步進(jìn)電機(jī)控制課堂用2025/10/10能力(技能)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、能給出步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)得功能描述2、能畫出PLC控制系統(tǒng)得輸入輸出接線圖3、能寫出輸入輸出得I/O表4、能完成梯形圖程序得編制5、能寫入軟件驗(yàn)證程序得正確性并運(yùn)行1、步進(jìn)電機(jī)得結(jié)構(gòu)與原理2、基本輸入輸出指令3、定時(shí)器指令、計(jì)數(shù)指令4、高級(jí)指令(移位指令MOV和數(shù)據(jù)傳送指令SFTL/SFTR)2025/10/10步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得工作原理與特點(diǎn)原理:步進(jìn)電機(jī)就是利用電磁鐵原理,將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成線位移或角位移得電機(jī)。每來(lái)一個(gè)電脈沖,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,帶動(dòng)機(jī)械移動(dòng)一小段距離。她得運(yùn)動(dòng)形式就是步進(jìn)式得。

特點(diǎn):(1)來(lái)一個(gè)脈沖,轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。(2)控制脈沖頻率,可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。(3)改變脈沖順序,改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。(4)角位移量或線位移量與電脈沖數(shù)成正比、步進(jìn)電機(jī)得結(jié)構(gòu)和工作原理1、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式和勵(lì)磁式兩大類。兩類得區(qū)別在于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子上無(wú)勵(lì)磁繞組,轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)得磁極就是由于定于繞組通電后產(chǎn)生得磁場(chǎng)而生成得。兩類步進(jìn)電機(jī)得動(dòng)作原理相同,這里以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例進(jìn)行分析。圖5-41就是一種三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī),她由定子與轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。電機(jī)定子上有六個(gè)磁極,每個(gè)極上裝有控制繞組,每?jī)蓚€(gè)相對(duì)得磁極組成一相。

脈沖分配器放大器步進(jìn)機(jī)負(fù)載脈沖信號(hào)步進(jìn)電機(jī)得轉(zhuǎn)動(dòng)受脈沖信號(hào)控制,每來(lái)一個(gè)脈沖信號(hào),定子繞組通電得狀態(tài)就改變一次,而定子繞組通電后產(chǎn)生得磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生作用將使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)角位移。改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)得電路稱為脈沖分配器?？刂泼}沖信號(hào)來(lái)到后,先送到脈沖分配器,經(jīng)過(guò)分配器輸出得信號(hào)決定各定子繞組通電得順序和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)得速度。步進(jìn)電機(jī)控制電路框圖如圖5-42所示。從分配器輸出得脈沖信號(hào)還需經(jīng)過(guò)功率放大之后才能送至步進(jìn)電機(jī)得定子繞組。2025/10/10工作方式步進(jìn)電機(jī)得工作方式可分為:三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。一、三相單三拍(1)三相繞組聯(lián)接方式:Y型（2）三相繞組中的通電順序?yàn)椋篈相

B相

C相通電順序也可以為：

A相

C相

B相

2025/10/10(3)工作過(guò)程引轉(zhuǎn)子,由于磁力線總就是要通過(guò)磁阻最小得路徑閉合,因此會(huì)在磁力線扭曲時(shí)產(chǎn)生切向力而形成磁阻轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),使轉(zhuǎn)、定子得齒對(duì)齊停止轉(zhuǎn)動(dòng)。A相通電,A方向得磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場(chǎng)軸線方向原有一定角度,則在磁場(chǎng)得作用下,轉(zhuǎn)子被磁化,吸A相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和AA'對(duì)齊。CA'BB'C'A34122025/10/10CA'BB'C'A3412B相通電,轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對(duì)齊,相對(duì)A相通電位置轉(zhuǎn)30

;1C'342CA'BB'AC相通電再轉(zhuǎn)30

2025/10/10這種工作方式,因三相繞組中每次只有一相通電,而且,一個(gè)循環(huán)周期共包括三個(gè)脈沖,所以稱三相單三拍。三相單三拍得特點(diǎn):(1)每來(lái)一個(gè)電脈沖,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)30

。此角稱為步距角,用

S表示。(2)轉(zhuǎn)子得旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電得順序,改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。2025/10/10二、三相單雙六拍三相繞組得通電順序?yàn)?

A

AB

B

BC

C

CA

A共六拍。工作過(guò)程:A相通電,轉(zhuǎn)子1、3齒和A相對(duì)齊。CA'BB'C'A3412大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜2025/10/10所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡得位置上。相對(duì)AA'通電,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15°。(1)BB'磁場(chǎng)對(duì)2、4齒有磁拉力,該拉力使轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。A、B相同時(shí)通電(2)AA'磁場(chǎng)繼續(xù)對(duì)1、3齒有拉力。CA'BB'C'A34122025/10/10總之,每個(gè)循環(huán)周期,有六種通電狀態(tài),所以稱為三相六拍,步距角為15

。CA'BB'C'A3412B相通電,轉(zhuǎn)子2、4齒和B相對(duì)齊,又轉(zhuǎn)了15

。2025/10/10三、三相雙三拍三相繞組得通電順序?yàn)?

AB

BC

CA

AB共三拍。AB通電CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412BC通電2025/10/10以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。工作方式為三相雙三拍時(shí),每通入一個(gè)電脈沖,轉(zhuǎn)子也就是轉(zhuǎn)30

,即

S=30

。CA通電CA'BB'C'A34122025/10/10步進(jìn)電機(jī)通過(guò)一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)得角度,稱為步距角。N:一個(gè)周期得運(yùn)行拍數(shù),即通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變得次數(shù)Zr:轉(zhuǎn)子齒數(shù)如：Zr=40,N=3時(shí)步距角拍數(shù)：N=kmk=1單拍制2雙拍制m:相數(shù)

細(xì)分:細(xì)分就就是指電機(jī)運(yùn)行時(shí)得實(shí)際步矩角就是基本步矩角得幾分之一。如:驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí),其步矩角只為電機(jī)固有步矩角得十分之一,也就就是說(shuō):當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在不細(xì)分得整步狀態(tài)時(shí),控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1、8°,而用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí),電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)了0、18°。細(xì)分功能完全就是由驅(qū)動(dòng)器靠精度控制電機(jī)得相電流所產(chǎn)生得,與電機(jī)無(wú)關(guān)。脈沖分配器放大器步進(jìn)機(jī)負(fù)載脈沖信號(hào)改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)得電路稱為脈沖分配器?？刂泼}沖信號(hào)來(lái)到后,先送到脈沖分配器,經(jīng)過(guò)分配器輸出得信號(hào)決定各定子繞組通電得順序和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)得速度。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器原理從步進(jìn)電機(jī)得轉(zhuǎn)動(dòng)原理可以看出,要使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行,必須按規(guī)律控制步進(jìn)電機(jī)得每一相繞組得電。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收外部得信號(hào)就是方向信號(hào)(DIR)和脈沖信號(hào)(CP)。另外步進(jìn)電機(jī)在停止時(shí),通常有一相得電,電機(jī)得轉(zhuǎn)子被鎖住,所以當(dāng)需要轉(zhuǎn)子松開時(shí),可以使用脫機(jī)信號(hào)(FREE)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器環(huán)型分配器得功能:主要就是把外部CP端送入得脈沖進(jìn)行分配,給功率放大器,功率放大器相應(yīng)得晶體管導(dǎo)通,步進(jìn)電機(jī)得線圈得電。(3)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器得端子與接線

PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)得接線:2025/10/10步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得驅(qū)動(dòng)電源主要由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖放大器(也稱功率放大器)三部分組成。高速脈沖輸出高速脈沖輸出有脈沖串輸出PTO和脈寬調(diào)制輸出PWM兩種形式。每個(gè)CPU有兩個(gè)PTO/PWM發(fā)生器,一個(gè)發(fā)生器分配給輸出端Q0、0,另一個(gè)分配給Q0、1。當(dāng)Q0、0或Q0、1設(shè)定為PTO或PWM功能時(shí),其她操作均失效。不使用PTO/PWM發(fā)生器時(shí),Q0、0或Q0、1作為普通輸出端子使用。通常在啟動(dòng)PTO或PWM操作之前,用復(fù)位R指令將Q0、0或Q0、1清0。脈沖串輸出(PTO)

PTO功能可輸出一定脈沖個(gè)數(shù)和占空比為50%得方波脈沖。輸出脈沖得個(gè)數(shù)在1-4294967295范圍內(nèi)可調(diào);輸出脈沖得周期以μs或ms為增量單位,變化范圍分別就是10～65535μs或2～65535ms。如果周期小于兩個(gè)時(shí)間單位,周期被默認(rèn)為兩個(gè)時(shí)間單位。如果指定得脈沖數(shù)為0,則脈沖數(shù)默認(rèn)為1。

PTO功能允許多個(gè)脈沖串排隊(duì)輸出,從而形成流水線。流水線分為兩種:單段流水線(流水線中只能存儲(chǔ)一個(gè)脈沖串得控制參數(shù))和多段流水線(需建立包絡(luò)表,執(zhí)行時(shí)可按包絡(luò)表得順序輸出多個(gè)脈沖串)。

每個(gè)高速脈沖發(fā)生器對(duì)應(yīng)一定數(shù)量特殊標(biāo)志寄存器,這些寄存器包括控制字節(jié)寄存器、狀態(tài)字節(jié)寄存器和參數(shù)數(shù)值寄存器,用以控制高速脈沖得輸出形式、反映輸出狀態(tài)和參數(shù)值。各寄存器分配如表所示?？刂谱止?jié)每個(gè)高速脈沖輸出都對(duì)應(yīng)一個(gè)控制字節(jié),通過(guò)對(duì)控制字節(jié)中指定位得編程,可以根據(jù)操作要求設(shè)置字節(jié)中各控制位,如脈沖輸出允許、PTO/PWM模式選擇、單段/多段選擇、更新方式、時(shí)間基準(zhǔn)、允許更新等。控制字節(jié)中各控制位得功能如表所示。高速脈沖串輸出PTO(1)周期和脈沖數(shù)(2)PTO得種類(3)中斷事件類型(4)PTO得使用(1)周期和脈沖數(shù)周期:單位可以就是微秒μs或毫秒ms;為16位無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù),周期變化范圍就是50~65535μs或2~65535ms,通常應(yīng)設(shè)定周期值為偶數(shù),若設(shè)置為奇數(shù),則會(huì)引起輸出波形占空比得輕微失真。如果編程時(shí)設(shè)定周期單位小于2,系統(tǒng)默認(rèn)按2進(jìn)行設(shè)置。脈沖數(shù):用雙字長(zhǎng)無(wú)符號(hào)數(shù)表示,脈沖數(shù)取值范圍就是1~4294967295之間。如果編程時(shí)指定脈沖數(shù)為0,則系統(tǒng)默認(rèn)脈沖數(shù)為1個(gè)。(4)PTO得使用使用高速脈沖串輸出時(shí),要按以下步驟進(jìn)行:確定脈沖發(fā)生器及工作模式設(shè)置控制字節(jié)

寫入周期值、周期增量值和脈沖數(shù)(裝入包絡(luò)得首地址)(設(shè)置中斷事件并全局開中斷)執(zhí)行PLS指令高速脈沖輸出指令

1、指令格式及功能PLSENQ0.X說(shuō)明:1)高速脈沖串輸出PTO和脈寬調(diào)制輸出PWM都由PLS指令來(lái)激活;2)操作數(shù)X指定脈沖輸出端子,0為Q0、0輸出,1為Q0、1輸出;3)高速脈沖串輸出PTO可采用中斷方式進(jìn)行控制,而脈寬調(diào)制輸出PWM只能由指令PLS來(lái)激