PLC怎样控制步进电机

第五章第五章PLCPLC的步进电的步进电机控制系统机控制系统��步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。一般电动机是连续旋转的，而执行机构。一般电动机是连续旋转的，而步进电机的转动是一步一步进行的。每输步进电机的转动是一步一步进行的。每输入一个脉冲电信号，步进电机就转动一个入一个脉冲电信号，步进电机就转动一个角度。通过改变脉冲频率和数量，即可实角度。通过改变脉冲频率和数量，即可实现调速和控制转动的角位移大小，具有较现调速和控制转动的角位移大小，具有较高的定位精度，其最小步距角可达高的定位精度，其最小步距角可达0.750.75°°，，转动、停止、反转反应灵敏、可靠。在开转动、停止、反转反应灵敏、可靠。在开环数控系统中得到了广泛的应用。环数控系统中得到了广泛的应用。5.15.15.15.15.15.15.15.1步进电机的分类、基本结构和工步进电机的分类、基本结构和工作原理作原理��步进电机的分类步进电机的分类1.1.永磁式步进电机永磁式步进电机2.2.反应式步进电机反应式步进电机3.3.混合式步进电机混合式步进电机��步进电机的基本结构和工作原理步进电机的基本结构和工作原理步进电机的分类步进电机的分类��1.1.永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为小，步进角一般为7.57.5度或度或1515度。度。��2.2.反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为出，步进角一般为1.51.5度，但噪声和振动都很大。度，但噪声和振动都很大。��3.3.混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相。两相步进角一般分优点。它又分为两相和五相。两相步进角一般分为为1.81.8度而五相步进角一般为度而五相步进角一般为0.720.72度。这种步进度。这种步进电机的应用最为广泛。电机的应用最为广泛。步进电机的基本结构和工作原理步进电机的基本结构和工作原理��三相反应式步进电机的三相反应式步进电机的结构如图所示结构如图所示��定子、转子是用硅钢片定子、转子是用硅钢片或其他软磁材料制成的。或其他软磁材料制成的。定子的每对极上都绕有定子的每对极上都绕有一对绕组，构成一相绕一对绕组，构成一相绕组，共三相称为组，共三相称为AA、、BB、、CC三相。三相。步进电机的基本结构和工作原理步进电机的基本结构和工作原理��在定子磁极和转子上都开有齿分度相同的在定子磁极和转子上都开有齿分度相同的小齿，采用适当的齿数配合，当小齿，采用适当的齿数配合，当AA相磁极的相磁极的小齿与转子小齿一一对应时，小齿与转子小齿一一对应时，BB相磁极的小相磁极的小齿与转子小齿相互错开齿与转子小齿相互错开1/31/3齿距，齿距，CC相则错相则错开开2/32/3齿距。如图所示齿距。如图所示步进电机的基本结构和工作原理步进电机的基本结构和工作原理��上图中，上图中，AA相绕组与齿相绕组与齿11、、55一一对应，而此一一对应，而此时时BB相绕组与齿相绕组与齿22错开错开1/31/3齿距，而与齿齿距，而与齿33错错开开2/32/3齿距，齿距，CC相绕组与齿相绕组与齿33错开错开2/32/3齿距，齿距，而与齿而与齿44错开错开1/31/3齿距。齿距。��电机的位置和速度由绕组通电次数（脉冲电机的位置和速度由绕组通电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由绕数）和频率成一一对应关系。而方向由绕组通电的顺序决定。组通电的顺序决定。步进电机的基本结构和工作原理步进电机的基本结构和工作原理��步进电机的基本参数主要有以下内容步进电机的基本参数主要有以下内容��11．电机固有步距角．电机固有步距角��22．步进电机的相数．步进电机的相数��33．保持转矩（．保持转矩（HOLDINGHOLDINGTORQUETORQUE））��44．钳制转矩（．钳制转矩（DETENTDETENTTORQUETORQUE））11111111．电机固有步距角．电机固有步距角��它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，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电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，这个步距角可以称之为个步距角的值，这个步距角可以称之为““电电机固有步距角机固有步距角””，它不一定是电机实际工作，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。有关。22222222．步进电机的相数：．步进电机的相数：��步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前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。电常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为步距角为0.90.9°°/1.8/1.8°°、三相的为、三相的为0.750.75°°/1.5/1.5°°、五相、五相的为的为0.360.36°°/0.72/0.72°°。在没有细分驱动器时，用户。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，则角的要求。如果使用细分驱动器，则““相数相数””将变将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，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。就可以改变步距角。33333333．保持转矩．保持转矩（（HOLDINGHOLDINGHOLDINGHOLDINGHOLDINGHOLDINGHOLDINGHOLDINGTORQUETORQUETORQUETORQUETORQUETORQUETORQUETORQUE））��保持转矩是指步进电机通电但没有转动保持转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说一。比如，当人们说22NN..mm的步进电机，在的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为没有特殊说明的情况下是指保持转矩为22NN..mm的步进电机。的步进电机。44444444．钳制转矩（．钳制转矩（DETENTDETENTDETENTDETENTDETENTDETENTDETENTDETENTTORQUETORQUETORQUETORQUETORQUETORQUETORQUETORQUE））��钳制转矩是指步进电机没有通电的情况钳制转矩是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。由于反应式步下，定子锁住转子的力矩。由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENTDETENTTORQUETORQUE。。步进电机主要有以下特点步进电机主要有以下特点��11．一般步进电机的精度为步进角的．一般步进电机的精度为步进角的3-3-5%5%，且不累积。，且不累积。步进电机主要有以下特点步进电机主要有以下特点��22．步进电机外表允许的最高温度取决于不．步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点。同电机磁性材料的退磁点。步进电机温度过高时会使电机的磁性材料步进电机温度过高时会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏材料的退磁点都在摄氏130130度以上，有的甚度以上，有的甚至高达摄氏至高达摄氏200200度以上，所以步进电机外度以上，所以步进电机外表温度在摄氏表温度在摄氏80-9080-90度完全正常。度完全正常。步进电机主要有以下特点步进电机主要有以下特点��33．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。致力矩下降。步进电机主要有以下特点步进电机主要有以下特点��44．步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定．步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。速度就无法启动，并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。到高速）。5.25.2步进电机在工业控制领域的主要应用步进电机在工业控制领域的主要应用情况介绍情况介绍��步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一品之一,,广泛应用在各种家电产品中，例如打印广泛应用在各种家电产品中，例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等。另外步进电机也广泛应用于械手臂和录像机等。另外步进电机也广泛应用于各种工业自动化系统中。由于通过控制脉冲个数各种工业自动化系统中。由于通过控制脉冲个数可以很方便的控制步进电机转过的角位移，且步可以很方便的控制步进电机转过的角位移，且步进电机的误差不积累，可以达到准确定位的目的。进电机的误差不积累，可以达到准确定位的目的。还可以通过控制频率很方便的改变步进电机的转还可以通过控制频率很方便的改变步进电机的转速和加速度，达到任意调速的目的，因此步进电速和加速度，达到任意调速的目的，因此步进电机可以广泛的应用于各种开环控制系统中机可以广泛的应用于各种开环控制系统中5.35.3西门子西门子PLCPLC对步进电机的控制方对步进电机的控制方法法��PLCPLC直接控制步进电机直接控制步进电机��西门子西门子PLCPLC与步进电机驱动器控制步进电机与步进电机驱动器控制步进电机��高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例PLCPLCPLCPLCPLCPLCPLCPLC直接控制步进电机直接控制步进电机��使用使用PLCPLC直接控制步进电机时，可使用直接控制步进电机时，可使用PLCPLC产生控制步进电机所需要的各种时序的脉产生控制步进电机所需要的各种时序的脉冲。例如三相步进电机可采用三种工作方冲。例如三相步进电机可采用三种工作方式：式：��三相单三拍三相单三拍��三相双三拍三相双三拍��三相单六拍三相单六拍PLCPLCPLCPLCPLCPLCPLCPLC直接控制步进电机直接控制步进电机��可根据步进电机的工作方式，以及所要求可根据步进电机的工作方式，以及所要求的频率（步进电机的速度），画出的频率（步进电机的速度），画出AA、、BB、、CC各相的时序图。并