plc步进电机控制方法攻略程序+图纸

PLC 控制步进电机应用实例基于 PLC 的步进电机运动控制一、 步进电机工作原理 1. 步进电机简介 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及步进角）。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；也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。 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 2. 步进电机的运转原理及结构 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 、2/3 ,即 A与齿 1 相对齐， B 与齿 2 向右错开 1/3 ， C 与齿 3 向右错开 2/3 ，A 与齿 5 相对齐，（A就是 A，齿 5 就是齿 1） 3. 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 ，此时齿 3 与 C 偏移为 1/3 ，齿 4 与 A 偏移（-1/3 ）=2/3 。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 ，此时齿 4 与 A 偏移为 1/3 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 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 ,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。 步进电机的静态指标术语 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用 n 表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即 AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用 表示。=360 度（转子齿数 J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为 50 齿电机为例。四拍运行时步距角为 =360度 /（50*4）=1.8 度（俗称整步），八拍运行时步距角为 =360度/ （50*8）=0.9 度（俗称半步）。 4. 步进电动机的特征 1) 运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机 以上三部分是步进电机运转必不可少的三部分。控制器又叫脉冲产生器，目前主要有 PLC、单片机、运动板卡等等。 2) 运转量与脉冲数的比例关系 二、 西门子 S7-200 CPU 224 XP CN 本机集成 14 输入/10 输出共 14 个数字量 I/O 点。2 输入/1 输出 3 个模拟量 I/O 点，可连接 7 个扩展模块，最大扩展至 168路数字量 I/O 点或 38 路模拟量 I/O 点。22K 字节程序和数据存储空间，6 个独立的 30KHz 高速计数器，2 个独立的 20KHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。1 个 RS458 通讯/编程口，具有 PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由通讯能力。I/O 端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强能力的控制器。三、 三相异步电动机 DF3A 驱动器 1.产品特点 可靠性高: 数字技术和单片机的应用,使得驱动器线路简单可靠;合理的结构设计，使得整机结构紧凑、防护性能好；短路、过流、超温、欠压保护线路提供全面、可靠的保护、大大提高了步进驱动器的可靠性。低速性能好：引入单片机进行软环分及矢量细分，实现 1:1 平滑细分及 5、10、20 倍矢量细分，使得步进电机低速运行平稳，避免振荡及失步。矢量细分技术的应用，使得与 m级位置控制器配套的步进系统输出精度接近 m级。高速性能优：输入信号频率不大于 250kHz（20 细分时），输出电流频率可达 15kH。由于采用单高压（300V ）恒流斩波，高速特性好，驱动步进电机空载运行最高速不低于 7.0mm/min适用面广：输出电流 3A10A 可调，可驱动 90BF、110BF、130BF 步进电机，输出转矩 2Nm25Nm。 2.主要技术参数 四、 PLC 与步进电机驱动器接口原理图五、 PLC 控制实例的流程图及梯形图 1. 控制要求 1) 要求点机能正反转 2) 电机有高低速两档 3) 电机位移和距离有两档 4) 要求说明用 PLS 原理 5) 所有换挡均需要在电机停止时进行 2. 流程图 3. 梯形图上面的“PLC 与步进电机驱动器接口原理图 ”太大显示不全，下面是缩小版的！步进电机的定位控制plc 输出的集成脉冲可通过步进电机进行定位控制。关于定位控制，调节和控制操作之间存在一些区别。步进电机不需要连续的位置控制，而在控制操作中得到应用。在以下的程序例子中，借助于 cpu214 所产生的集成脉冲输出，通过步进电机来实现相对的位置控制。虽然这种类型的定位控制不需要参考点，本例还是粗略地描述了确定参考点的简单步骤。因为实际上它总是相对一根轴确定一个固定的参考点，因此，用户借助于一个输入字节的对偶码(dual coding)给 cpu 指定定位角度。用户程序根据该码计算出所需的定位步数，再由 cpu 输出相关个数的控制脉冲。 1、 系统结构 如图 1 所示：图 1 系统结构 2、 硬件配置 如表 1 所示： 3、软件结构 3.1 plc 的输入信号与输出信号 plc 的部分输入信号与输出信号，以及标志位如表 2 所示。3.2 系统软件设计 plc 的程序框图如图 2 所示。 3.3 初始化 在程序的第一个扫描周期(sm0.1=1)，初始化重要参数。选择旋转方向和解除联锁。 3.4 设置和取消参考点 如果还没有确定参考点，那么参考点曲线应从按“start”按扭(i1.0)开始。cpu 有可能输出最大数量的控制脉冲。在所需的参考点，按“设置 /取消参考点”开关(i1.4)后，首先调用停止电机的子程序。然后，将参考点标志位 m0.3 置成 1，再把新的操作模式“ 定位控制激活”显示在输出端 q1.0。 如果 i1.4 的开关已激活，而且 “定位控制”也被激活(m0.3=1)，则切换到“参考点曲线”参考点曲线。在子程序 1 中，将 m0.3 置成0，并取消“ 定位控制激活”的显示(q1.0=0)。此外，控制还为输出最大数量的控制脉冲做准备。当再次激活 i1.4 开关，便在两个模式之间切换。如果此信号产生，同时电机在运转，那么电机就自动停止。 实际上，一个与驱动器连接的参考点开关将代替手动操作切换开关的使用，所以，参考点标志能解决模式切换。 3.5 定位控制 如果确定了一个参考点(m0.3=1)而且没有联锁，那么就执行相对的定位控制。在子程序 2 中，控制器从输入字节 ibo 读出对偶码方式的定位角度后，再存入字节 mb11。与此角度有关的脉冲数，根据下面的公式计算: n=/360s 式中:n- 控制脉冲数 -旋转角度 s-每转所需的步数 该程序所使用的步进电机采用半步操作方式(s=1000)。在子程序 3 中循环计算步数，如果现在按 “start”按钮(i1.0) ，cpu 将从输出端 q0.0 输出所计算的控制脉冲个数，而且电机将根据相应的步数来转动，并在内部将“ 电机转动”的标志位 m0.1 置成 1。 在完整的脉冲输出之后，执行中断程序 0，此程序将 m0.1 置成 0，以便能够再次起动电机。 3.6 停止电机 按“stop”(停止)按扭(i1.1)，可在任何时候停止电机。执行子程序 0 中与此有关的指令。 4、 程序和注释 /标题:用脉冲输出进行定位控制 /主程序 ld sm0.1 /仅首次扫描周期 sm0.1 才为 1。 r m0.0，128 /md0 至 md12 复位 atch 0，19 /把中断程序 0 分配给中断事件 19(脉冲串终止) eni /允许中断 /脉冲输出功能的初始化 movw 500，smw68 /脉冲周期 t=500us movw 0,smw70 /脉冲宽度为 0(脉冲调制) movd 429496700， smd72 /为参考点设定的最大脉冲数 /设置逆时针旋转 ldn m0.1 /若电机停止 a i1.5 /且旋转方向开关=1 s q0.2，1 /则逆时针旋转(q0.2=1) /设置顺时针旋转 ldn m0.1 /若电机停止 an i1.5 /且旋转方向开关=0 r q0.2，1 /则逆时针旋转 (q0.2=0) /联锁 ld i1.1 /若按“stop”(停止)按钮 s m0.2，1 /则激活联锁(m0.2=1) /解除联锁 ldn i1.1 /若“start”( 启动)按钮松开 an i1.0 /且“stop”(停止)按钮松开 r m0.2，1 /则解除联锁(m0.2=0) /确定操作模式(参考点定位控制) ld i1.4 /若按“设置/取消参考点”按钮 eu /上升沿 call 1 /则调用子程序 1 /启动电机 ld i1.0 /若按“start”(启动)按钮 eu /上升沿 an m0.1 /且电机停止 an m0.2 /且无联锁 ad smd72，1 /且步数1，则 movb 16#85，smb67 /置脉冲输出功能(pto) 的控制位 pls 0 /启动脉冲输出(q0.0) s m0.1，1 /“电机运行” 标志位置位 (m0.1=1) /定位控制 ld m0.3 /若已激活“ 定位控制” 操作模式 an m0.1 /且电机停止 call 2 /则调用子程序 2 /停止电机 ld i1.1 /若按“stop”(停止)按钮 eu /上升沿 a m0.1 /且电机运行，则 call 0 /则调用子程序 0 mend /主程序结束 /子程序 1 sbr 0 /子程序 0 停止电机 movb 16#cb，smb67 /激活脉宽调制 pls 0 /停止输出脉冲到 q0.0 r m0.1，1 /“电机运行”标志位复位 (m0.1=0) ret /子程序 0 结束 sbr1 /子程序 1，“确定操作模式” ld m0.1 /若电机运行 call 0 /则调用子程序 0，停止电机 /申请“ 参考点曲线” ld m0.3 /若已激活“定位控制”，则 r m0.3，1 /参考点标志位;复位(m0.3=0) r q1.0，1 /取消“定位控制激活”信息(q1.0=0) movd 429496700， smd72 /为新的“参考点曲线”设定最大的脉冲数。 cret /条件返回到主程序。 /申请“ 定位控制” ldn m0.3 /若未设置参考点(m0.3=0)，则 s m0.3，1 /参考点标志位置位(m0.3=1) s q1.0，1 /输出“定位控制激活”信息 (q1.0=1) ret /子程序 1 结束 /子程序 2 sbr2 /子程序 2，“ 定位控制” movb ib0，mb11 /把定位角度从 ibo 拷到 md8 的最低有效字节 mb11。 r m8.0，24 /mb8 至 mb10 清零 div 9，md8 /角度/9=q1+r1 movw mw8，mw14 /把 r1 存入 md12 mul 25，md8 /q125md8 mul 25，md12 div 9，md12 / r1259= q2+r2 call 3 /在子程序 3 中循环步数 movw 0，mw12 /删除 r2 +d md12，md8 /把步数写入 md8 movd md8，smd72 /把步数传到 smd72 ret /子程序 2 结束 /子程序 3 sbr3 /子程序 3，“循环步数” ldwmw12，5 /如果 r259，则 incw mw14 /步数增加 1。 ret /子程序 3 结束 /中断程序 0，“ 脉冲输出终止” int0 /中断程序 0 r m0.1，1 /“电机运行”标志位复位 (m0.1=0) ret /子程序 0 结束 基于 PLC 的步进电机的开环控制系统设计一、控制要求： 能够实现步进电机的起动和停止、正转和反转及改变转速。 能够实现步进电机的单四拍、双四拍、单双八拍运行。 当按下按钮 SB1 时，步进电机以单四拍方式和 500MS/步的频率顺时针方向运行 30 步后停止； 当按下按钮 SB2 时，步进电机以单四拍方式和 500MS/步的频率逆时针方向运行 30 步后停止； 当按下按钮 SB3 时，步进电机以双四拍方式和 500MS/步的频率顺时针方向运行 30 步后停止； 当按下按钮 SB4 时，步进电机以双四拍方式和 500MS/步的频率和逆时针方向运行 30 步后停止； 当按下按钮 SB5 时，步进电机以单双八拍方式和 500MS/步的频率顺时针方向运行 30 步后停止； 当按下按钮 SB6 时，步进电机以单双八拍方式和 500MS/步的频率逆时针方向运行 30 步后停止； 任何时刻按下按钮 SB7，步进电机停止。 二、设计方案论证及电路图 (PLC 的输入输出接线图、编程元件地址分配表、硬件组态、控制程序) 2.1 PLC 的输入输出接线图： 附图一 控制两相步进电动机正反转控制线路接线图2.2 编程元件地址分配表： PlC 编程元件的地址分配及相应符号表 2.3 硬件组态： PLC 硬件组态表： 2.4 控制程序： 线性化控制程序(双四拍)： 以上为线性化编程，有些朋友喜欢结构化编程，这里再给出结构化编程: 结构化化控制程序（单四拍）：结构化化控制程序（单四拍）： FC1 输出符号表FC1 输入符号表结构化 OB1 主控制程序：结构化 FC1 分控制程序：以上即为结构化化控制程序。利用松下 FP1 可编程序控制器可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便可靠地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作，加速了机电一体化的实现。控制方法及思路：1、FP1 的特殊功能： (1) 脉冲输出 FP1 的输出端 Y7 可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调节，其输出频率范围为 360Hz5kHz。 (2) 高速计数器（HSC） FP1 内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，最高计数频率为10kHz，计数范围 -8388608+8388607。 (3) 输入延时滤波 FP1 的输入端采用输入延时滤波，可防止因开关机械抖动带来的不可靠性，其延时时间可根据需要进行调节，调节范围为 1ms128ms。 (4) 中断功能 FP1 的中断有两种类型，一种是外部硬中断，一种是内部定时中断。2、步进电机的速度控制： FP1 有一条 SPD0 指令，该指令配合 HSC 和 Y7 的脉冲输出功能可实现速度及位置控制。速度控制梯形图见图 1，控制方式参数见图 2，脉冲输出频率设定曲线见图 3，梯形图程序见图 4。电气原理图如下：3、控制系统的程序运行 关于此控制系统的接线：plc 的 Y7 输出的脉冲作为步进电机的时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，控制步进电机