3PLC与步进电机控制.docx
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3PLC与步进电机控制
实验3PLC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
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SB1~SB3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:
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PWM输出脉冲输出:
继续组态HSC1高速计数器,如下页图:
HSC的初始值设为0,参考值设为10000,并启用“等于参考值”的这一中断,在点击“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:
为新块命名为“PWM_Complete”,表示PWM信号输出达到参考值10000个事CPU执行的中断程序,按确定后,项目树的PLC_1下,多了一个PWM_Complete的程序块,独立于Main主程序块,这就是HSC1达到参考值后CPU执行的中断程序块,如下页图:
如下页图编写主程序块:
其中:
图中的变量名如“正向启动”和“反向启动”等在项目树中的“PLC变量名”表中定义,名字由用户自定义。
程序段1全局启用PWM模块,当“PWM使能”位为1时,输出PWM脉冲
程序段2~4:
I0.2“正向启动”为高位时,设HSC1参考值为10000,Q0.2“方向”复位,HSC1收到每一个脉冲后值+1(由外部端子决定方向),通过置位“PWM使能”使Pulse_1输出脉冲;当I0.4“反向启动”为高位时,设HSC1参考值为0,Q0.1置位,HSC1收到脉冲后值-1,Pulse_1也输出脉冲;当I0.3“停止”为高位时,复位“PWM使能”,Pulse_1停止输出脉冲。
如下页图编写PWMComplete中断程序块:
此时,HSC1的计数值被重置,“PWM使能”被复位,脉冲输出停止。
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S7-1200PLC中,并点击“转到在线”按钮:
此时,STEP7Basic进入在线状态,能够实时监控连接中的S7-1200PLC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S7-1200PLC的动作控制命令库控制电动机进行定位,定速等复合动作
本实验中,控制要求有主轴定位、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,STEP7Basic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,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:
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”,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:
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。
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STEP7Basic帮组文档和S71200PLC系统手册63页:
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
STEP7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。
必须有能流流过,Axis指定的轴才能动作
MC_Home可建立轴控制程序与轴机械定位系统之间的关系(包括重新定义零点)。
MC_Halt可取消所有运动过程并使轴停止运动。
MC_MoveAbsolute可启动到某个绝对位置的运动。
该作业在到达目标位置时结束。
MC_MoveRelative可启动相对于起始位置的定位运动。
MC_MoveVelocity可使轴以指定的速度行进
七.实验结果记录
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- PLC 步进 电机 控制