实验一步进电机控制实验

1、实验一 步进电机控制实验一、实验目的1、  掌握步进电机工作原理；2、熟悉对步进电机转向、速度、行程进行控制的方法。二、实验要求1、  通过实验，加深并验证学过的理论知识，掌握实验的基本方法和实验原理；2、  正确使用仪器设备；3、  认真观察仪器设备的运动方式，独立编写控制程序并进行操作。4、  学生在实验过程中，应学会独立思考，应用所学专业理论知识分析和解决实验中遇到的具体问题；三、实验原理1、步进电机工作原理步进电机按工作原理可分为电磁式、磁阻式、永磁式、混合式四类。其中混合式步进电机从定子或转子的导磁体来看，它如反应式步进电机

2、，所不同的是它的转子上置有磁钢，反应式转子则无磁钢。从它的磁路内含有永久磁钢这一点来说，又可以说它是永磁式，但因其结构不同，使其作用原理及性能方面，都与永磁式步进电机有明显区别。它好像是反应式和永磁式的结合，所以常称为混合式。混合式步进电机具有驱动电流小，效率高，过载能力强、控制精度高等特点，是目前市面上应用最为广泛的一种步进电机。左图是两相混合式步进电机的剖面示意图。定子上有两个等分的磁极，相邻两个磁极间的夹角为90°。磁极上面装有控制绕组且联成A、B两相，转子上均匀分布两个齿，齿间距为180°。以A、B表示两相绕组正向电流工作， 、 表示反向电流工作，可实现：1、两相激

3、励四拍整步运行方式，即AB B A 或单相激励的四拍运行方式，即AB 。 2、八拍半步运行方式，即ABB B    A A。两相混合式步进电机剖面示意图  此外还有1/4步距的运行方式、微步距控制运行方式，这里不一一叙述。本节以八拍半步运行方式为例，讲述其工作原理，从下图可看出，（a）图为当A、B两相同时正向通电时，转子受到两相转矩的矢量和而转至该位置，(b)图为B相通电瞬间时转子的受力情况，(c)图为A相接反向电流，而B相接正向电流时转子受到两相转矩的矢量和而转到该位置，依此类推，可得出八拍半步运行方式（图中只给

4、出了前三拍运行方式）。由此可将该步进电机转矩的大小及工作方式用下图表示出来。图中，当两相同时通电时，转矩由两相转矩矢量合成，比单相转矩要大（约1.414倍）。为使步进电机匀速转动，应保持各拍转矩相等，故应使相电流降低到60%，由于磁路原先有饱合效应，此时每相转矩可能增大到70%左右，两相合成转矩则接近于1。                       步进电机运行方式 

5、;步进电机转矩的工作方式2、 软件设置1）设置步进电机控制指令控制字本实验软件采用松下FP0型PLC，它的步进电机指令控制字为DT9052。它有两路脉冲输出功能，可以同时控制两路步进电机。脉冲的输出和停止可以是当程序执行到一定的结果时完成，也可以是利用外部信号随时终止脉冲输出或启动脉冲输出。设定特殊数据寄存器DT9052需要使用F0（MOV）指令，将对应的控制字送入DT9052中。以下是CH0的几种控制示例：允许软件复位H1（0001）高速计数禁止H2（0010）停止脉冲输出H8（1000）停止脉冲输出并且复位高速计数经过值H9（1001）2）步进指令使用的特殊内部继电器、特殊寄存器通道特殊内

6、部继电器经过值寄存器目标值寄存器0CHR903ADT9044DT9045DT9046DT90471CHR903BDT9048DT9049DT9050DT9051特殊内部继电器的状态是根据程序的执行状态来改变的，用户只可以读出其中的状态是ON还是OFF，而不可以改写。以OCH为例，R903A当OCH正在执行高速计数器指令（F166F170）时为ON。当R903A为ON期间，与0CH有关的高速计数指令（F166F170）不会被执行。使R903A状态变为OFF的情况可以是以下几种情况中的一种：高速计数器指令被禁止，如DT9052的BIT3被送入了1。高速计数指令执行完成，如脉冲输出指令执行完成。当脉

7、冲输出指令开始被执行时，内部特殊继电器R903A变为ON并保持，目标值寄存器中被自动写入目标数据。DT9047为高16位，DT9046为低16位，因为是32位寄存器，所以可以写入的数据为K-8，388，6088，388，607（HFF800000H007FFFFF）。在脉冲输出指令执行期间，经过值寄存器中的数据根据指令执行结果不断改变。当经过值寄存器中的数据与目标值寄存器中的数据相等，脉冲输出指令停止执行，同时内部特殊继电器R903A变为OFF。一般情况下，经过值寄存器中的数据用户只能读出，不能被用户改写。 特殊数据寄存器DT9052的设定3）脉冲输出指令F168：指令格式：s：脉冲

8、输出指令应读取的数据表首地址，数据表占据相邻的7个寄存器。n：只能被写入K0或K1。   K0：脉冲输出使用CH0，Y0输出脉冲信号，Y2输出方向控制信号。   K1：脉冲输出使用CH1，Y1输出脉冲信号，Y3输出方向控制信号。数据表设置SS+6：   S    控制代码   S+1  初始启动频率（HZ），范围K40K5，000   S+2  脉冲运行频率（HZ），范围K40K9，500   S+3  加速/减速时

9、间（ms），范围K30K32，767   S+4，S+5  脉冲目标值个数设定，范围K-8，388，6088，388，607   S+6  脉冲输出指令表结束，必须写入“K0”脉冲输出示意图控制代码设定 控制代码设定3、系统的机械结构立体仓库的X、Y向工作台分别由两个相同的两相八拍混合式步进电机与执行部件滚珠丝杠相连接，将旋转运动转换为工作台的直线运动，转换关系如下：，其中N：PLC发出的控制脉冲个数t：丝杠螺纹距：步进电机步距角n：步进电机驱动器的脉冲细分数4、软件对应的脉冲控制指令数据表：DT100：控制代码为H102，

10、固定脉宽、相对控制方式，增量输出；DT101：初始起动频率（HZ），范围在K40K5，000；DT102：脉冲运行频率（HZ），范围在K40K9，500；DT103：加速/减速时间（ms），范围在K30K32，767；DT104、DT105：脉冲目标值个数，范围在K-8，388，608K8，388，607；DT106：脉冲输出指令表结束，必须写入“K0”。四、实验所用仪器1、TVT-99C立体仓库模型一套；2、奔II以上计算机一台；五、实验步骤和方法1、  熟悉编程环境，输入所编制的程序；2、接通立体仓库电源、串口通讯线；3、将程序下载至PLC并运行。六、实验注意事项 经指

11、导教师检查同意后，方可接通电源进行实验操作。七、实验预习要求1、  预习PLC编程环境，上机前预先将控制程序编制完成；2、  预习步进电机工作原理。八、数据处理 1、变化DT101DT105中的数据（至少两组数据），重新运行程序，观察X、Y轴运行情况并记录。2、参考梯形图 九、实验报告要求实验报告的主要内容1、实验目的2、实验所用仪器3、实验原理方法简要说明4、程序清单。       实验二 三坐标工作台控制实验一、实验目的1、了解三坐标工作台机械结构及数控工作原理；2、采用

12、PLC编程语言编制控制程序并运行。二、实验要求1、通过实验，加深理解学过的理论知识，掌握实验的基本原理。2、使学生受到必要的专业实验技能训练。3、要求学生独立思考、独立动手来解决实际问题。4、学生要学会正确使用仪器设备。5、经指导教师检查同意后，方可接通电源，进行实验。三、实验原理   立体仓库的组成可分为三大部分：第一部分：控制部分，由松下FP0-C16T可编程控制器作为主控单元，FP0-E16T作为扩展单元，存贮空间为2.7K步。第二部分：机械传动部分，是一个典型的三坐标工作台。其中X、Y轴机械结构相同，均由一个步进电机通过联轴器带动滚珠丝杠来传递运动；Z轴由

13、直流电机带动普通丝杠来传递运动。三轴配合，协调运动，从而完成取、送货物的动作过程。第三部分：检测与传感部分，检测并告之某个仓位上是否有货物。有，置高电平“1”，无，置低电平“0”。立体仓库的使用：1、输入输出的分配情况具体输入输出的分配情况见下表：           输入部分            输出部分X0 Y0     

14、    横轴脉冲X1 Y1         竖轴脉冲X2 Y2        横轴方向1/0X3 Y3        竖轴方向1/0X4     货台回位限制Y4 X5     货台到位限制Y5 X6 

15、0;   货台是否有物Y6         货台前升X7     自动/手动（0/1）Y7         货台退回X20   十六   进制   输入   键盘值1位Y20显示部分     就绪X21  键盘值2位Y21  &#

16、160;  取X22  键盘值3位Y22     放X23  键盘值4位Y23   十位显示X24      横轴右限位Y24  BCD码输出显示  BCD码1位X25      横轴左限位Y25  BCD码2位X26      竖轴上限位Y26  BCD码3位X27    &#

17、160; 竖轴下限位Y27  BCD码4位注：X40-X4C为0至12个仓库的传感器2、具体操作步骤（1）熟悉控制面板上的开关及按钮功能及仓位号仓库仓位号分布 （2）接通电源。   （3）将选择开关置于手动位置（此时16号有效）。（4）分别点动按键123456，观察水平（X轴）垂直（Y轴）前后(Z轴)各丝杠运行情况，运行应平稳，在接近极限位置时，应执行限位保护（运行自动停止）。（5）用计算机或手持编程器写程序并下装至PLC。（6）将选择开关置于自动位置。（7）将一带托盘汽车模型置零号仓位，放置模型时，入位要准确，并注意到仓位底部检测开关已动作。（8）执行

18、送指令选择欲送仓位号，按动仓位对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。按动送指令按钮，观察送入动作（若被选择仓位内已有汽车，则该指令不被执行）。     指令完成后，机械自动返回。     零号仓位已无汽车，则下一个送指令（误操作）将不被执行。（9）执行取指令     选择欲取仓位号，按动仓位号，控制面板上的数码管显示仓位号。     按动取指令按钮，观察取动作（若被选择仓位内无汽车，则该指令不被执行）。  

19、0;  指令完成后，机械自动复位。     零号仓位已有汽车，则下一个取指令（误操作），将不被执行。四、实验所用仪器1、立体仓库2、奔以上计算机一台3、实验连接导线一套五、实验步骤和方法1、编制并调试程序2、联好仪器，接通电源3、运行程序六、实验注意事项调试程序时须拔掉电源七、实验预习要求预先编制控制程序再到实验室进行实验上机调试参考程序清单：八、数据处理运行后的程序所走出的轨迹曲线是否在预先设定的范围内。九、实验报告要求实验报告，以实验数据和观测到的轨迹曲线为基础，按照实验目的和实验内容要求认真分析，如有错误要分析原因，不要轻易否定结果，作结

20、论时要尊重实验事实，最后写出实验报告。实验报告的主要内容1、实验目的2、实验用仪器、设备、记录规格、型号、数量等3、实验原理方法简要说明4、实验程序及实验结果分析，根据实验目的和实验内容，对实验数据和曲线进行分析，并作出结论。                         实验三 简易工业控制实验（小型数控设备拆装及控制实验）一、实验目的1、通过对双工位工作台流水线、气动加工中心、六自由度机械手等小型数控设备的拆装，掌握其机械结构及组成，2、通过实验，掌握采用计算机监控技术