PLC与步进电机的运动控制

SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955S7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用多媒体教学光盘主讲教师：阳胜峰SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955第5讲PLC与步进电机的运动控制一、运动小车装置介绍二、运动控制与步进电机三、光栅尺四、基于PLC与步进电机的小车自动往返控制五、基于PLC与步进电机的位置闭环控制SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955一、运动小车装置介绍SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955二、运动控制与步进电机1、运动控制（1）运动控制系统简介运动控制系统是一门有关如何对物体位置和速度进行精密控制的技术，典型的运动控制系统由三部分组成：控制部分、驱动部分和执行部分。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号，加以放大以驱动步进电机。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进电机脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955（2）常用术语步进角：每输入一个电脉冲信号时转子转过的角度称为步进角。步进角的大小可直接影响电机的运行精度。整步：最基本的驱动方式，这种驱动方式的每个脉冲使电机移动一个基本步矩角。例如：标准两相电机的一圈共有200个步矩角，则整步驱动方式下，每个脉冲使电机移动1.8°。半步：在单相激磁时，电机转轴停至整步位置上，驱动器收到下一个脉冲后，如给另一相激磁且保持原来相继续处在激磁状态，则电机转轴将移动半个基本步矩角，停在相邻两个整步位置的中间。如此循环地对两相线圈进行单相然后两相激磁，步进电机将以每个脉冲半个基本步矩角的方式转动。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955细分：细分就是指电机运行时的实际步矩角是基本步矩角的几分之一。如：驱动器工作在10细分状态时，其步矩角只为电机固有步矩角的十分之一，也就是说：当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°，而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18°。细分功能完全是由驱动器靠精度控制电机的相电流所产生的，与电机无关。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:5413519552、步进电机（1）步进电机的选型a、驱动器的电流。电流是判断驱动器能力大小的依据，是选择驱动器的重要指标之一，通常驱动器的最大额定电流要略大于电机的额定电流，通常驱动器有2.0、35、6.0和8.0A。b、驱动器的供电电压。供电电压是判断驱动器升速能力的标志，常规电压供给有24V（DC）、40V（DC）、60V（DC）、80V（DC）、110V（AC）、220V（AC）等。c、驱动器的细分。细分是控制精度的标志，通过增大细分能改善精度。步进电机都有低频振荡的特点，如果电机需要工作在低频共振区工作，细分驱动器是很好的选择。此外，细分和不细分相比，输出转矩对各种电机都有不同程度的提升。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955（2）步进电机驱动器本系统中采用两相混合式步进电机驱动器YKA2404MC细分驱动器，其外形如图所示。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955（3）步进电机驱动器的端子与接线SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955（4）．步进电机驱动器的细分设定YKA2404MC步进电机驱动器共有6个细分设定开关。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955三、光栅尺光栅尺是用来检测位移的元件，下面以型号为KA-300为例介绍光栅尺的使用。该光栅尺输出信号为脉冲信号，通过PLC对该高速脉冲进行高速计数即可实现位移的检测。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955KA-300光栅尺的参数，该光栅尺在物理位置上有三个Z相脉冲输出点，相临两点的距离为50mm，Z相每发出一个脉冲，A相或B相就发出2500个脉冲。可通过A相与B相的超前与滞后来分析物体运行的方向。通过PLC对A相或B相的脉冲计数就可以计算出物体所在的位置。A相、B相正交脉冲与Z相脉冲波形图如图所示，在该图中，A相脉冲超前于B相脉冲。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955光栅尺与PLC按如图进行连接。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955四、基于PLC与步进电机的小车自动往返控制项目一：步进电机正反转控制用S7-200PLC控制步进电机正转与反转。把步进电机驱动器的D2设置为OFF，即PU为步进脉冲信号，DR为方向控制信号。PLC的Q0.0输出高速脉冲至步进电机驱动器的PU端，Q0.1控制步进电机反转。对应小车的运行各输出点分配如下：正转启动，I0.0；反转启动，I0.1；向左运行，Q0.0发脉冲，Q0.1为OFF；向右运行，Q0.0发脉冲，Q0.1为ON；停止，Q0.0停止发脉冲，Q0.1为OFF。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955控制程序如图所示。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955项目二：运动小车自动往返控制。按下启动按钮后，要求小车能自动往返运行。按下停止按钮或碰到左右极限开关，小车自动停止。I/O分配如表示。设Q0.1为OFF时小车往左运行，为ON时小车往右运行。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955五、基于PLC与步进电机的位置闭环控制用PLC的Q0.0向步进电机发出高速脉冲串，步进电机驱动器驱动步进电机带动小车运行。小车运行轨迹上安装有位移检测的DA-300光栅尺，在轨道上安装有左、右限位开关和原点开关，从原点至右行程限位开关距离小于光栅尺的测量距离。编程实现以下功能：（1）按下回原点按钮，小车运行至原点后停止，此时小车所处的位置坐标为0。系统启动运行时，首先必须找一次原点位置。（2）当小车碰到左限位或右限位开关动作时，小车应立即停止。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955（3）设定A位置对应坐标值。按下启动按钮，小车自动运行到A点后停止5s，再自动返回到原点位置结束。运行过程中若按停止按钮则小车立即停止，运行过程结束。（4）用光栅尺来检测小车位移。（5）设小车的有效运行轨道为200mm，原点位置坐标为0点。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955I/O分配及接线图如图所示。Q0.0输出高速脉冲控制小车运行速度，Q0.1控制小车的运行方向。Q0.1为OFF时小车往左运行，为ON时小车往右运行。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955分析：用A、B相正交高速计数器对光栅尺的A、B相输出脉冲进行高速计数。对高速计数器选择4X计数速率。则高速计数器从0计数到10000个脉冲对应的位移变化为50mm，所以1mm对应的脉冲数为200个。若设定A位置的坐标值为60mm，则对应的高速计数器的当前值为12000。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955设A点位置通过元件VD0设定，数据范围为0～200mm。按下启动按钮，比较小车当前所在位置和A点位置坐标，若小车当前所在位置大于A点位置坐标，则控制小车向右运行，运行到两个位置值相等时产生一个中断，使小车立即停止。若小车当前所在位置小于A点位置坐标，则控制小车向左运行，运行到两个位置值相等时产生一个中断，使小车立即停止。若小车当前位置与A点位置相同，则按下启动按钮后，小车停止5s后返回到原点。SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955（a）主程序SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955（a）主程序SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955（a）主程序SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955（a）主程序SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955（b）运行子程序SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955（c）停止子程序SIEMENSSIEMENSS7-200PLC、变频器与触摸屏综合应用主讲:阳胜峰QQ:541351955（d）中断停止程序