步进电机控制.docx
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步进电机控制
项目二、两相混合式步进电机的控制
一、目的
1、学会步进电机的使用方法。
2、了解并熟悉步进驱动器的应用。
二、器材
1、步进电机一台；
2、步进驱动器一台；
3、PLC主机一台（晶体管输出）；
4、通讯线一条；
5、电脑一台；
6、导线若干。
三、知识衔接：
（一）、PLSY：
16位连续执行型脉冲输出指令
1、PLSY指令的编程格式：
*K1000：
指定的输出脉冲频率，可以是T，C，D，数值或是位元件组合如K4X0
*D0：
指定的输出脉冲数，可以是T，C，D，数值或是位元件组合如K4X0，当该值为0时，输出脉冲数不受限制
*Y0：
指定的脉冲输出端子，只能是Y0或Y1
2、相关标志位与寄存器：
M8029：
脉冲发完后，M8029闭合。
当M0断开后，M8029自动断开。
M8147：
Y0输出脉冲时闭合，发完后脉冲自动断开；
M8148：
Y1输出脉冲时闭合，发完后脉冲自动断开；
D8140：
记录Y0输出的脉冲总数,32位寄存器
D8142：
记录Y1输出的脉冲总数,32位寄存器
D8136：
记录Y0和Y1输出的脉冲总数,32位寄存器
注意:
PLSY指令断开，再次驱动PLSY指令时，必须在M8147或M8148断开一个扫描周期以上，否则发生运算错误！
（二）、步进电机42BYGH5403
表1-142BYGH5403型两相混合式步进电动机技术参数
型号
相数
步距角
（°）
电流（A）
静力矩
（Kg.cm）
定位力矩
（g.cm）
转动惯量
g•cm2
引线数
重量
g
42BYGH5403
2
1.8°
1.8
5.0
260
68
4
340
步进电动机A、B两相绕组的接线端如图1-1所示。
图1-1步进电动机接线端
（三）、步进电动机驱动器
1）驱动器型号为SH—20403，它是两相混合式步进电动机细分驱动器，它的特点是能适应较宽电压范围10V～40VDC（容量30VA），采用恒电流控制，它的电气性能如表1-2所示。
表1-2SH—20403型两相混合式步进电动机驱动器电气性能
供电电源
10V～40VDC（30VA）
输出电流
峰值3A/相（Max）（由面板拨码开关设定）
驱动方式
恒相电流PWM控制（H桥双极）
励磁方式
整步，半步，4、8、16、32、64细分（七种）
输入信号
（参见图6-1）
光电隔离，（共阳单脉冲接口），提供“0”信号
输入信号包括：
步进脉冲、方向变换和脱机保持等三个
2）步进电动机驱动器接线图
步进驱动器接线图如图1-2所示，输入接线口电路图1-3所示。
图1-2步进驱动器接线图
图1-3输入接口电路
3）输入信号说明：
①公共端：
本驱动器的输入信号采用共阳极接线方式，用户应将输入信号的电源正极连接到该端子上，将输入的控制信号连接到对应的信号端子上。
控制信号低电平有效，此时对应的内部光耦导通，控制信号输入驱动器中。
②脉冲信号输入：
共阳极时该脉冲信号下降沿被驱动器解释为一个有效脉冲，并驱动电机运行一步。
为了确保脉冲信号的可靠响应，共阳极时脉冲低电平的持续时间不应少于。
本驱动器的信号响应频率为70KHz，过高的输入频率将可能得不到正确响应。
③方向信号输入：
该端信号的高电平和低电平控制电机的两个转向。
共阳极时该端悬空被等效认为输入高电平。
控制电机转向时，应确保方向信号领先脉冲信号至少建立，可避免驱动器对脉冲的错误响应。
④脱机信号输入：
该端接受控制机输出的高/低电平信号，共阳极时低电平时电机相电流被切断，转子处于自由状态（脱机状态）。
共阳极时高电平或悬空时，转子处于锁定状态。
4）输出电流选择
输出电流选择见表1-2
5
6
7
5
6
7
5
6
7
5
6
7
ON
ON
ON
0.9A
ON
OFF
ON
1.5A
ON
ON
OFF
1.2A
ON
OFF
OFF
1.8A
OFF
ON
ON
2.1A
OFF
OFF
ON
2.7A
OFF
ON
OFF
2.4A
OFF
OFF
OFF
3A
5）细分等级选择
细分等级选择见表1-3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
ON
ON
ON
保留
ON
OFF
ON
32细分
ON
ON
OFF
8细分
ON
OFF
OFF
半步
OFF
ON
ON
64细分
OFF
OFF
ON
16细分
OFF
ON
OFF
4细分
OFF
OFF
OFF
整步
四、项目过程
1、接线图如下所示；
2、调节驱动器的最大输出电流为1.8A；（说明：
电流的调节查看驱动器面板丝印上的白色方块对应开关的实际位置）
3、调节驱动器的细分为“1”；
4、接通电源，给PLC（控制机）灌写程序如下；
梯形图解释
当控制机的控制端X0闭合时，PLC在4s内给步进电机驱动器发射400个脉冲，电机正好转2周停止。
控制端X2是控制步进电机的旋转方向，控制端X1是复位PLC给驱动器发射脉冲。
五、项目拓展：
1、如果让步进电机旋转一圈半，如何来完成？
2、步进电机的转速为60转/分钟，如何实现？
实验四十八、两相混合式步进电机的力矩测量实训
一、训练目标
1、学会步进电机的使用方法。
2、了解并熟悉步进电机的力矩测量。
二、训练器材
1、步进电机一台；
2、步进驱动器一台；
3、PLC主机一台（晶体管输出）；
4、计算机一台；
5、编程下载线一条；
6、导线若干；
7、弹簧秤组件一套。
三、实验电路与工作原理
1、步进电动机
1）步进电动机是将输入的电脉冲信号转换成角位移的特殊同步电动机，它的特点时每输入一个电脉冲，电动机转子便转动一步，转一步的角度称为步距角，步距角愈小，表明电机控制的精度愈高。
由于转子的角位移与输入的电脉冲个数成正比，因此电动机转子转动的速度便与电脉冲频率成正比。
改变通电频率，即可改变转速。
改动电机各相绕组通电的顺序（即相序）即可改变电动机的转向。
如果不改变绕组通电的状态，步进电动机还具有自锁能力（即能抵御负载的波动，而保持位置不变），而且从理论上说其步距误差也不会积累。
因此步进电动机主要用于开环控制系统的进给驱动。
步进电动机的主要缺点是在大负载和高转速情况下，会产生失步，同时输出的功率也不够大。
2）步进电动机按工作原理分类由可分为磁阻式（即反应式）、永磁式和混合式（兼有永磁和磁阻）三种。
按绕组相数又可分为两、三、四、五等不同的相数，按电压等级又可分为24V、30V、80V、80V/12V、80V/18V等。
（工作原理可参见附录I）
3）本实验采用的步进电动机为两相混合式步进电动机，电压为10～40V。
其型号为35BYG250[其中35（mm）—机座尺寸，BYG—为混合式，2—两相，50—转子齿数]，其技术参数如表48-1所示
表48-135BYG250型两相混合式步进电动机技术参数
型号
相数
步距角
（°）
静态相
电流（A）
相电阻
（Ω）
相电感
（mH）
保持
转矩
（mN•m）
定位
转矩
（mN•m）
转动
惯量
g•cm2
重量
kg
35BYG250
2
1．8
0．8
5．7
7
110
12
14
0．18
4）步进电动机A、B两相绕组的接线端如图48-2所示。
图48-2步进电动机接线端
2、步进电动机驱动器
1）驱动器型号为SH—20403，它是两相混合式步进电动机细分驱动器，它的特点是能适应较宽电压范围10V～40VDC（容量30VA），采用恒电流控制，它的电气性能如表48-3所示。
表48-3SH—20403型两相混合式步进电动机驱动器电气性能
供电电源
10V～40VDC（30VA）
输出电流
峰值3A/相（Max）（由面板拨码开关设定）
驱动方式
恒相电流PWM控制（H桥双极）
励磁方式
整步，半步，4、8、16、32、64细分（七种）
输入信号
（参见图6-1）
光电隔离，（共阳单脉冲接口），提供“0”信号
输入信号包括：
步进脉冲、方向变换和脱机保持等三个
2）步进电动机驱动器接线图
步进驱动器接线图如图48-4所示。
图48-4步进驱动器接线图
3）输入信号说明：
①公共端：
本驱动器的输入信号采用共阳极接线方式，用户应将输入信号的电源正极连接到该端子上，将输入的控制信号连接到对应的信号端子上。
控制信号低电平有效，此时对应的内部光耦导通，控制信号输入驱动器中。
②脉冲信号输入：
共阳极时该脉冲信号下降沿被驱动器解释为一个有效脉冲，并驱动电机运行一步。
为了确保脉冲信号的可靠响应，共阳极时脉冲低电平的持续时间不应少于。
本驱动器的信号响应频率为70KHz，过高的输入频率将可能得不到正确响应。
③方向信号输入：
该端信号的高电平和低电平控制电机的两个转向。
共阳极时该端悬空被等效认为输入高电平。
控制电机转向时，应确保方向信号领先脉冲信号至少建立，可避免驱动器对脉冲的错误响应。
④脱机信号输入：
该端接受控制机输出的高/低电平信号，共阳极时低电平时电机相电流被切断，转子处于自由状态（脱机状态）。
共阳极时高电平或悬空时，转子处于锁定状态。
4）输出电流选择
输出电流选择见表6-2
5
6
7
5
6
7
5
6
7
5
6
7
ON
ON
ON
0.5A
ON
OFF
ON
0.7A
ON
ON
OFF
0.6A
ON
OFF
OFF
0.9A
OFF
ON
ON
1.0A
OFF
OFF
ON
1.3A
OFF
ON
OFF
1.2A
OFF
OFF
OFF
1.5A
5）细分等级选择
细分等级选择见表6-3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
ON
ON
ON
保留
ON
OFF
ON
32细分
ON
ON
OFF
8细分
ON
OFF
OFF
半步
OFF
ON
ON
64细分
OFF
OFF
ON
16细分
OFF
ON
OFF
4细分
OFF
OFF
OFF
整步
四、实验内容与实验步骤
1、将步进电动机的A、B两相绕组与驱动器的输出A+A-及B+B-正确相联。
参见图6-2及图6-1。
2、正确选择输出电流。
如表6-2所示，步进电动机的相电流为0．8A<0．9A，所以在表6-2中选：
5→0N，6→0FF，7→0FF。
3、正确选择脉冲步数。
因此在表6-3中，如今选1整步/脉冲，选择1→OFF，2→OFF及3→OFF。
（步骤2，3已选定，学员进行校对验证即可）
4、灌入48-1所示的程序；
4、将脉冲输入信号X0置“1”。
5、将方向输入信号X2置“0”；
6、观察电机的运转；
7、将方向输入信号X2置“1”；
8、观察电机的转向。
9、通过调节设备中的弹簧秤来给电机施加外力从而进行测力F；
10、L为步进电机
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