PLC步进电机控制

1、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

2、角位移的执行机构。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。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

3、数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为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 1 / 15 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

4、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 S1 S2 S3 M1 M2 M3 状态1 1 1 1 0 1 步进驱动器的端

5、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： 2 / 15 ST-1200的I/O分配表： 输 入 输 出 外接元件 输入端子功能 输出端子 功能 SA1 I0.0 正转启动 Q0.0 输出高速脉冲 SA2 I0.1 停止Q0.1 控制运行方向 SA3 I0.2 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PW

6、M输出脉冲输出： 高速计数器，如下页图：HSC1继续组态 ，并启用“等于参考值”的这一中断，在100000HSC的初始值设为，参考值设为点击“硬件中断”一栏，选择新的中断事件，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： 3 / 15 个事10000PWMPWM_Complete”，表示信号输出达到参考值为新块命名为“的程PWM_CompletePLC_1下，多了一个CPU执行的中断程序，按确定后，项目树的执行的中断程序块，如CPU主程序块，这就是MainHSC1达到参考值后序块，独立于 下页图： 4 / 15 如下页图编写主程序块： 其中：变量名”表中PLC 图中的变量名如“

7、正向启动”和“反向启动”等在项目树中的“ 定义，名字由用户自定义。 PWM脉冲使能”位为1时，输出PWM 程序段1全局启用PWM模块，当“方向”Q0.210000，参考值为：I0.2“正向启动”为高位时，设HSC1程序段 24使能”（由外部端子决定方向），通过置位“PWM+1复位，HSC1收到每一个脉冲后值置位，Q0.10，HSC1I0.4Pulse_1输出脉冲；当“反向启动”为高位时，设参考值为使PWMI0.3也输出脉冲；当“停止”为高位时，复位“Pulse_1-1HSC1收到脉冲后值， Pulse_1使能”，停止输出脉冲。5 / 15 6 / 15 如下页图编写PWM Complete中断

8、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。 7 / 15 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

9、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 8 / 15 本实验中，控制要求有

10、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/s 5. 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，

11、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： 9 / 15 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”

12、，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： 10 / 15 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，请按实际情况重新输入。 11 / 15 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

13、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，详细介绍见STEP 7 Basic 帮组文档和S7 1200 PLC 系统手册63页： 12 / 15 13 / 15 14 / 15 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