gè)磁鐵 中間是 線圈 通了直流電以后 就成了電磁鐵 被上下的磁鐵吸引后就產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn) 因?yàn)橹虚g連接的電磁鐵的兩根線不是直接連接的 是采用在轉(zhuǎn)軸的位置用一根 滑動(dòng)的接觸片 這樣如果電磁鐵轉(zhuǎn)過了頭 原先連接電磁鐵的兩根線剛好就相 反了 所以電磁鐵的 N 極 S 極就和以前相反了 但是電機(jī)上下的磁鐵是不變的 所以又可以繼續(xù)吸引中間的電磁鐵 當(dāng)電磁鐵繼續(xù)轉(zhuǎn) 由于慣性又轉(zhuǎn)過了頭 所以電極又相反了 重復(fù)上述過程就步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)了 根據(jù)這個(gè)原理 如圖 3 2 所示 兩相步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)步驟 以正轉(zhuǎn)為例 由圖可見 現(xiàn)相異步電機(jī)正轉(zhuǎn)過程分為四個(gè)步驟 即 A 相正方向電流 B 相正方向電流 A 向反方向電流和 B 相反方向電流 反轉(zhuǎn)工作的順序與之相反 A B 兩相線圈不是固定的電流方向 這與其它步進(jìn)電機(jī)的控制邏輯有所不同 因此 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 必須考慮用換相的思路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)線路 可以根據(jù) 模擬驅(qū)動(dòng)電路的功能和 plc 必須的邏輯關(guān)系進(jìn)行程序設(shè)計(jì) 四 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制方式 利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以通過 PLC 的高速輸出信號控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方 向 運(yùn)行速度 運(yùn)行步數(shù)等狀態(tài) 其中 步進(jìn)電機(jī)的方向控制 只需要通過控 制 U D 端的 On 和 Off 就能決定電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn) 將光耦隔離的脈沖信號輸 入到 CP 端就能決定步進(jìn)電機(jī)的速度和步數(shù) 控制 FREE 信號就能使電機(jī)處于 自由狀態(tài) 因此 PLC 的控制程序相當(dāng)簡單 只需通過 PLC 的輸出就能控制步進(jìn)電機(jī) 的方向 轉(zhuǎn)速和步數(shù) 不必通過 PLC 控制電機(jī)換相的邏輯關(guān)系 也不必另外添 加驅(qū)動(dòng)電路 實(shí)訓(xùn)面板見圖 3 4 梯形圖見圖 3 5 本程序是利用 D0 的變化 改變 T0 的定時(shí)間隔 從而改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 通過兩個(gè)觸點(diǎn)比較指令使得 D0 只能在 10 50 之間變化 從而控制步進(jìn)間隔是 1S 5S 之間 I O 分配表見 表 3 1 表 3 1 I O 分配表 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) X0 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)方向 Y0 電機(jī)控制脈沖 X1 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) Y1 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)運(yùn)行 X2 電機(jī)停止 X4 頻率增加 X5 頻率減少 圖 3 5 梯形圖 五 采用 PLC 直接控制步進(jìn)電機(jī)方式 對于兩相步進(jìn)電機(jī)控制 根據(jù)其工作原理 必須考慮其換向的控制方式 因此將其步驟用代號分解 則為 實(shí)現(xiàn)電流方向 A A 實(shí)現(xiàn)電流方向 B B 實(shí)現(xiàn)電流方向 A A 實(shí)現(xiàn)電流方向 B B 如果反轉(zhuǎn)則按照 的順序控制 PLC 的 I O 分配表按照表 3 2 分配圖按照圖 3 6 梯形圖見圖 3 7 表 3 2 PLC 的 I O 分配表 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) X0 正轉(zhuǎn)運(yùn)行 COM1 DC 12V X1 反轉(zhuǎn)運(yùn)行 Y0 A X2 自動(dòng) 手動(dòng) Y1 B X3 單步運(yùn)行 Y2 A X4 頻率增加 Y3 B X5 頻率減少 COM2 DC 12V GND Y4 A Y5 B Y6 A Y7 B 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制的梯形圖如圖 3 7 所示 程序中采用積算定時(shí) 器 T246 為脈沖發(fā)生器 因系統(tǒng)配置的 PLC 為繼電器輸出類型 其通斷頻率過 高有可能損壞 PLC 故設(shè)定范圍為 K200 ms 1000ms 則步進(jìn)電機(jī)可獲得 1 10 步 秒的變速范圍 X0 為 ON 時(shí) 正轉(zhuǎn) X1 為 ON 時(shí) 反轉(zhuǎn) X0 為 ON 時(shí) 輸出正脈沖列 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) 當(dāng) X0 為 ON 時(shí) T246 以 D0 值為預(yù)置值開始計(jì)時(shí) 時(shí)間到 T246 導(dǎo)通 執(zhí)行 DECO 指令 根據(jù) D1 數(shù) 值 首次為 0 指定 M10 輸出 Y0 Y4 為 ON 步進(jìn)電機(jī) A 相通電 且實(shí)現(xiàn) 電流方向 A A D1 加 1 然后 T246 馬上自行復(fù)位 重新計(jì)時(shí) 時(shí)間到 T246 又導(dǎo)通 再執(zhí)行 DECO 指令 根據(jù) D1 數(shù)值 此次為 1 指定 M11 輸出 Y1 Y5 為 ON 步進(jìn)電機(jī) B 相通電 且實(shí)現(xiàn)電流方向 B B D1 加 1 T246 馬上又自行復(fù)位 重新計(jì)數(shù) 時(shí)間到 T246 又導(dǎo)通 再執(zhí)行 DECO 指令 根據(jù) D1 數(shù)值 此次為 2 指定 M12 輸出 Y2 Y6 為 ON 步進(jìn)電機(jī) A 相通電 且實(shí)現(xiàn)電流方向 A A D1 加 1 T246 馬上又自行復(fù)位 重新計(jì)時(shí) 時(shí)間到 T246 又導(dǎo)通 再執(zhí)行 DECO 命令 根據(jù) D1 數(shù)值 此次為 3 指定 M13 輸出 Y3 Y7 為 ON 步進(jìn)電機(jī) B 相通電 且實(shí)現(xiàn)電流方向 B B 當(dāng) M13 為 ON D1 復(fù)位 重新開始新一輪正脈沖系列的產(chǎn)生 X1 為 ON 時(shí) 輸出反脈沖列 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) 當(dāng) X1 為 ON 時(shí) T246 以 D0 值為預(yù)置值開始計(jì)時(shí) 時(shí)間到 T246 導(dǎo)通 執(zhí)行 DECO 指令 根據(jù) D1 數(shù) 值 首次為 0 指定 M10 輸出 Y3 Y7 為 ON 步進(jìn)電機(jī) B 相通電 且實(shí)現(xiàn) 電流方向 B B 依此類推 完成實(shí)現(xiàn) A 相反方向電流 B 相正方向電流 A 相正方向電流三個(gè)脈沖列輸出 當(dāng) M13 為 ON D1 復(fù)位 重新開始新一輪正脈 沖系列的產(chǎn)生 當(dāng) X2 為 ON 時(shí) 程序由自動(dòng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)模式 當(dāng) X0 X1 為 ON 時(shí) 每點(diǎn) 動(dòng)一次 X3 對 D1 數(shù)值 首次為 0 加 1 分別指定 M10 M11 M12 及 M13 輸出 從而完成一輪正 反 脈沖系列的產(chǎn)生 第 73 步中 當(dāng) X4 為 ON M8012 為 ON M4 為 ON 且 D0 當(dāng)前值 K200 由 D0 即減 1 六 程序調(diào)試及執(zhí)行 調(diào)速時(shí)按 X4 或 X5 按鈕 觀察 D0 的變化 當(dāng)變化值為所需速度時(shí)釋放 如動(dòng)作情況與控制要求一致表明程序正確 保存程序 如果發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行 與控制要求不符 應(yīng)仔細(xì)分析 找出原因 重新修改 直到程序與控制要求相 符為止 七 實(shí)訓(xùn)思考練習(xí)題 如果調(diào)速需經(jīng)常進(jìn)行 可將 D0 的內(nèi)容顯示出來 試設(shè)想方案 修改程序 并實(shí)驗(yàn) 圖 3 7 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制 程序說明 1 步驟 0 指定脈沖序列輸出順序移位值 2 當(dāng) X0 為 ON 輸出正脈沖序列 電機(jī)正轉(zhuǎn) 當(dāng) X1 為 ON 輸出負(fù)脈沖序列 電機(jī)反轉(zhuǎn) 3 當(dāng) X2 為 ON 程序由自動(dòng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)模式 由 X3 狀態(tài)單步觸發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 4 當(dāng) X4 為 ON 如 D0 小于 1000 每 100ms 對 D0 加 1 從而延長每脈沖輸出 的時(shí)間間隔 降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速 5 當(dāng) X5 為 ON 如 D0 大于 200 每 100ms 對 D0 減 1 從而縮短每脈沖輸出 的時(shí)間間隔 加快電機(jī)的轉(zhuǎn)速 6 T0 為頻率調(diào)整限制