1、 实验 3 PLC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
2、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
3、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
4、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 SB1SB3 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
5、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
6、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 P
7、LC_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 24： 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_
8、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 PWM Complete 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
9、到 S7-1200 PLC 中，并点击“转到在线”按钮： 此时， STEP 7 Basic 进入在线状态，能够实时监控 连接中的 S7-1200 PLC 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
10、 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 S7-1200 PLC 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
11、 。 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 1. 接线要求 如下 ，检查无误后合上电源开关 2. 步进电动机参数设置跟上一个实验相同 3. 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， STEP 7 Basic 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，
12、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：
