3PLC与步进电机控制.docx

1、3PLC与步进电机控制实验3 PLC与步进电机控制一.实验目的1.熟悉可编程控制器PLC、步进电动机驱动器及步进电动机之间的连接，能独自完成接线；2.了解步进电动机及其驱动器的性能参数以及设置3.能够正确利用PLC输出脉冲信号驱动步进电动机。二.实验内容1.PLC、步进电动机驱动器及步进电动机之间的连线2.利用PLC对步进电动机进行正/反转启动控制；3.利用PLC对步进电动机进行多段速加减速控制；三.仪器设备综合实验台一台2相4线步进电动机一台工具包四.相关知识这部分篇幅较大，请先通读“实验步骤”部分，遇到不明白再在本节参考相关知识1.步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器

2、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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 2.电机固有步距角：它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值 3.步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电

3、机的步距角为0.9/1.8、三相的为0.75/1.5、五相的为0.36/0.72 。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。 4.驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。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5.步进驱动器接线分类：共阴、共阳。应根据所选PLC来选择驱动器西门子PLC输出信号为高电平信号，应采用共阴接法三菱PLC输出信号为低电平信号，应采用共阳接法6.PLC与步进驱动器的接线：一般PLC不能直接去步进驱动器直接相连，因为驱动器

4、的控制信号是+5V，而PLC的输出信号为+24V。解决方法：PLC与步进驱动器之间串联一只2K或1/4W的电阻，起分压作用(已集成到步进电动机驱动器中，本实验可以直接串接PLC输出端口和步进电动机输入端口)。五.实验步骤PLC控制步进电动机正向/反向启动1.按下图连接PLC、常开按钮SB1SB3步进电机驱动器和步进电动机。检查无误后，合上主电源开关2.步进电动机参数设置按下表设定步进驱动器的工作状态，即：32细分，最大允许3A电流开关S1S2S3M1M2M3状态111101 步进驱动器的端口分配请看其机壳3.PLC的输入输出分配，脉冲发生器及高速计数器的组态、编程：ST-1200的I/O分配表

5、：输 入输 出外接元件输入端子功能输出端子功能SA1I0.0正转启动Q0.0输出高速脉冲SA2I0.1停止Q0.1控制运行方向SA3I0.2反转启动本此操作选择Q0.0作为PWM脉冲，占空比为50%，脉冲频率为500Hz，即周期为2ms。 PLC上所有独立于CPU的模块在使用前必须进行组态并启用。本实验需要组态脉冲发生器Pulse_1与高速计数器HSC1如下图： 参考实验1打开PLC的组态窗口，组态Pulse_1，在Q0.0启用PWM输出脉冲输出： 继续组态HSC1高速计数器，如下页图：HSC的初始值设为0，参考值设为10000，并启用“等于参考值”的这一中断，在点击“硬件中断”一栏，选择新的

6、中断事件，没有的话，点击添加对象，为此中断连接上中断程序，如下页图：为新块命名为“PWM_Complete”，表示PWM信号输出达到参考值10000个事CPU执行的中断程序，按确定后，项目树的PLC_1下，多了一个PWM_Complete的程序块，独立于Main主程序块，这就是HSC1达到参考值后CPU执行的中断程序块，如下页图： 如下页图编写主程序块：其中： 图中的变量名如“正向启动”和“反向启动”等在项目树中的“PLC变量名”表中定义，名字由用户自定义。 程序段1全局启用PWM模块，当“PWM使能”位为1时，输出PWM脉冲 程序段24：I0.2“正向启动”为高位时，设HSC1参考值为100

7、00，Q0.2“方向”复位，HSC1收到每一个脉冲后值+1（由外部端子决定方向），通过置位“PWM使能”使Pulse_1输出脉冲；当I0.4“反向启动”为高位时，设HSC1参考值为0，Q0.1置位，HSC1收到脉冲后值-1，Pulse_1也输出脉冲；当I0.3“停止”为高位时，复位“PWM使能”，Pulse_1停止输出脉冲。 如下页图编写PWM Complete中断程序块： 此时，HSC1的计数值被重置，“PWM使能”被复位，脉冲输出停止。 如下图，在项目树中下的“监视表格”中建立一个监视表，地址ID1000就是HSC1的计数值，这样我们可以实时监视HSC1的计数值，来确认Pulse_1的输出

8、状态：4.操作控制1)参考实验1，将所有程序下载到S7-1200 PLC中，并点击“转到在线”按钮：此时，STEP 7 Basic进入在线状态，能够实时监控连接中的S7-1200 PLC的运行，能手动把PLC的工作状态切换成运行/停止状态，能访问PLC的CPU所有的寄存器然后进入到刚才建立的监视表格，按按钮，实时监视表格里面的参数值。留意地址为ID1000的数值，即HSC1的计数值。2)按下SB1，Q0.0立即输出频率为500Hz的高速脉冲，驱动电动机正向转动，在监视表格上面可以看到ID1000的值在增加。在ID1000达到10000时脉冲输出停止，电动机停车3)按下SB3，Q0.0立即输出频

9、率为500Hz的高速脉冲，驱动电动机反向转动，在监视表格上面可以看到ID1000的值在减少。在ID1000返回0个时脉冲输出停止，电动机停车4)无论电动机按哪个方向转动，当按下SB2时，脉冲输出立即停止，电动机停车利用S7-1200 PLC的动作控制命令库控制电动机进行定位，定速等复合动作本实验中，控制要求有主轴定位、主轴恒速以及主轴归零位运行，每阶段之间皆有加减速过程，控制要求如下：第1段：主轴定位，旋转至最对位置正向360，最高速度不超过180/s第2段：主轴恒速，加速至1rpm后停止。第3段：旋转至相对于现在位置的正向960，最高速度不超过720/s第4段：回零位，最高速度不超过720/

10、s5.接线要求如下，检查无误后合上电源开关6.步进电动机参数设置跟上一个实验相同7.PLC的输入输出分配，脉冲输出设置：脉冲输出涉及的参数较多，手动建立指令集合非常繁复。为此，STEP 7 Basic及S7系列的PLC提供了“运动控制”指令集，自动完成了轴运动的频率与输出个数，误差处理，斜坡加减速限制，脉冲输出与轴位置之间的数学转换模型等复杂的功能，从而提供了简单易用的轴定位，调速与包络运动等接口。使用运动控制指令之前，首先要进行以下组态1)高速计数器HSC1与脉冲输出Pulse_1 - 2)建立一个轴工艺对象，将HSC1与Pulse_1 的PTO分配给此轴工艺对象 3)对轴工艺对象进行组态组

11、态HSC1和Pulse_1:参考上一个实验，组态HSC1，不一样的是，此次的模式设定为“运动轴”，如下图：参考上一个实验，组态Pulse_1，不一样的是，此次的模式设定为“PTO”，如下图：组态轴工艺对象：在项目树中代开“工艺对象”，选择“新建工艺对象”，选择“轴”，命名为“Axis_1”然后给新建立的Axis_1分配脉冲输出器和高速计数器，如果之前没有启用HSC1或者Pulse_1的，都可以在这个窗口中点解“设备配置”重新组态：上图中，长度单位注意选本实验使用的步进驱动器步相角是1.8,32细分，如下图：经过上述步骤组态完毕后，可能会有报错，原因是速度与加速度限制经过重新计算后有冲突，请按实

12、际情况重新输入。在编程前，为检验Axis_1的组态是否符合实际，可以连上PLC，将所有变更下载进PLC，然后进入在线模式，如下图进行手动调试：尝试在调试面板上手动命令Axis_1转一定角度，观察实际的运动情况是否一致：注意：必须先令MC_Power的Enable位为False，禁用运动控制指令时，才可以切换到手动模式。本实验中断开SQ1就允许切换到手动模式了。8.运动控制编程：在手动调试模式确认组态正确后，按下一页图对PLC进行编程：每一个MC指令完成时，都将背景数据包中的Done置位，然后自动触发下一个MC指令的Execute位，实现顺序控制。关于一下几个常用MC指令集的简单介绍请参阅附录，

13、详细介绍见STEP 7 Basic 帮组文档和S7 1200 PLC 系统手册63页：9.操作控制：按下SQ1，启用轴Axis_1的运动控制命令，按一下SB1，步进电动机正向启动，按照控制分段运行，完成后停车任何时候，松开SQ1，脉冲输出停止，电动机停车。若再闭合SQ1后按SB1重新开始。六.附录STEP 7 系列软件与S7系列CPU集成的“运动控制”指令集： MC_Power 可启用和禁用运动控制轴。必须有能流流过，Axis指定的轴才能动作MC_Home 可建立轴控制程序与轴机械定位系统之间的关系（包括重新定义零点）。MC_Halt 可取消所有运动过程并使轴停止运动。 MC_MoveAbsolute 可启动到某个绝对位置的运动。 该作业在到达目标位置时结束。MC_MoveRelative 可启动相对于起始位置的定位运动。MC_MoveVelocity 可使轴以指定的速度行进七.实验结果记录