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PLC控制器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制

返回列表 來源: 發(fā)布日期: 2019.09.23

PLC控制器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制

實(shí)驗?zāi)康?/span>


1、掌握步進(jìn)電機(jī)的工作原理
2、掌握帶驅(qū)動電源的步進(jìn)電機(jī)的控制方法
3、掌握DECO指令實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制的程序


二、實(shí)訓(xùn)儀器和設(shè)備
1、PLC控制器 一臺
2、兩相四拍帶驅(qū)動電源的步進(jìn)電機(jī)一套
3、正反切換開關(guān)、起停開關(guān)、增減速開關(guān)各一個


三、步進(jìn)電機(jī)工作原理
步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動機(jī),它將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移,即給一個脈沖信號,步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度,圖3-1是一個三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)圖。從圖中可以看出,它分成轉(zhuǎn)子和定子兩部分。定子是由硅鋼片疊成,定子上有六個磁極(大極),每兩個相對的磁極(N、S極)組成一對。共有3對。每對磁極都繞有同一繞組,也即形成1相,這樣三對磁極有3個繞組,形成三相??梢缘贸?,三相步進(jìn)電機(jī)有3對磁極、3相繞組;四相步進(jìn)電機(jī)有4對磁極、四相繞組,依此類推。
反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的動力來自于電磁力。在電磁力的作用下,轉(zhuǎn)子被強(qiáng)行推動到最大磁導(dǎo)率(或者最小磁阻)的位置,如圖3-1(a)所示,定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊的位置,并處于平衡狀態(tài)。對三相異步電動機(jī)來說,當(dāng)某一相的磁極處于最大導(dǎo)磁位置時,另外兩相相必處于非最大導(dǎo)磁位置,如圖3-1(b)所示,即定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒不對齊的位置。

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把定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊的狀態(tài)稱為對齒,把定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒不對齊的狀態(tài)稱為錯齒。錯齒的存在是步進(jìn)電機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)的前提條件,所以,在步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)中必須保證有錯齒的存在,也就是說,當(dāng)某一相處于對齒狀態(tài)時,其它繞組必須處于錯齒狀態(tài)。
本實(shí)驗的電機(jī)采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī),其內(nèi)部上下是兩個磁鐵,中間是線圈,通了直流電以后,就成了電磁鐵,被上下的磁鐵吸引后就產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn)。因為中間連接的,是采用在轉(zhuǎn)軸的位置用一根滑動的接觸片。這樣如果電磁鐵轉(zhuǎn)過了頭,原先連接電磁鐵的兩根線剛好就相反了,所以電磁鐵的N極S極就和以前相反了。但是電機(jī)上下的磁鐵是不變的,所以又可以繼續(xù)吸引中間的電磁鐵。當(dāng)電磁鐵繼續(xù)轉(zhuǎn),由于慣性又轉(zhuǎn)過了頭,所以電極又相反了。重復(fù)上述過程就步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)了。
根據(jù)這個原理,如圖3-2所示,兩相步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動步驟,以正轉(zhuǎn)為例:
 
PLC控制器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制
由圖可見,現(xiàn)相異步電機(jī)正轉(zhuǎn)過程分為四個步驟,即A相正方向電流、B相正方向電流、A向反方向電流和B相反方向電流。反轉(zhuǎn)工作的順序與之相反。A、B兩相線圈不是固定的電流方向,這與其它步進(jìn)電機(jī)的控制邏輯有所不同。因此,控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時,必須考慮用換相的思路設(shè)計實(shí)驗線路。可以根據(jù)模擬驅(qū)動電路的功能和plc必須的邏輯關(guān)系進(jìn)行程序設(shè)計。


四、采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的控制方式
利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器可以通過PLC的高速輸出信號控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動方向、運(yùn)行速度、運(yùn)行步數(shù)等狀態(tài)。其中:步進(jìn)電機(jī)的方向控制,只需要通過控制U/D端的On和Off就能決定電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn);將光耦隔離的脈沖信號輸入到CP端就能決定步進(jìn)電機(jī)的速度和步數(shù);控制FREE信號就能使電機(jī)處于自由狀態(tài)。
因此PLC控制器 的控制程序相當(dāng)簡單,只需通過PLC的輸出就能控制步進(jìn)電機(jī)的方向、轉(zhuǎn)速和步數(shù)。不必通過PLC控制電機(jī)換相的邏輯關(guān)系,也不必另外添加驅(qū)動電路。實(shí)訓(xùn)面板見圖3-4,梯形圖見圖3-5。本程序是利用D0的變化,改變T0的定時間隔,從而改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過兩個觸點(diǎn)比較指令使得D0只能在10~50之間變化,從而控制步進(jìn)間隔是1S~5S之間,I/O分配表見表3-1。
表3-1  I/O分配表


輸入點(diǎn)
輸出點(diǎn)
X0
正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)方向
Y0
電機(jī)控制脈沖
X1
電機(jī)轉(zhuǎn)動
Y1
正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)運(yùn)行
X2
電機(jī)停止


X4
頻率增加


X5
頻率減少




 
.
PLC控制器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制
圖3-5  梯形圖
 
五、采用PLC控制器直接控制步進(jìn)電機(jī)方式
對于兩相步進(jìn)電機(jī)控制,根據(jù)其工作原理,必須考慮其換向的控制方式,因此將其步驟用代號分解,則為:①實(shí)現(xiàn)電流方向A+→A-、②實(shí)現(xiàn)電流方向B+→B-、③實(shí)現(xiàn)電流方向A-→A+、④實(shí)現(xiàn)電流方向B-→B+。如果反轉(zhuǎn)則按照④、③、②、①的順序控制。
PLC的I/O分配表按照表3-2,分配圖按照圖3-6,梯形圖見圖3-7。
表3-2  PLC的I/O分配表


輸入點(diǎn)
輸出點(diǎn)
X0
正轉(zhuǎn)運(yùn)行
COM1
DC+12V
X1
反轉(zhuǎn)運(yùn)行
Y0
A+
X2
自動/手動
Y1
B+
X3
單步運(yùn)行
Y2
A-
X4
頻率增加
Y3
B-
X5
頻率減少
COM2
DC+12V  GND


Y4
A-


Y5
B-


Y6
A+


Y7
B+



PLC控制器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制
 
 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制的梯形圖如圖3-7所示,程序中采用積算定時器T246為脈沖發(fā)生器,因系統(tǒng)配置的PLC為繼電器輸出類型,其通斷頻率過高有可能損壞PLC控制器 ,故設(shè)定范圍為K200ms~1000ms,則步進(jìn)電機(jī)可獲得1~10步/秒的變速范圍,(X0為ON時,正轉(zhuǎn),X1為ON時;反轉(zhuǎn))。
X0為ON時,輸出正脈沖列,步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)X0為ON時,T246以D0值為預(yù)置值開始計時,時間到,T246導(dǎo)通,執(zhí)行DECO指令,根據(jù)D1數(shù)值(首次為0),指定M10輸出,Y0、Y4為ON,步進(jìn)電機(jī)A相通電,且實(shí)現(xiàn)電流方向A+→A-;D1加1,然后,T246馬上自行復(fù)位,重新計時,時間到,T246又導(dǎo)通,再執(zhí)行DECO指令,根據(jù)D1數(shù)值(此次為1),指定M11輸出,Y1、Y5為ON,步進(jìn)電機(jī)B相通電,且實(shí)現(xiàn)電流方向B+→B-;D1加1,T246馬上又自行復(fù)位,重新計數(shù),時間到,T246又導(dǎo)通,再執(zhí)行DECO指令,根據(jù)D1數(shù)值(此次為2),指定M12輸出,Y2、Y6為ON,步進(jìn)電機(jī)A相通電,且實(shí)現(xiàn)電流方向A-→A+;D1加1,T246馬上又自行復(fù)位,重新計時,時間到,T246又導(dǎo)通,再執(zhí)行DECO命令,根據(jù)D1數(shù)值(此次為3),指定M13輸出,Y3、Y7為ON,步進(jìn)電機(jī)B相通電,且實(shí)現(xiàn)電流方向B-→B+;當(dāng)M13為ON,D1復(fù)位,重新開始新一輪正脈沖系列的產(chǎn)生。
X1為ON時,輸出反脈沖列,步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)X1為ON時,T246以D0值為預(yù)置值開始計時,時間到,T246導(dǎo)通,執(zhí)行DECO指令,根據(jù)D1數(shù)值(首次為0),指定M10輸出,Y3、Y7為ON,步進(jìn)電機(jī)B相通電,且實(shí)現(xiàn)電流方向B-→B+;依此類推,完成實(shí)現(xiàn)A相反方向電流、B相正方向電流、A相正方向電流三個脈沖列輸出;當(dāng)M13為ON,D1復(fù)位,重新開始新一輪正脈沖系列的產(chǎn)生。
當(dāng)X2為ON時,程序由自動轉(zhuǎn)為手動模式,當(dāng)X0(X1)為ON時,每點(diǎn)動一次X3,對D1數(shù)值(首次為0)加1,分別指定M10、M11、M12及M13輸出,從而完成一輪正(反)脈沖系列的產(chǎn)生。
第73步中,當(dāng)X4為ON,M8012為ON,M4為ON,且D0當(dāng)前值< span="">,則D0即加1。第88步中,當(dāng)X5為ON,M8012為ON,M4為ON,且D0>K200,由D0即減1。


六、程序調(diào)試及執(zhí)行
調(diào)速時按X4或X5按鈕,觀察D0的變化,當(dāng)變化值為所需速度時釋放。
如動作情況與控制要求一致表明程序正確,保存程序。如果發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行與控制要求不符,應(yīng)仔細(xì)分析,找出原因,重新修改,直到程序與控制要求相符為止。


七、實(shí)訓(xùn)思考練習(xí)題
如果調(diào)速需經(jīng)常進(jìn)行,可將D0的內(nèi)容顯示出來,試設(shè)想方案,修改程序,并實(shí)驗。
 
PLC控制器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制
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PLC控制器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制
 圖3-7  步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制
程序說明
1、步驟0,指定脈沖序列輸出順序移位值;
2、當(dāng)X0為ON,輸出正脈沖序列,電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)X1為ON,輸出負(fù)脈沖序列,電機(jī)反轉(zhuǎn);
3、當(dāng)X2為ON,程序由自動轉(zhuǎn)為手動模式,由X3狀態(tài)單步觸發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn);
4、當(dāng)X4為ON,如D0小于1000,每100ms對D0加1,從而延長每脈沖輸出的時間間隔,降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速;
5、當(dāng)X5為ON,如D0大于200,每100ms對D0減1,從而縮短每脈沖輸出的時間間隔,加快電機(jī)的轉(zhuǎn)速;
6、T0為頻率調(diào)整限制。

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