五相步进电动机

五相步进电动机
五相步进电动机

摘要

着重对步进电动机的PLC控制系统作了研究。步进电动机的拍数控制采用步进指令,实现五相步进控制的独立模块,按照指令执行相应的模块即可。

正反转控制是用一个输出继电器实现输出脉冲顺序的控制。速度的控制就是

对输出脉冲时间的控制,本设计用时间继电器指令、数据加减1指令、数据比较指令、位数据传输指令等实现了它的控制。采用PLC控制步进电动机可以用很低的成本实现很复杂的控制方案,而且由于PLC编程的灵活性,使修改控制方案成为轻而易举的事情,只要重新编程序即可。

关键词:步进电机可编程序控制器五项步进

引言

可编程序控制器简称为PLC,它出现于20世纪60年代,随着PLC的迅速发展,它的性能越来越高,价格越来越便宜。因此就有可能比较普遍地应用PLC来控制各类电机,完成各种新颖的、高性能的控制策略,使电机的各种潜在能力得到充分的发挥,使电机的性能更符合使用要求,还可以制造出各种

便于控制的新型电机,使电机出现新的面貌。

近10年来,随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大,越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制,PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。

通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器,但PLC 相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中

碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器,现在正逐步用通用PLC或定制PLC 取代嵌入式控制器。

第一章绪论

步进电机的控制系统由可编程控制器、环行脉冲分配器和步进电机功率

驱动器组成,控制系统中PLC用来产生控制脉冲;通过PLC编程输出一定数

量的方波脉冲,控制步进电机的转角进而控制伺服机构的进给量;同时通过

编程控制脉冲频率一一既伺服机构的进给速度;环行脉冲分配器将可编程控

制器输出的控制脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕组。plc控制的步进电机可以采用软件环行分配器,也可以采用如图1所示的硬件环行分配器。采用软环占用的PLC资源较多,特别是步进电机绕组相数M>4时,对于大型生产线应该予以充分考虑。采用硬件环行分配器,虽然硬件结构稍微复杂些,但可以节省占用PLC的I/0口点数,目前市场有多种专用芯片可以选用。步

进电机功率驱动器将PLC输出的控制脉冲放大到几十一上百伏特、几安一十几安的驱动能力。一般PLC的输出接口具有一定的驱动能力,而通常的晶体管直流输出接口的负载能力仅为十几一几十伏特、几十一几百毫安。但对于

功率步进电机则要求几十一上百伏特、几安一十几安的驱动能力,因此应该

采用驱动器对输出脉冲进行放大。

可编程控制器(PC)包括可编程逻辑控制器(PLC)和可编程计算机控制

器(PCC。无论是PLC还是它的升级产品PCC,其基本组成和工作原理部是相同的。但是,PCC具有一般PLC所不具备的特点:①PCC已经采用了多任务操作系统;②PCC不但支持梯形图和C语言等各种高低编程语言,还具有专

为工业控制开发的高级语言,它比通用的高级语言,如C语言更适用于工业

控制,更易于编程;③PCC可以支持多个主CPU同时工作,而且还具有智能

处理器,如专门的时间处理单元守(TPU。综上所述可看出,PCC在很多方面

突破传统,在PLC中引入了新的思想和编程思想,更易于实现日趋复杂的控

制要求[y。步进电机在工业领域应用非常广泛,实现PCC控制的步进电机具

有很大的实用价值。

步进电机的性能对控制系统的设计具有重要的意义,在设计时需要综合

考虑步进电机的步距角、细分数、保持力矩等,使调速系统具有高的可靠性。

在步进式PCC调速器中,根据步进电机的控制脉冲生成方式,它的控制

方式分为直接控制和间接控制两种方式。前者,由PCC完成脉冲生成和脉冲

分配,并输出与步进电机相适应的脉冲,再经过功率放人驱动步进电机;后

者,由PCC完成脉冲生成并输出步进脉冲和方向控制信号,再由硬件或其他

装置(如步进电机驱动器)实现脉冲分配和功率放大。采用直接控制方式时,

步进电机运动频率由高速任务组的扫描周期决定,步进电机的运动频率愈高,则要求高速任务组的扫描周期愈短,这样,占用CPU的时间就愈长;采用间

接控制方式时,其功能由TPU完成,不占用CPU资源;脉冲分配由步进电机

驱动器完成,且具有更完善和灵活的控制功能(如升降速等)。因此在步进式PCC调速器中主要采用间接控制力式。

第2章可编程程序控制器(PLC)

2. 1 PLC简介

代传统继电器控制装置以来,PLC得到了快速发展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断自二十世纪六十年代美国推出

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)取提高,PLC在

开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再

局限于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。

作为离散控的制的首选产品,PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展,世界范围内的PLC年增长率保持为20%^-30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大,近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是,在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料,2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右,在自动化领域占据着十分重要的位置。

PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的,二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、

顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,

来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求,并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序运行过程中,每执行一步该计数器自动加1,程序从起始步(步序号为零)起依次执行到最终步(通常为END指令),然后再返回起始步循环

运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC,循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程,在解算逻

辑方面,表现出快速的优点,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理,16位(也有32位的)为一个模拟量。大

型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。

相同I/0点数的系统,用PLC比用DCS,其成本要低一些(大约能省40%

左右)。PLC没有专用操作站,它用的软件和硬件都是通用的,所以维护成本

比DCS要低很多。一个PLC的控制器,可以接收几千个I/0点(最多可达8000

多个I/0)。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。

PLC由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。

近10年来,随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大,越来越多

的中小设备开始采用PLC进行控制,PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中

国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内PLC在我

国仍将保持高速增长势头。

通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器,但PLC

相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中

碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器,现在正逐步用通用PLC或定制PLC

取代嵌入式控制器。

2. 2 PLC内部原理

PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机,其硬件结构和微机是基本

一至。如图1 PLC硬件的基本结构图所示:

(1>中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋

予的功能,接受并存储从编程器键入的用户程序和数据,检查电源、存储器、

I/0以及警戒定时器的状态,并能检查用户程序的语法错误。当PLC投入运行

时,首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/0

映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指

令的规定执行逻辑或算术运算等任务。并将逻辑或算术运算等结果送入I/0

映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕以后,最后将I/0映象

区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运

行,直到停止运行为止。

(2)

存储器:与微型计算机一样,除了硬件以外,还必须有软件,才能构成一

台完整的PLC。PLC的软件分为两部分:系统软件和应用软件。存放系统软件存储器称为系统程序存储器。PLC存储空间的分配:虽然大、中、小型PLC的CPU的最大可寻址存储空间各不相同,但是根据PLC的工作原理,

其存储空间一般包括以下三个区域:系统程序存储区,系统RAM存储区(包

括I/0映象区和系统软设备等)和用户程序存储区。系统程序存储区:在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监控程

序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造厂商

将其固化在EPROM中,用户不能够直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的

各项功能。系统RAM存储区:系统RAM存储区包括I/0映象区以及各类软

设备(例如:逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加

器等)存储区。I/0映象区:由于PLC投入运行后,只是在输入采样阶段才

依次读入各输入状态和数据,在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相

应的外设。因此,它需要有一定数量的存储单元(RAM)以供存放I/0的状态

和数据,这些存储单元称作I/0映象区。一个开关量I/0占用存储单元中的

一个位(bit),一个模拟量I/o占用存储单元中的一个字(16个bit)。因

此,整个I/0映象区可看作由开关量的I/0映象区和模拟量的I/0映象区两

部分组成。系统软设备存储区:除了I/0映象区以外,系统RAM存储区还

包括PLC内部各类软设备(逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址

寄存器、累加器等)的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和

无失电保持的存储区域,前者在PLC断电时,由内部的铿电子供电。使这部

分存储单元内的数据得以保留;后者当PLC停止运行时,将这部分存储单元

内的数据全部置“零”。用户程序存储区:用户程序存储区存放用户编制

的用户程序。不同类型的PLC其存储容量各不相同,一般来说,随着PLC机

型增大其存储容量也相应增大。不过对于新型的PLC,其存储容量可根据用户

的需要而改变。常用的I/0分类如下:开关量:按电压水平分,有220V AC,

110V AC, 24UDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量:按

信号类型分,有电流型(4-20mA, 0-20mA、电压型(0-10V, 0-5V, -10-10V

等,按精度分,有12bit, 14bit, 16bit等。除了上述通用I/0外,还有特殊

I/0模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/0点数确定模块规格及数量,I/0模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受

最大的底板或机架槽数限制。

3) PLC电源:PLC电源在整个系统中起着十分重要的作用。无论是小

型的PLC,还是中、大型的PLC,其电源的性能都是一样的,均能对PLC内部

的所有器件提供一个稳定可靠的直流电源。一般交流电压波动在正负10%

(15% )之间,因此可以直接将PLC接入到交流电网上去。可编程序控制器

一般使用220V交流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的

元件提供直流电压。某些可编程序控制器可以为输入电路和少量的外部电子

检测装置(如接近开关)提供24V直流电源。驱动现场执行机构的电源一般

由用户提供。可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的,它的梯形图

程序与继电器系统电路图相似,梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这

一名称,如输入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”,与继

电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。

2. 3 PLC的工作原理

可编程序控制器有两种基本的工作状态,即运行(RUN状态与停止(STOP

状态。在运行状态,可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现

控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信

号,用户程序不是只执行一次,而是反复不断地重复执行,直至可编程序控

制器停机或切换到STOP工作状态。除了执行用户程序之外,在每次循环过

程中,可编程序控制器还要完成,内部处理、通信处理等工作,一次循环可

分为5个阶段。可编程序控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工

作方式。由于计算机执行指令的速度极高,从外部输入一输出关系来看,处理

过程似乎是同时完成的。

在内部处理联合阶段。可编程序控制器检查CPU模块内部的硬件是否正

常,将监控定时器复位,以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段,可

编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信,响应编程器键入的命令,

更新编程器的显示内容。当可编程序控制器处于停止(STOP状态时,只执行以上的操作。可编程序控制起处于(RUN)状态时,还要完成另外3个阶段

的操作。

在可编程序控制器的存储器中,设置了一片区域用来存放输入信号和输

出信号的状态,它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。可编程序

控制器梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区,它们统称为元件映像

寄存器。在输入处理阶段,可编程序控制器把所有外部输入电路的接通/断开

CON/OFF)状态读入输入寄存器。外接的输入触点电路接通时,对应的输入

映像寄存器为“1”状态,梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通,常闭

触点断开。外接的输入触点电路断开,对应的输入映像寄存器为“0”状态,

梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开,常闭触点接通。在程序执行阶

段,即使外部输入信号的状态发生了变化,输入映像寄存器的状态也不会随

之而变,输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读

入。

可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成,指令在存储器中按步序

号顺序排列。在没有跳转指令时,CPU从第一条指令开始,逐条顺序的执行用

户程序,直到用户程序结束之处。在执行指令时,从输入映像寄存器或别的

元件映像寄存器中将有关编程元件的0/1状态读出来,并根据指令的要求执

行相应的逻辑运算,运算结果写入到对应的元件映像寄存器中,因此,各编

程元件的映像寄存器(输入映像寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化。

在输出处理阶段,CPU将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出锁存器。

体型图某一输出继电器的线圈“通电”时,对应的输出映像寄存器为“1”状

态。信号经输出模块隔离和功率放大后,继电器型输出模块中对应的硬件继

电器的线圈通电,其常开触点闭合,使外部负载通电工作。若梯形图中输出

继电器线圈断电对应的输出映像寄存器为“0”状态,在输出处理阶段后,继

电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电,其常开触点断开,外部负

载断电,停止工作。某一编程元件对应的映像寄存器为“1”状态时,称该编程元件为ON,映像寄存器为“0”状态时,称该编程元件为OFFo

扫描周期可编程序控制器在RUN工作状态时,执行一次图2. 5. 1 a所示的

扫描操作所需的时间称为扫描周期,其典型值为1}100ms。指令执行所需的时

间与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。当

用户程序较长时,指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。不过严格地

来说扫描周期还包括自诊断、通信等。如图2所示。

(1)输入采样阶段在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次读入所有的数

据和状态它们存入I/0映象区的相应单元内。输入采样结束后,转入用户程

序行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入数据和状态发生变化I/0

映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号,它

的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。

(2)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段,PLC的CPU总是由上而下,

从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算,并以此刷

新该逻辑线圈或输出线圈在系统RAM存储区中对应位的状态。或者确定是否

要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如:算术运算、数据处理、数据

传达等。

(3)输出刷新阶段在输出刷新阶段,CPU按照I/0映象区内对应的数据

和状态刷新所有的数据锁存电路,再经输出电路驱动响应的外设。这时才是PLC真正的输出。

(4)输入/输出滞后时间输入/输出滞后时间又称系统响应时间,是指可

编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号

发生变化的时刻之间的时间间隔,它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后

时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。输入模块的CPU滤波电

路用来滤除由输入端引入的干扰噪声,消除因外接输入触点动作是产生的抖

动引起的不良影响,滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短,其典

型值为lOms左右。输出模块的滞后时间与模块的类型有关,继电器型输

出电路的滞后时间一般在lOms左右;双向可空硅型输出电路在负载接通时的

滞后时间约为lms,负载由导通到断开时的最大滞后时间为lOms;晶体管型

输出电路的滞后时间约为lms。由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达到两

个多扫描周期。可编程序控制器总的响应延迟时间一般只有几十ms,对于一

般的系统是无关紧要的。要求输入一输出信号之间的滞后时间尽量短的系统,

可以选用扫描速度快的可编程序控制器或采取其他措施。

2 .4PLC点击选择方法

(1)

PLC的类型

PLC按结构分为整体型和模块型两类,按应用环境分为现场安装和控制室

安装两类;按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应

用角度出发,通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/0点

数固定,因此用户选择的余地较小,用于小型控制系统;模块型PLC提供多

种I/0卡件或插卡,因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/0点数,

功能扩展方便灵活,一般用于大中型控制系统。

(2)输入输出模块的选择

输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块,应考

虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块,应考虑选用的输出模块类型,通常继电器输出模块具有价格低、使用

电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点;可控硅输出模块适用于开关频

繁,电感性低功率因数负荷场合,但价格较贵,过载能力较差。输出模块还

有直流输出、交流输出和模拟量输出等,与应用要求应一致。可根据应用要

求,合理选用智能型输入输出模块,以便提高控制水平和降低应用成本。考

虑是否需要扩展机架或远程I/0机架等。

2)功率驱动

要使步进电机能输出足够的转矩以驱动负载工作,必须为步进电机提供

足够功率的控制信号,实现这一功能的电路称为步进电机驱动电路。驱动电

路实际上是一个功率开关电路,其功能是将环形分配的输出信号进行功率放

大,得到步进电机控制绕组所需要的脉冲电流及所需要的脉冲波形。步机的

工作特性在很大的程度上取决于功率驱动器的性能,对每一相绕组来说,理

想的功率驱动器应使通过绕组的电流脉冲尽量接近矩形波。但由于步进电机

绕组有很大的电感,要做到这一点是有困难的。

常见的步进电机驱动电路有三种:

1)单电源驱动电路。这种电路采用单一电源供电,结构简单,成本低,但

电流波形差,效率低,输出力矩小,主要用于对速度要求不高的小型步进电

机的驱动。图3所示为步进电机的一相绕组驱动电路(每相绕组的电路相同)。

当环形分配器的脉冲输入信号uU为低电平(逻辑0,约Iv>时,虽然m,

V2管都导通,但只要适当选择R1, R3, R5的阻值,使Ub3<0(约为一1),那

么V3管就处于截止状态,该相绕组断电。当输入信号uU>0(约为0. 7V ) , V3

管饱和导通,该相绕组通电。

2)双电源驱动电路。双电源驱动电路又称高,低压驱动电路,采用高

压和低压两个电源供电,如图2-lc所示。在步进电机绕组刚接通时,通过高

压电源供电,以加快电流上升速度;延迟一段时间后,切换到低压电源供电。

这种电路使用电流波形,输出转矩及运行频率等都有较大的改善。

当环形分配器的脉冲输入信号uU为高电平时(要求该相绕组通电),二

极管Ug, Ud的基极都有信号电压输入,使Ug, Ud均导通。于是在高压电源

作用下(这时二极管vDl两端承受的是反向电压,处于截止状态,可使低压

电源不对绕组作用),绕组电流迅速上升,电流前沿很陡。当电流达到或稍微

超过额定稳态电流时,利用定时电路或电流检测器等措施切断vg基极上的信

号电压,于是vg截止,但此时vd仍然是导通的,因此绕组电流即转而由低

压电源经过二极管vDl供给。当环形分配器输出端的电压uU为低电平时(要

求绕组断电),Ud基极上的信号电压消失,于是Ud截止,绕组中的电流经二

极管UD2及电阻Rf2向高压电源供电,电流迅速下降。采用这种高,低压切

换型电源,电机绕组上不需要串联电阻或者需要串联一个很小的电阻Rf 1(为平衡各相电流),因此电源的功耗较小。由于这种供压方式使电流波形得到很

大的改善,因而步进惦记的矩频特性好,启动和运行频率得到很大的提高。

3)斩波限流驱动电路。这种电路采用单一高压电源供电,以加快电流上升

速度,并通过对绕组电流的检测,控制功放管的开和关,使电流在控制脉冲

持续期间始终保持在规定值上下。这种电路功率大,功耗小,效率高,目前

应用最广。

斩波限流驱动电路原理图其工作原理如下:当环形分配器的脉冲输入高

电平(要求该相绕组通电)加载到光电祸合器oT的输入端时,晶体管m导

通,并使v2和v3也导通。v2导通瞬间,脉冲变压器T在其二次线圈中感应

出一个正脉冲,使大功率晶体管v4也通。同时由于v3的导通,大功率晶体

管v5也导通。于是绕组W中有电流流过,步进电机旋转。由于W是感性负载,

其中的电流在导通后逐渐增加,当增加到一定值时,在检测电阻R10上产生

的压降将超过由分压电阻R7和电阻R8所设定的电压值Uref,使比较器OP翻

转,输出低电平使V2截止。V2被截止瞬时,又通过T将一个负脉冲交连到二

次线圈,使V4截止。于是电源通路被切断,W中储存的能量通过V5, R10及

二极管UD7释放,电流逐渐减小。当电流减小到一定值后,在R10上的压降

又低于Uref,使OP输出高电平,V2, V4及W重新导通。在控制脉冲持续期

间,上述过程不断重复。当输入低电平时,U1}V5等相继截止,W中的能量则

通过UD6,电源,地和UD7释放。该电路限流值可达6A左右,改变电阻R10

或R8的值,可改变限流值的大小。

第3章系统设计

3. 1控制要求

(1)要求对五相步进电机五个绕组依次自动实现如下方式的循环通电控制:

第一步:A-B-C-D-E

第二步:A-AB-BC-CD-DE-EA

第三步:AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA

第四步:EA-ABC-BCD-CDE-DEA

(2)五相步进电机的模拟控制的实验面板图:

3. 2软件设计

I/0分配(连线)

输入

启动按钮(SB1) : XO

停止按钮(SB2 ) : X2

输出

A:Y1 B:Y2 C:Y3 D:Y4 E:Y5

3. 3设备

1. THSMS-A型,THSMS-B型实验装置THSMS-1型,THSMS-2实验箱一台。

2.安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件计算机一台。

3. PC/PPI编程软件一根。

4.锁紧导线若干。

结束语

通过这次设计的学习和认识,步进电动机能直接接受数字量的输入,所以特别适合PLC控制。经过学习掌握步进电动机和可编程控制器技术的实践应用,使本设计能实现对步进电动机的控制过程。在这个控制过程中,能实现步进电动机的拍数和方向的控制,更能显示出可编程控制器是将传统的继电器控制技术与计算机技术融为一体,具有可靠性高、功能强、应用灵活、使用方便等的一系列优点。而可编程控制器是专门为工业控制应用而设计的,可执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作。他还具有丰富的输入/ 输出接口和较强的驱动能力。而在实际运用时,其硬件需要根据实际需要进行选用配置,其软件则需根据控制要求进行设计编制。

在程序设计过程中,我对以前的编程方法做了归纳,之前我习惯用功能流程写程序,遇到难点的时候习惯翻书,对照例子提取点精华。现在能灵活运用经验设计法、电气原理图设计法、顺序控制设计法。特别多顺序控制设计有了一定的了解。这里面最经典我认为是单序列的编程方法、选择序列的编程方法和并行序列的编程方法这个三个是很值得研究的,也是一种格式。

只要你能熟悉掌握,灵活应用的话,那么编程对你来说将变的非常容易。一个流程图无论多么复杂,都可以拆分上面的形式,然后就可以利用上面的方法编程了。当然对于简单的流程也可以用顺序设计。这种方法也是一种固定的格式,只要按照它的格式就可以写出正确的程序,它的优点可以说易懂,条理清晰。但结构多。对于活动步多的设计我想用这个设计比较烦琐。

更加体会到PLC的可靠性高,抗干扰能力强,.通用性强,控制程序可变,使用方便等优点。更加熟悉了三菱编程软件使用方法与各种基本指令。

致谢

本论文从10月份开题以来,到目前为止已经有快1个月的时间了,这次毕业设计中,虽然都没太多的经验,但是在冀老师的指导下,同组的同学鼓励、帮助下,相互奋勉,最终圆满的完成了设计任务。在整个过程当中,有许多人给了我启发和帮助,在毕业论文完成之际,我要在此表达对他们最诚挚的感谢。首先,最需要感谢的人是我的指导老师冀敏老师。老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从选题到查阅资料,方案可行的确定和论文纲领细节的修改,中期检查,后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。每一次的批评和教育,使我受益非浅,值此论文完成之际,谨向冀老师再一次向她致以衷心的谢意,感谢她为学生营造的浓郁学术氛围,以及学习上的耐心细致帮助!最后我还要感谢我的同学与朋友,他们也给我很大的帮助,给我提供了不少的建议,让我少走了许多的弯路。

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学出版社2000年5月

五相十拍步进电动机控制程序

摘要 本论文主要阐述了五相十拍步进电动机控制领域中的应用,其中可编程控制器是工业自动化设备的主导产品,具有控制功能强,可靠性高,适用于不同控制要求的各种控制对象等优点,其工作原理,设计和使用方法为电气和机电类专业必修课程的学习内容。 本设计涉及的内容有:步进电动机的硬件驱动过程、五相十拍步进电动机的PLC软件实现等。通过对硬件软件的结合,从而实现电动机的正反转控制。PLC是现代工业自动控制的一种通用计算机,但其工作方式与微机控制系统不同,与继电接触器控制系统也有本质的不同。PLC应用系统设计包括硬件设计和软件设计两个方面。 关键词:步进电动机;PLC软件设计;PLC硬件设计 目录 1 绪论 (2) 1.1可编程控制器 (2) 1.1.1 PLC的工作原理 (2) 1.1.2可编程序控制器的组成 (2) 1.1.3可编程序控制器的特点 (3) 1.1.4可编程控制器的应用 (4) 1.2步进电动机 (5) 1.2.1 步进电机概述 (5) 1.2.2步进电动机的特点 (5) 1.2.3 步进电动机的基本原理及步距角的计算 (5) 1.2.4 步进电动机的动态指标及术语 (6) 2 软件设计 (7) 2.1西门子S7-200介绍 (7) 2.1.1 CPU22X型的选择 (8) 2.1.2 S7-200元件的介绍 (8) 2.2五相十拍步进电动机的PLC设计过程 (10) 2.2.1 五相十拍步进电动机的控制要求 (10) 2.2.2 PLC外部接线图 (11) 2.2.3 I/O地址分配表 (11) 2.2.4 程序设计 (12) 3 硬件设计 (15) 3.1环形分配器 (17) 3.2功率放大器 (18) 结束语 (19) 参考文献 (19)

相与五相86系列步进电机的差异

步进电机主要是依相数来做分类,而其中又以二相、五相步进电机为目前市场上所广泛采用。二相步进电机每转最细可分割为400等分,五相则可分割为1000等分,所以表现出来的特性以五相步进电机较佳、加减速时间较短、动态惯性较低。 二相/五相步进电机差异比较8个主极;4相(2相)4极线圈10个主极;5相2极线圈分解能1.8°/0.9°(200、400分割/圈)0.72°/0.36°(500、1000分割/圈)较二相步进电机高出2.5倍分解能。振动性100-200PPS之间为低速共振领域,振动较大无显著共振点低振动速度—转矩特性于速度上不及五相步进电机高速度、高转矩步进电机是一种离散运动的装置,它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为 3.6°、1.8°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72

°、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机,其步距角为0.09°;德国百格拉公司(BERGERLAHR)生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例,对于带标准2500线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为 1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。

步进电动机的工作原理与特点

步进电动机的工作原理及特点随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中,其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统,对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 1 步进电机概述 步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机,国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo,其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机,其位移速度与脉冲频率成正比,位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成,可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时,定子绕组产生一矢量磁场,该矢量场会带动转子旋转一角度,使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此,控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压,转子就旋转一个步距角,称为一步。根据电压脉冲的分配方式,步进电机各相绕组的电流轮流切换,在供给连续脉冲时,就能一步一步地连续转动,从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同,在不丢步的情况下运行,其步距误差不会长期积累。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差,精度高,步进电动机可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等,这是步进电动机最突出的优点[1]。 正常情况下,步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比;连续输入一定频率的脉冲时,电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系,不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入,所以特别适合于微机控制。 2国外的研究概况 步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用,例如、、、、都生产,而且都在各行业使用,驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的,当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路,还有电容耦合输入的计数器,触发器,环形分配器。国外在大功率的工业设备驱动上,目前基本不使用大扭矩步进电动机,因为从驱动电路的成本,效率,噪音,加速度,绝对速度,系统惯量与最大扭矩比来比较,比较不划算,还是用直流电动机,加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用,就用空心转杯电机,交流电机。国外在小功率的场合,还使用步进电机,例如一些工业器材,工业生产装备,打印机,复印件,速印机,银行自动柜员机。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用,除了前面提到的旋转编码器,打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机,实现闭环直线位移控制。国过去是用大力矩步进电动机实现机床数控,有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床,在驱动设备的主要差距,是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强,先进的控制理论作为软件,写在控制器部。 总的来说,步进电机是一种简易的开环控制,对运用者的要求低,不适合在大功率的场合使用。 在卫星、雷达等应用场合,中国在文化大革命后期,就生产了力矩电机,就生产了环形

五相十拍步进电机

机电传动与控制综合课程设计设计说明书设计题目: 五相十拍(2/3)步进电机 控制程序设计 院系名称:机电工程学院专业班级:机制F09 学生姓名:学号: 20094805 指导教师:王宗才 2012年12 月05 日

内容摘要 本文主要是介绍采用可编程控制器(PLC) 对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方法进行分析。其中步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点,是一种控制精度极高的电机,常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。可编程控制器是工业自动化设备的主导产品,具有控制功能强,可靠性高,适用于不同控制要求的各种控制对象等优点。 本文详细的介绍了用PLC控制步进电机系统的原理,及硬件和软件设计方法。其内容主要包括I/O地址分配、PIC外部接线图、控制流程图、主电路图、梯形图、元件清单以及语句表。本文设计过程中使用了十六位移位寄存器,大大简化了程序的设计,使程序更间凑,方便了设计。在实际应用中表明此设计是合理有效的。 关键词: PLC;梯形图;元件清单;五相十拍步进电机

目录 第1章引言 (1) 第2章系统总体方案设计 (2) 2.1 程序设计的基本思路 (2) 2.2 五相步进电动机的控制要求 (2) 2.3 方案原理分析 (2) 第3章 PLC控制系统设计 (4) 3.1 设计流程分析 (4) 3.1.1 控制流程图 (4) 3.1.2电机工作过程图 (5) 3.2 I/O地址分配表 (5) 3.3 PLC外部接线图 (6) 3.4 主电路 (7) 3.5 元件清单 (8) 3.6 程序设计 (8) 3.6.1 步进控制设计 (8) 3.6.2 梯形图设计 (10) 3.7 调试说明 (11) 第4章设计总结 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 附录 (15) 附录一程序梯形图 (15) 附录二程序语句表 (20) 1

混合式步进电机和反应式步进电机的区别

步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化设备中。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的。 不同类型的步进电机有着不同的特点和功能,下面维科特主要和大家讲解混合式步进电机和反应式步进电机的区别。 混合式步进电机是综合了永磁式和反应式的优点而设计的步进电机。它又分为两相、三相和五相,两相步进角一般为1.8度,三相步进角一般为 1.2度,而五相步进角一般为0.72度。 混合式步进电机的转子本身具有磁性,因此在同样的定子电流下产生的转矩要大于反应式步进电机,且其步距角通常也较小,因此,经济型数控机床一般需用混合式步进电机驱动。但混合转子的结构较复杂、转子惯量大,其快速性要低于反应式步进电机。 混合式步进电机特性: 1、输出转矩大,高转速。

2、电机发热小,噪音低,效率高。 3、高速停止平稳快速,无零速振荡运行平稳,振动噪声小。 4、响应速度快,适合频繁启停的场合。 反应式步进电机,是一种传统的步进电机,由磁性转子铁芯通过与由定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动。 应用领域: 反应式步进电机主要应用于计算机外部设备、摄影系统、光电组合装置、阀门控制、核反应堆、银行终端、数控机床、自动绕线机、电子钟表及医疗设备等领域中。 混合式步进电机和反应式步进电机的区别 1、在结构和材料上不同,混合式电机内部具有永久磁性材料,故混合式电机有自阻(即在电机未加电的情况下有一定的自锁力),而反应式电机没有自阻。 2、在运行性能上有差别,混合式电机运行时相对较平稳,输出力矩相对较大,运行声音小。

五相单双十拍步进电动机控制程序的设计与调试概论

XXXXX学院 课程设计说明书 设计题目:五相单双十拍步进电动机控制程序的设计与调试 学生姓名: XXXXX 学号: XXXXX 专业班级: XXXXX 指导教师: XXXXX 2012年12 月13 日

内容摘要 步进电机是一种控制精度极高的电机, 在工业上有着广泛的应用。步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点,所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。基于PLC控制的步进电动机具有设计简单,实现方便,参数设计置灵活等优点。矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数,矩角特性好,步进电机启动转矩就大,运行不易失步。改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。本文主要是介绍采用可编程控制器(PLC) 对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方法进行分析。本文详细的介绍了用PLC控制步进电机系统的原理,及硬件和软件设计方法。其内容主要包括I/O地址分配、PIC外部接线图、控制流程图、梯形图以及语句表。本文设计过程中使用了移位指令,大大简化了程序的设计,使程序更间凑,方便了设计。在实际应用中表明此设计是合理有效的。 关键词: PLC;梯形图;五相十拍步进电机

目录 第1章引言 (1) 1.1 五相步进电动机的控制要求 (1) 1.2 程序设计的基本思路 (1) 第2章 PLC控制系统硬件设计 (3) 2.1 PLC类型选择 (3) 2.2 I/O点的分配与编号 (3) 2.3 PLC外部接线图 (4) 第3章 PLC控制系统软件设计 (5) 3.1 绘制控制流程图 (5) 3.2 梯形图程序设计 (6) 3.2.1 步进控制设计 (6) 3.2.2梯形图 (8) 3.3程序指令表 (13) 3.4程序调试 (16) 结论 (21) 设计总结 (22) 谢辞 (23) 参考文献 (24)

步进电机的工作原理其原理图

一、前言 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 目前,生产步进电机的厂家的确不少,但具有专业技术人员,能够自行开发,研制的厂家却非常少,大部分的厂家只一、二十人,连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况,我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。 二、感应子式步进电机工作原理 (一)反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构: 电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3て,C与齿3向右错开2/3て,A'与齿5相对齐,(A'就是A,齿5就是齿1)下面是定转子的展开图: 2、旋转:

如A相通电,B,C相不通电时,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相不通电时,齿2应与B对齐,此时转子向右移过1/3て,此时齿3与C 偏移为1/3て,齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て。如C相通电,A,B相不通电,齿3应与C 对齐,此时转子又向右移过1/3て,此时齿4与A偏移为1/3て对齐。如A相通电,B,C相 不通 电,齿4与A对齐,转子又向右移过1/3て这样经过A、B、C、A分别通电状态,齿4(即齿1前一齿)移到A相,电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按A,B,C,A……通电,电机就每步(每脉冲)1/3て,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)和频率成一一对应关系。而方向由导电 顺序决定。 不过,出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A 这种导电状态,这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合,使其1/3て变为1/12て,1/24て,这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出:电机定子上有m相励磁绕阻,其轴线分别与转子齿轴线偏移 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控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机,出于成本等多方面考虑,市场上一般以二、三、四、五相为多。 3、力矩: 电机一旦通电,在定转子间将产生磁场(磁通量Ф)当转子与定子错开一定角度产生力F 与(dФ/dθ)成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br为磁密,S为导磁面积,F与L*D*Br成正比L为铁芯有效长度,D 为转子直径Br=N·I/R N·I为励磁绕阻安匝数(电流乘匝数)R为磁阻。 力矩=力*半径

五线四相步进电机简介

1、概念 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。 【开环控制系统:不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统 举例:打开灯的开关——按下开关后的一瞬间,控制活动已经结束,灯是否亮起已对按开关的这个活动没有影响;投篮——篮球出手后就无法再继续对其控制,无论球进与否,球出手的一瞬间控制活动即结束。 闭环控制系统:可以将控制的结果反馈回来与希望值比较,并根据它们的误差调整控制作用的系统 举例:调节水龙头——首先在头脑中对水流有一个期望的流量,水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较,并不断的用手进行调节形成一个反馈闭环控制;骑自行车——同理,不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制。 开环闭环的区别:1、有无反馈;2、是否对当前控制起作用。开环控制一般是在瞬间就完成的控制活动,闭环控制一定会持续一定的时间,可以借此判断, 投篮第一次投篮投近了第二次投的时候用力一些,这也是一种反馈但不会对第一次产生影响了,所以是开环控制】 步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器。 【所谓时序,就是内存的时钟周期数值,脉冲信号经过上升再下降,到下一次上升之前叫做一个时钟周期,随着内存频率提升,这个周期会变短。例如CL9的意思就是CL这个操作的时间是9个时钟周期。 时序电路,是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路(输出到输入)或器件组合而成的电路,与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。 如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、存储器等电路都是时序电路的典型器件,时序逻辑电路的状态是由存储电路来记忆和表示的。虽然组合逻辑电路能够很好地处理像加、减等这样的操作,但是要单独使用组合逻辑电路,使操作按照一定的顺序执行,需要串联起许多组合逻辑电路,而要通过硬件实现这种电路代价是很大的,并且灵活性也很差。为了实现一种有效而且灵活的操作序列,我们需要构造一种能够存储各种操作之间的信息的电路,我们称这种电路为时序电路。】 【步进电机、直流电机和无刷直流电机的主要区别在于他们的驱动方式。步进电机是以步阶方式分段移动,直流电机和无刷直流电机通常采用连续移动的控制方式。步进电机采用直接控制方式,它的主要命令和控制变量都是步阶位置。直流电机则是以电机电压为控制变量,以位置或速度为命令变量。

五相十拍步进电动机控制

铁道大学四方学院 集中实践报告书 课题名称 五相十拍步进电动机控制 姓 名 *** 学 号 2012**** 系 部 电气工程系 专业班级 方**** 指导教师 ** 2014 年 12 月 31 日 ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 2012级 PLC 课程设计

目录 第1章设计目的 (1) 第2章设计要求 (1) 2.1 任务描述 (1) 2.2 控制要求 (2) 第3章PLC选型、I/O分配表和接线图 (2) 3.1 PLC选型 (2) 3.2 I/O分配表 (2) 3.3 I/O接线图 (3) 第4章程序设计 (3) 4.1 梯形图设计 (3) 4.2 指令语句表 (8) 第5章设计总结 (13) 参考文献 (14)

第1章 设计目的 本课程设计主要用于步进电动机的控制,矩角特性是步进电动机运行时一个很重要的参数。矩角特性好,步进电动机的启动转矩就越大,运行不易失步。通过增加步进电动机的拍数来改善矩角特性。 第2章 设计要求 2.1 任务描述 五相步进电动机有五个绕组:A 、B 、C 、D 、E 正转顺序:ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 反转顺序:ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 图2-1-1 步进电动机五相十拍正 图2-1-2 步进电动机五相十拍反转 图2-1 控制步进电动机五相十拍的时序图

2.2 控制要求 用五个开关控制其工作: 1号开关控制其运行(启/停)。 2号按钮控制其低速运行(转过一个步距角需0.5S)。 3号按钮控制其中速运行(转过一个步距角需0.1S)。 4号按钮控制其高速运行(转过一个步距角需0.03S)。 5号开关控制其转向(ON为正转,OFF为反转) 第3章PLC选型、I/O分配表接线图3.1 PLC选型 三菱公司近年来推出的FX系列PLC有FX 0、FX 2 、FX 0S 、FX 0N 、FX 2C 、FX 1S 、FX 1N 、FX 2N 、 FX 2NC 等系列型号。FX系列PLC的特点有先进美观的外部结构,提供多种系列机型供 用户选用,灵活多变的系统配置。三菱公司近年来推出的FX系列PLC有FX 0N 、FX 0S 、 FX 2N 等系列型号。 FX 2N 是三菱公司推出的高性能小型可编程控制器,FX系列PLC中应用最广泛的产 品,该系列PLC是1991年推出,因其具有较高的性能价格比,受到广大用户的青睐.FX 2N 系列PLC是采用整体式和模块式相结合的叠装式结构.它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相同。它们的相互连接不用基板,仅用扁平电缆连接,紧密拼装后组成一个整齐的长方体。其体积小,很适于在机电一体化产品中使用。 3.2 I/O分配表 输入 X1 启/停开关 X2 0.5s低速运行按钮X3 0.1s中速运行按钮X4 0.03s高速运行按钮X5 控制转向开关输出 Y0 A绕组Y1 B绕组Y2 C绕组Y3 D绕组Y4 E绕组

混合式步进电机工作原理

随着现代科学技术的发展,信息产业的发达,电子产品的更新换代日渐频繁,市场上步进电机的种类层出不穷。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。目前,市场上比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机(VR)、永磁式步进电动机(PM)、混合式步进电动机(HB)和单相式步进电动机等。 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相、三相和五相:两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度,步进电机随着相数(通电绕组数)的增加,步进角减小,精度提高,这种步进电机的应用最为广泛。 步电机系统解决方案

混合式步进电机工作原理: 混合式步进电机与磁阻式步进电机一样,混合式电机也由定子和 转子两部分组成。常见的定子有8个极或4个极,极面上均布一定数量的小齿,极上线圈能以两个方向通电,形成A相和A相,B相和B 相。它的转子也由圆周上均布一定数量小齿的两块齿片等组成。这两块齿片相互错开半个齿距。两块齿片中间夹有一只轴向充磁的环形永久磁钢。很明显,同一段转子片上的所有齿都具有相同极性,而两块不同段的转子片的极性相反。 混合式电机产生的转矩比磁阻式电机大;加上混合式电机的步距角常做得较小,因此,在工作空间受到限制而需要小步距角和大转矩的应用中,常常可选用混合式步进电机。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年,是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产厂家合作,结合本公司专家团队多年的客户服务经验,给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。我们的主要产品有信浓 (SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、 步电机系统解决方案

开题报告-五相十拍步进电机驱动器的研究与分析

2009 届毕业设计(论文)开题报告 二级学院:延陵学院班级:09电Y1 学生:尚严鑫学号:09120920 指导教师:张建生职称:教授 课题名称 课题类型 □毕业设计□毕业论文 起止时间 开题报告 (毕业设计:含课题来源及现状、设计要求、工作内容、设计方案、技术路线、预期目标、时间安排及参考文献等。字数为3000以上。) (毕业论文:含课题来源、研究价值,国内外研究现状,研究内容,研究方法,研究思路,论文提纲,预期目标,时间安排及参考文献等。字数为3000以上。) 一.课题来源及研究价值 步进电动机是将电脉冲信号转化为机械角位移或线位移的控制电机,它可以看作是一个比较特殊的运行方式的同步电机。步进电机是由专门的电源提供脉冲信号。当每输入一个电脉冲信号时,步进电机就会往前移动一小步,移动的角度大小叫做步距角,因此这种不同于普通的匀速旋转的电机被称为步进电动机。步进电动机是受走脉冲信号控制的,直线位移量、角位移量和电脉冲数的关系成正比例,所以电动机的线速度、转速也与脉冲频率构成正比关系。利用改变脉冲频率的高与低,可以在很大范围内调节电动机的转速,从而实现电机的快速启动、制动和反转控制。步进电机的优点是在不失步的情况下工作,步距误差不会积累。从而完全适用数字控制的开环系统中,并使整个系统运行可靠。是工业生产中性能优良的数字执行元件。随着单片机应用技术、电力电子技术和自动控制技术在工业生产中的普及和深入,步进电机的的需求量愈来愈大。根据调查显示,全球步进电机的年产量在以13%以上的速度增加。同时国内对步进电机的要求也与日增加。对步进电机的研究,提高步进电机的系统性能,可以改善劳动条件、节约能源、提高产品质量和经济效益。基于微型单片机的控制系统则通过软件控制步进电机,能够更好地发挥步进电机的潜力。因此,用微型单片机控制步进电机已经成为一种必然的趋势,也符合数字化的时代发展需要。 步进电机作为数字式执行元件,具有成本低廉、容易控制、定位方便和步距误差不会长期累积等优点,被广泛应用在数控装置、绘图机、机械手、印刷和包装设备等工业、军事和医疗自动化领域中。在多种步进电机中,混合式步进电机集反应式和永磁式步进电机的优点于一身,应用更加普遍。但是步进电机在应用当中仍然存在一些制约性的因素,步进电机及其系

两相步进电机的原理

两相步进电机的工作原理 工业上电机用三相制,普通的小玩具马达两相也可以。拿玩具电机来说。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。但是因为中间连接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个滑动的接触片。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。由于惯性又转过头了。所以电极又相反了。重复上述过程就转了。 但是他有缺陷。因为在刚好要变换电极的时候是需要靠惯性的。所以他不利于自己启动。功率也达不到很高。所以就产生了三相的电机。每隔120度放一个磁铁。分布在电机一圈。这样的电机改善了很多。 另外注意。不一定磁铁非要放外边。可以放内侧。而外侧是电磁铁。常见的发电厂大致都是这个结构的电机。 电机不一定当作机械动力使用。也可以当小型发电机来用。比如用一个柴油的机器产生一个持续的扭力矩,连接到电机上。就可以发电了。 下面是交流的。 如果中间放一个磁铁。外面放电磁铁来吸引中间的磁铁呢。还是从两相开始。假如上边一个电磁铁产生磁力把磁铁n极吸到了上边,然后刚好电磁铁的正负极颠倒了,那么就产生斥力把n极推到下边去。同样道理下边的也是对中间的磁铁产生吸力和斥力。但是大家一想就知道了。两相的交流也存在一个惯性的问题。就是刚好磁铁和电磁铁直上直下的时候。 所以三相的,明显比两相的有优势。而且中间的磁铁也不一定非得是一个直上直下的n极和s极的磁铁。可以把三个磁铁s极放中间,n极冲外面。这样外面的三个电磁铁就轮番的吸引中间的n极磁铁。 如果轴承的滑动摩擦力够小的话。只要电磁铁变化。就可以不断的吸引中间的三个n极磁铁产生偏转旋转。电磁铁变化磁极速度快,中间的轴承旋转就快。电磁铁变化速度就是频率了。发电厂的频率是一定的。所以你可以用变频的机器把电频率变成你需要的。就可以控制电机的速度了。 另外电机也不一定是三相的,还可以是四相的、五相的、六相的、七相的。但是由于大家做试验做过。太多相的,电磁互相干扰大,另外大家也知道,每个电磁铁都通电,是很浪费电的。因为电磁铁是用电线缠绕成的线圈。但是电线都有电阻。如果做一个六项的电机,耗电

实验六 五相步进电动机控制的模拟

实验六五相步进电动机控制的模拟 在五相步进电机的模拟控制实验区完成本实验。 一、实验目的 了解并掌握移位指令在控制中的应用及其编程方法。 二、控制要求 要求对五相步进电动机五个绕组依次自动实现如下方式的循环通电控制: 第一步:A~B~C~D~E 第二步:A~AB~BC~CD~DE~EA 第三步:AB~ABC~BC~BCD~CD~CDE~DE~DEA 第四步:EA~ABC~BCD~CDE~DEA 三、五相步进电动机的模拟控制的实验面板图: 上图中,下框中的A、B、C、D、E分别接主机的输出点Y1、Y2、Y3、Y4、Y5;SD接主 机的输入点X0。上框中发光二极管的点亮与熄灭用以模拟步进电机五个绕组的导电状态。四、编制梯形图并写出程序,实验梯形图参考图6 实验参考程序 步序指令器件号说明步序指令器件号说明 0 LD X000 输入 3 K20 1 ANI M0 4 LD T0 2 OUT T0 延时2秒 5 OUT M0 步序指令器件号说明步序指令器件号说明 6 LD X000 34 OR M106 7 OUT T2 延时3秒35 OR M107 8 K30 36 OR M111 9 ANI T2 37 OR M112 10 OUT M10 38 OR M113 11 LD M10 39 OR M204 12 OR M2 40 OR M205 13 OUT M100 41 OR M206 14 LD M115 42 OR M209

15 OUT M200 43 OUT Y001 A相电机运转 16 LD M209 44 LD M102 17 OUT T1 延时2秒45 OR M107 18 K20 46 OR M108 19 ANI T1 47 OR M112 20 OUT M2 48 OR M113 21 LD M0 移位输入49 OR M114 22 FNC 35 左移位50 OR M115 23 M100 数据输入51 OR M206 24 M101 移位52 OR M207 25 K15 移位段数:15 53 OUT Y002 B相电机运转 26 K1 1位移位54 LD M103 27 LD M0 移位输入55 OR M108 28 FNC 35 左移位56 OR M109 29 M200 数据输入57 OR M113 30 M201 移位58 OR M114 31 K9 移位段数:9 59 OR M115 32 K1 1位移位60 OR M201 33 LD M101 61 OR M202 步序指令器件号说明步序指令器件号说明 62 OR M206 76 OR M209 63 OR M207 77 OUT Y004 D相电机运转 64 OR M208 78 LD M05 65 OUT Y003 C相电机运转79 OR M110 66 LD M104 80 OR M111 67 OR M109 81 OR M202 68 OR M110 82 OR M203 69 OR M115 83 OR M204 70 OR M201 84 OR M205 71 OR M202 85 OR M208 72 OR M203 86 OR M209 73 OR M204 87 OUT Y005 E相电机运转 74 OR M207 88 END 程序结束 75 OR M208 五、练习题: 1、试编制三相步进电机单三拍反转的PLC控制程序。 2、试编制三相步进电机三相六拍正转的PLC控制程序。 3、试编制三相步进电机双三相正转的PLC控制程序。 4、试编制五相十拍运行方式的PLC控制程序。

步进电机的原理,分类,细分原理

步进电机原理及使用说明 一、前言 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的一种开环线性执行元件,具有无累积误差、成本低、控制简单特点。产品从相数上分有二、三、四、五相,从步距角上分有0.9°/1.8°、0.36°/0.72°,从规格上分有口42~φ130,从静力矩上分有0.1N?M~40N?M。 签于上述情况,我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。 二、感应子式步进电机工作原理 (一)反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构: 电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。 0、1/3て、2/3て,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3て,C与齿3向右错开2/3て,A…与齿5相对齐,(A…就是A,齿5就是齿1)下面是定转子的展开图: 2、旋转: 如A相通电,B,C相不通电时,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相不通电时,齿2应与B对齐,此时转子向右移过1/3て,此时齿3与C偏移为1/3て,齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て。 如C相通电,A,B相不通电,齿3应与C对齐,此时转子又向右移过1/3て,此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电,B,C相不通电,齿4与A对齐,转子又向右移过1/3て 这样经过A、B、C、A分别通电状态,齿4(即齿1前一齿)移到A相,电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按A,B,C,A……通电,电机就每步(每脉冲)1/3て,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)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过,出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A这种导电状态,这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合,使其1/3て变为1/12て,1/24て,这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出:电机定子上有m相励磁绕阻,其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。

五相步进马达的接线

五相步进马达的接线

让我来告诉你吧,先来看一下你的10根线,它应该有10种不同的颜色: 10线五相应该是 A相:兰--红 B相:白--黄 C相:棕--紫 D相:黑--灰 E相:橙--绿 你用万用表测量一下是不是如此先,如果是这样的话就对了。 然后要怎么改你应该知道了吧。 我的问题解决了,告诉大家方法啊,先分相成五组,然后用指针式万用表电压档找出五相的同名端,具体就是旋转电机每相都正偏的就是同名端,然后分清采用星型接法还是五边形接法如果星型接法,将五条同名端并到一起短接,然后就是相序的排列了,这个很难啊,如果你有时间一定能试出来,最好找到同品牌产品的说明书,我的电机一共搞了两天才好用,引用了一篇文章 判断步进电机的相序及首尾端 妙判断 步进电机的应用越来越普遍。在使用过程中,电机的相序主要靠引出线的颜色、长度来区分。若找不到说明书

或标记不清,则步进电机的接线将十分麻烦。笔者通过对步进电机工作原理的分析、得出步进电机相序及首尾端的判别方法。下面以五相步进电机为例(要准备一节9伏电池和一个万用表)。 1. 用万用表电阻挡找出步进电机的五相绕组:Al—A2、B1-B2、C1-C2、 D1-D2、El-E2,如附图所示。” 2,把万用表拨到直流微安挡。将万用表的表笔接到其中一相,如B相上,红表笔接B1,黑表笔接B2。 3.将电池分别接步进电机其余四相,在接通瞬间记下万用表指针摆动幅度。如果指针反转,则要调换电池极性。在四次接通的瞬间,指针有两次摆动幅度最大,说明这两次电池所接的是万用表所接B相旁边的两相,即A 相和C相。 4.将万用表接A相或C相中的一相,如接C相。用上述方法可找出C相旁边的两相:B相和D相。依此类推,可按顺序找出A、B、C,D、E五相相序。 5. 如附图所示,电池接A相,万用表接B相,在电池接通的瞬间,万用表指针正转(如指针反转,应调换电池极性),则电池正极所接的Al端和万用表红表笔所接的B1端为首端。依此方法,可以确定其余三相的首端C1,D1、E1。(肖正光)

五相十拍步进电动机控制课程设计分解

目录 摘要 (2) 第一章引言 (3) 第二章系统总体方案设计 (4) 2.1程序设计的基本思路 (4) 2.2五相步进电动机的控制要求 (4) 2.3方案原理分析 (4) 2.3.1 功能要求 (4) 2.3.2 性能要求 (5) 第三章控制系统设计 (6) 3.1输入输出编址 (6) 3.2选择类型 (6) 3.3 外部接线图 (7) 3.4 控制流程 (7) 3.5 梯形图程序设计 (8) 3.5.1 步进控制设计 (9) 3.5.2 梯形图设计 (11) 3.6 语句表 (17) 3.7主电路图 (18) 3.8电机正反转控制图 (18) 3.9元件清单 (19) 3.10元件布置图 (19) 总结 (20) 参考文献 (20)

摘要 步进电机是一种控制精度极高的电机, 在工业上有着广泛的应用。步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点,所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。基于控制的步进电动机具有设计简单,实现方便,参数设计置灵活等优点。矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数,矩角特性好,步进电机启动转矩就大,运行不易失步。改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。本文主要是介绍采用可编程控制器() 对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方法进行分析。本文详细的介绍了用控制步进电机系统的原理,及硬件和软件设计方法。其内容主要包括地址分配、外部接线图、控制流程图、主电路图、梯形图、元件清单以及语句表。本文设计过程中使用了十六位移位寄存器,大大简化了程序的设计,使程序更间凑,方便了设计。在实际应用中表明此设计是合理有效的。 关键词: ;梯形图;元件清单;五相十拍步进电机

雷赛步进电机选型参考

步进电机的种类和特点 步进电机在构造上有三种主要类型:反应式(Variable Reluctance,VR)、永磁式(Permanent Magnet,PM)和混合式(Hybrid Stepping,HS)。 * 反应式 定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小,可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大,可靠性难保证。 * 永磁式 永磁式步进电机的转子用永磁材料制成,转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大,但这种电机精度差,步矩角大(一般为7.5°或15°)。 * 混合式 混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点,其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料,转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好,步距角小,但结构复杂、成本相对较高。 按定子上绕组来分,共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机,约占97%以上的市场份额,其原因是性价比高,配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8°/步,配上半步驱动器后,步距角减少为0.9°,配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍 (0.007°/微步)。由于摩擦力和制造精度等原因,实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变 精度和效果。 雷赛步进电机系列 雷赛两相、三相混合式步进电机,采用优质冷轧钢片和耐高温永磁体制造,产品规格涵盖35-130范围。具有温升低、可靠性高的特点,由于其具有良好的内部阻尼特性,因而运行平稳,无明显震荡区。可满足不同行业、不同环境下的使用需求。 雷赛采用专利技术研发的三相步进电机驱动系统,更好地解决了传统步进电机低速爬行、有共振区、噪音大、高速扭矩小、起动频率低和驱动器可靠性差等缺点,具有交流伺服电机的某些运行特性,其运行效果可与进口产品相媲美。 两相步进电机命名规则 <> 上例表示机座号为57mm,两相混合式,步距角为1.8度,扭矩0.9Nm,设计序号01,单边出轴的电机。 三相步进电机命名规则 <> 上例表示机座号为57mm,三相混合式,步距角为1.8度,扭矩0.9Nm,设计序号01,单边出轴的电机。

步进电机工作原理及功能运用

步进电机工作原理及功能运用 双击自动滚屏发布者:admin 发布时间:2012-02-18 03:06:33 阅读:495次【字体:大中小】步进电机的概术: 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制组件,是目前行业设备的主要配件,如剥线机设备就需要用到此步进电机。 在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。 这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 单相步进电机有单路电脉冲驱动,输出功率一般很小,其用途为微小功率驱动。多相步进电机有多相方波脉冲驱动,用途很广。使用多相步进电机时,单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号,在经功率放大后分别送入步进电机各项绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器,电机各相的通电状态就发生变化,转子会转过一定的角度(称为步距角)。正常情况下,步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比;连续输入一定频率的脉冲时,电机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系,不受电压波动和负载变化的影响。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转

过一个步距角。 步进电机按旋转结构分两大类:1是圆型旋转电机如下图A 2直线型电机,结构就象一个圆型旋转电机被展开一样,如下图B 步进电机的别称 步进电机(stepping motor),步进电机(step motor),或者是脉冲电机(pulse motor),其它的如(stepper motor)等……有着各式各样的称呼方式,这些用日本话来表示的时候,就成为阶动电动机,还有,阶动就是一步一步阶段动作的意思,这各用另外一种语言来表示时,就是成为步进驱动的意思,总之,就是输入一个脉冲就会有一定的转角,分配转轴变位的电动机。 一、步进电机的特点

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