PLC与步进电机的运动控制编程.docx

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1、摘要本课题的难点主要集中在运动控制器上面,因为要知道运动系统是一种很精确的控制技术。主要是对物体位移和转速精确的控制系统。而现如今常见的运动控制器大致为三单元:运动控制器部分,驱动器部分和执行机构部分。要想步进电动机正常工作,就必须先得要用电子装置进行驱动器,于是人们就称他为步进电机驱动器。工作原理,就是把控制设备所释放出来的脉冲信号,进行机械的扩大来用来驱使步进电机。而按照我们目前的所学专业知识,控制和脉冲信号呈正比例增长。所以只要我们准确控制脉冲信号频率,便能够准确控制电动机调速；只要准确控制脉动的数量。我们便能做到对电机的定位。木设计目标是用P1C来调整和控制步进电机。设计中指出了使用模

2、块化的程序划分主程序和子程序。用来仔细的阐述本设计的内容。AbstractThedifficu1tyofthistopicismain1yfocusedonthemotioncontro11er,becauseweshou1dknowthatthemotionsystemisaveryaccuratecontro1techno1ogy.Itisanaccuratecontro1systemforobjectdisp1acementandrotationa1speed.Nowthecommonmotioncontro11erisrough1ythreeunits:themotioncontro1

3、1erpart,thedrivepartandtheactuatorpart.Toworkproper1y,thesteppermotormustbedrivenbye1ectronicdevices,sopeop1eca11himsteppermotordriver.Theworkingprincip1eistoexpandthepu1sesigna1re1easedbythecontro1equipmenttodrivethesteppermotor.Andaccordingtoourcurrentexpertise,contro1andpu1sesigna1sareproportiona

4、1.Soas1ongasweaccurate1ycontro1thepu1sesigna1frequency,wecanaccurate1ycontro1themotorspeed;Justcontro1thenumberofpu1sationsexact1y.Wecanpositionthemotor.Thedesigngoa1istouseP1Ctoadjustandcontro1thesteppermotor.Thedesignpointsouttheuseofmodu1arprogramtodividethemainprogramandsubroutine.Usedtoe1aborat

5、ethecontentofthisdesign.P1C与步进电机的运动控制第一章P1C与步进电动机的运动控制编程引言本课程重点讲授基于S7-200PC和步进电动机的车辆运动控制系统程序设计，以车辆的自动往返控制和定位闭环控制为例,力求学生学会并了解P1C、步进电动机、定位检测与光栅尺的综合运用程序设计。11选题意义最近几年，在科学技术的突飞猛进下，计算机科学与技术也迈上一个新的台阶。因此，我们对步进电机的需求也在不断增加，未来它将广泛应用于各行各业。1.2P1C与步进电动机特点P1C是一款目前比较主流的工业控制电脑,具有非常多的技术优势主要有功能齐全的进一步增强,在使用上灵活简单,维修简便,可

6、以不断增强安全性和抗干扰能力,而且价格比较便宜,且对步进电机也有着非常出色的运动监控功能,甚至可以达到对步进电机运动的完全监控。步进电动机的优势：（1）步进电动机的角移动和输入脉冲严重地成正反比，电机在运行一圈后就不会积累偏差,而且具备了优异的跟踪性能。（2）步进电机与驱动电路构成的开环数字控制设备。（3）步进电机的动态响应速度快,易启停,正倒转以及变速。（4）转速可在足够宽广的范围内平滑调整,在低速下仍可确保获得的最大扭矩。（5）步进电机只有通过脉波电源供电方可工作,它无法同时通过采用交换开关电源和直流输出开关电源。步进电机能够正常工作同时保障无失步的步进频率的最大值叫做“启动频率”；同样地

7、,“停止频率代表着设备的控制信号忽然消失，步进电机不至于错过目标点的步进频率的最大值。此外，设备的启动、停止频率以及输出转矩必须和其负载的转动惯量契合。只要掌握了以上指标，就可以实现对步进电机的调速控制。选择P1C对步进电机进行控制，必须按照以下计算式对设备的脉冲当量、脉冲频率以及脉冲数目的最大值进行定量分析，从而确定合适的P1C和对应的其他结构。脉冲频率的大小能够决定P1C进行输出的过程中所需的频率，而P1C的位宽取决于脉冲的数目。脉冲当量等于步进电机步距角与螺距之积除以360再除以传动速比;脉冲频率上限等于运动的速度与步进电机细分数之根除以脉冲当量;脉冲数目的最大值等于运动的路程与步进电机

8、细分数之积除以脉冲当量。要实现P1C对于步进电机的控制，第一步就需要构建坐标系，可设置成相对坐标系或者绝对坐标系。在DM6629字中完成构建，00、01、02与03位与脉冲输出0对应，04、05、06与07位和脉冲输出1对应。如果设成0,则属于相对坐标系;如果设成1时，则是另一种坐标系。本设计中还通过P1C借助步进驱动器掌控步进电机的工作，这样实现了P1C在步进电动控制中的运用,比较普遍。因此,在对单双轴运动的监控过程中,在监控平台上设置了移动间距、速率和方位等技术参数。P1C在读出上述设定值后,再经过运算产生距离控制脉冲信号、方位等信息,并调节由步进电动机驱动,以实现了对间距、速度、方位控制

9、的目的。并经过实测,证明了控制系统工作结果的具有可靠性、可行性、以及效果。第二章运动小车装置简介装置见图6-14,它属于科莱德K1DYD型,其组成部分包括丝杠、光栅尺、运动托盘与步进电机以及若干位移测量传感器等等。其中运动托盘是步进电机借助丝杠驱动的。传感器能够捕捉到运动托盘移动至特定的位置时引发的开关测量信号。光栅尺的功能是精确测出运动托盘移动的相关数据。此外,为了实现对于系统的全面掌控,还必须借助到晶体管输出式的S7-200P1C与步进电机驱动器等等。第三章运动控制与步进电动机3.1运动控制运动控制系统简介。运动控制器是一种涉及如何对运动物体位移和转速实施精确控制的关键技术,经典的运动控制

10、器一般由以下三个部分组成:运动控制器部分、驱动部分和机构部分。其中,运动过程的机构元件一般是步进电动机或伺服电机。由于步进电动机是一类可以把电脉冲变换为角位移的机械机构,其好处是不会积累误差,所以普遍用作各类开环控制系统。如果步进驱动器接受到了某个脉动信息,它就将促使步进电动机按照按规定的方位转向某个恒定的角度,它的运转是以恒定步长进行的。能够根据控制脉动数量来调节角位移率,进而到达精确定位的目的;同样也能够根据调节脉冲频率来调节发电机运转的快慢和加转速,进而到达调速的目的。步进电动机的运转通常需要有一个电子设备加以控制驱动,而这个设备便是步进电动机驱动器,就是将控制器所产生的脉冲信号,加以放

11、大后而驱使步进电动机。步进电动机的工作速率和脉种信息的频数成正比,调节步进电动机脉冲信号的频数,就能够对电机速度准确调快;根据调节步进脉冲的总量,还能够对电器客户定位。因此,经典的步进电动机驱动系统大致上由以下三个模块组成:控制设备:包括单片机或者P1C;驱动器方式:将控制设备产生的脉动进行释放,并驱使步进电动机;步进电动机。（2）常用术语。1）步进角:输入1个电脉冲信号对应于转子运动的角。它的值会关系到电机的工作的可靠性。2）整步:这是最主要的传动机制之一，一个脉冲可以让电机运动过一个步矩角的角度。举例说明:标准两相电机的一周包括两百个基本步矩角，那么，在这种传动机制下，一个脉冲让电机扫过1

12、.8度的角度。3）半步:这种传动机制可以在单相激磁的过程中，电机的转轴停留于整步位置，当驱动设备接收下一个脉冲以后，如果对另一相激磁同时让原相持续处于激磁形态，那么电机的转轴就会扫过步矩角的一半，运动到2个相邻的整步位置的中间位置。这样就能够让双相线圈先单相再双相激磁，让电机在一个脉冲对应于半个基本步矩角的机制下工作。4）细分:这种传动机制的含义是设备工作时的真正的步矩角为基本步矩角的若干分之一。举例说明：驱动器在十细分的机制下运行时，步矩角只有设备本来的步矩角的十分之一，这意味着如果设备在整步机制下工作的过程中，只要控制设备发出一个脉冲，设备就扫过1.8度，但如果细分司动器在十细分的机制下运

13、行，设备就只扫过0.18度。细分的机制来源于驱动设备根据精度控制电动机的相电流，和电机本身并没有关联。5）保持转矩:指在步进电机接通电源但未启动的状态下，定了锁定转子的力矩。这是步进电机最基本的一个指标，一般情况下，电机在慢速运行的过程中，力矩逐渐靠近后维持在转矩，因为电机的输出转矩和速度成负相关的关系，同时输出功率也会受到速度改变的影响，因此维持力矩是步进电机的最关键的一个指标。举例说明:通常我们所说的两牛米的步进电机，就是在无特殊原因的前提下能够把转矩维持在两牛米的电机。6）制动转矩：指当步进电机未通电时，定子锁定转子的力矩。在中国无统一的翻译机制，因此很可能出现误解。7）启动矩频特性:在

14、驱动已经确定下来，同时负载的转动惯量固定时，启动频率和负载转矩的联系，也叫做牵入特性。8）运行距频特性:当负载的转动惯量固定时，工作频率和负载转矩的联系，也叫做牵出特性。9）空载启动频率:指步进电机可以保障无失步情况出现的脉冲频率的最大值。IC）静态相电流:电机保持静止时一相绕组可以允许的电流的最大值，也就是额定电流。3.2步进电动机步进电动机的选型步进电动机的选择原则主要包括：1）首先为驱动器所对应最大电流强度。在分析驱动能力时，可采用额定电流的值来进行衡量,它也是选用驱动的最主要技术指标之一。通常驱动的额定容量要略大于同步机电动机的额定电流,驱动最大电流-.般有20、35、60和80A。2

15、）其次则是驱动器所对应的供电电压最高值。在对驱动最高升速的工作能力进行分析评价时，可以采用供电电压来作为主要指标,一般情况下，其范围包括了下述：22OV（交流）、I1oV（交流）、80V（直流）、60V（直流）、40V（直流）以及24V（直流）。3）此外还有驱动器种类。在进行准确度监控方面，常常采用细化面积作为其所需指标,主要是由于该指标增加可使准确度得以增大。在步进电机当中，通常会存在着较为明显的高低频振动的相关特征,如果驱动电机需工作于高低频的共振区当中,则可以采用分类驱动的模式。此外,对比于不分类的情况，分类的输出扭矩将会得以提高。（2）步进电动机驱动器。木例中使用的二相混合步进电机所采

16、用的是细分驱动的YKA2404MC型号驱动器,具体见本文的图6-15。主要特性包括：1）低噪声、平顺性极佳。2）效率高、低售价。3）采用八分之十二挡等角度的恒力矩细分,最大二百细分,使转速更加均匀,分辨率提高。4）所用的控制电路较为特殊,从而实现了良好的降噪效果,促进转动过程平稳性的提升。5）具有200kpps的反应频率最高值。6）如果步进脉冲超过Ie）OmS,则线圈当中的电压值会减小05从而能够避免出现发电机过度过热的问题。7）采用的是双极恒流斩波的工作模式,由此可进行更大的功率及转动速度的输出。8）采用先进的人/机输出方式。9）其驱动电流具体为0.1安4.0安/相,而且是可调的，具有高度的连续性。10）对不超过4.0安培的相电流二相电机进行有效的调节。其所用的是单电输入的方式,而且电流是从直流12伏到40伏的范围。可有效地进行出错保护,此外还具有电压过低、过