S7 200PLC 變頻器與觸摸屏綜合應(yīng)用多媒體教學(xué)光盤 主講教師 陽勝峰 第5講PLC與步進(jìn)電機(jī)的運動控制 一 運動小車裝置介紹 二 運動控制與步進(jìn)電機(jī) 三 光柵尺 四 基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的小車自動往返控制 五 基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的位置閉環(huán)控制 一 運動小車裝置介紹 二 運動控制與步進(jìn)電機(jī) 1 運動控制 1 運動控制系統(tǒng)簡介運動控制系統(tǒng)是一門有關(guān)如何對物體位置和速度進(jìn)行精密控制的技術(shù) 典型的運動控制系統(tǒng)由三部分組成 控制部分 驅(qū)動部分和執(zhí)行部分 步進(jìn)電機(jī)的運行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動 這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號 加以放大以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比 控制步進(jìn)電機(jī)脈沖信號的頻率 可以對電機(jī)精確調(diào)速 控制步進(jìn)脈沖的個數(shù) 可以對電機(jī)精確定位 2 常用術(shù)語步進(jìn)角 每輸入一個電脈沖信號時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步進(jìn)角 步進(jìn)角的大小可直接影響電機(jī)的運行精度 整步 最基本的驅(qū)動方式 這種驅(qū)動方式的每個脈沖使電機(jī)移動一個基本步矩角 例如 標(biāo)準(zhǔn)兩相電機(jī)的一圈共有200個步矩角 則整步驅(qū)動方式下 每個脈沖使電機(jī)移動1 8 半步 在單相激磁時 電機(jī)轉(zhuǎn)軸停至整步位置上 驅(qū)動器收到下一個脈沖后 如給另一相激磁且保持原來相繼續(xù)處在激磁狀態(tài) 則電機(jī)轉(zhuǎn)軸將移動半個基本步矩角 停在相鄰兩個整步位置的中間 如此循環(huán)地對兩相線圈進(jìn)行單相然后兩相激磁 步進(jìn)電機(jī)將以每個脈沖半個基本步矩角的方式轉(zhuǎn)動 細(xì)分 細(xì)分就是指電機(jī)運行時的實際步矩角是基本步矩角的幾分之一 如 驅(qū)動器工作在10細(xì)分狀態(tài)時 其步矩角只為電機(jī)固有步矩角的十分之一 也就是說 當(dāng)驅(qū)動器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時 控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖 電機(jī)轉(zhuǎn)動1 8 而用細(xì)分驅(qū)動器工作在10細(xì)分狀態(tài)時 電機(jī)只轉(zhuǎn)動了0 18 細(xì)分功能完全是由驅(qū)動器靠精度控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的 與電機(jī)無關(guān) 2 步進(jìn)電機(jī) 1 步進(jìn)電機(jī)的選型a 驅(qū)動器的電流 電流是判斷驅(qū)動器能力大小的依據(jù) 是選擇驅(qū)動器的重要指標(biāo)之一 通常驅(qū)動器的最大額定電流要略大于電機(jī)的額定電流 通常驅(qū)動器有2 0 35 6 0和8 0A b 驅(qū)動器的供電電壓 供電電壓是判斷驅(qū)動器升速能力的標(biāo)志 常規(guī)電壓供給有24V DC 40V DC 60V DC 80V DC 110V AC 220V AC 等 c 驅(qū)動器的細(xì)分 細(xì)分是控制精度的標(biāo)志 通過增大細(xì)分能改善精度 步進(jìn)電機(jī)都有低頻振蕩的特點 如果電機(jī)需要工作在低頻共振區(qū)工作 細(xì)分驅(qū)動器是很好的選擇 此外 細(xì)分和不細(xì)分相比 輸出轉(zhuǎn)矩對各種電機(jī)都有不同程度的提升 2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器本系統(tǒng)中采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器YKA2404MC細(xì)分驅(qū)動器 其外形如圖所示 3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的端子與接線 4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的細(xì)分設(shè)定YKA2404MC步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器共有6個細(xì)分設(shè)定開關(guān) 三 光柵尺 光柵尺是用來檢測位移的元件 下面以型號為KA 300為例介紹光柵尺的使用 該光柵尺輸出信號為脈沖信號 通過PLC對該高速脈沖進(jìn)行高速計數(shù)即可實現(xiàn)位移的檢測 KA 300光柵尺的參數(shù) 該光柵尺在物理位置上有三個Z相脈沖輸出點 相臨兩點的距離為50mm Z相每發(fā)出一個脈沖 A相或B相就發(fā)出2500個脈沖 可通過A相與B相的超前與滯后來分析物體運行的方向 通過PLC對A相或B相的脈沖計數(shù)就可以計算出物體所在的位置 A相 B相正交脈沖與Z相脈沖波形圖如圖所示 在該圖中 A相脈沖超前于B相脈沖 光柵尺與PLC按如圖進(jìn)行連接 四 基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的小車自動往返控制 項目一 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 用S7 200PLC控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn) 把步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的D2設(shè)置為OFF 即PU為步進(jìn)脈沖信號 DR為方向控制信號 PLC的Q0 0輸出高速脈沖至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的PU端 Q0 1控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) 對應(yīng)小車的運行各輸出點分配如下 正轉(zhuǎn)啟動 I0 0 反轉(zhuǎn)啟動 I0 1 向左運行 Q0 0發(fā)脈沖 Q0 1為OFF 向右運行 Q0 0發(fā)脈沖 Q0 1為ON 停止 Q0 0停止發(fā)脈沖 Q0 1為OFF 控制程序如圖所示 項目二 運動小車自動往返控制 按下啟動按鈕后 要求小車能自動往返運行 按下停止按鈕或碰到左右極限開關(guān) 小車自動停止 I O分配如表示 設(shè)Q0 1為OFF時小車往左運行 為ON時小車往右運行 五 基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的位置閉環(huán)控制 用PLC的Q0 0向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出高速脈沖串 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)帶動小車運行 小車運行軌跡上安裝有位移檢測的DA 300光柵尺 在軌道上安裝有左 右限位開關(guān)和原點開關(guān) 從原點至右行程限位開關(guān)距離小于光柵尺的測量距離 編程實現(xiàn)以下功能 1 按下回原點按鈕 小車運行至原點后停止 此時小車所處的位置坐標(biāo)為0 系統(tǒng)啟動運行時 首先必須找一次原點位置 2 當(dāng)小車碰到左限位或右限位開關(guān)動作時 小車應(yīng)立即停止 3 設(shè)定A位置對應(yīng)坐標(biāo)值 按下啟動按鈕 小車自動運行到A點后停止5s 再自動返回到原點位置結(jié)束 運行過程中若按停止按鈕則小車立即停止 運行過程結(jié)束 4 用光柵尺來檢測小車位移 5 設(shè)小車的有效運行軌道為200mm 原點位置坐標(biāo)為0點 I O分配及接線圖如圖所示 Q0 0輸出高速脈沖控制小車運行速度 Q0 1控制小車的運行方向 Q0 1為OFF時小車往左運行 為ON時小車往右運行 分析 用A B相正交高速計數(shù)器對光柵尺的A B相輸出脈沖進(jìn)行高速計數(shù) 對高速計數(shù)器選擇4X計數(shù)速率 則高速計數(shù)器從0計數(shù)到10000個脈沖對應(yīng)的位移變化為50mm 所以1mm對應(yīng)的脈沖數(shù)為200個 若設(shè)定A位置的坐標(biāo)值為60mm 則對應(yīng)的高速計數(shù)器的當(dāng)前值為12000 設(shè)A點位置通過元件VD0設(shè)定 數(shù)據(jù)范圍為0 200mm 按下啟動按鈕 比較小車當(dāng)前所在位置和A點位置坐標(biāo) 若小車當(dāng)前所在位置大于A點位置坐標(biāo) 則控制小車向右運行 運行到兩個位置值相等時產(chǎn)生一個中斷 使小車立即停止 若小車當(dāng)前所在位置小于