1、第第5講講 PLC與步進電機的運動控制與步進電機的運動控制 一、運動小車裝置介紹一、運動小車裝置介紹二、運動控制與步進電機二、運動控制與步進電機 三、光柵尺三、光柵尺四、基于四、基于PLC與步進電機的小車自動往返控制與步進電機的小車自動往返控制五、基于五、基于PLC與步進電機的位置閉環控制與步進電機的位置閉環控制一、運動小車裝置介紹一、運動小車裝置介紹二、運動控制與步進電機二、運動控制與步進電機 1、運動控制、運動控制 （1）運動控制系統簡介 運動控制系統是一門有關如何對物體位置和速度進行精密控制的技術，典型的運動控制系統由三部分組成：控制部分、驅動部分和執行部分。 步進電機的運行要有一電子裝

2、置進行驅動，這種裝置就是步進電機驅動器，它是把控制系統發出的脈沖信號，加以放大以驅動步進電機。步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比，控制步進電機脈沖信號的頻率，可以對電機精確調速；控制步進脈沖的個數，可以對電機精確定位。 （2）常用術語 步進角：每輸入一個電脈沖信號時轉子轉過的角度稱為步進角。步進角的大小可直接影響電機的運行精度。 整步：最基本的驅動方式，這種驅動方式的每個脈沖使電機移動一個基本步矩角。例如：標準兩相電機的一圈共有200個步矩角，則整步驅動方式下，每個脈沖使電機移動1.8。 半步：在單相激磁時，電機轉軸停至整步位置上，驅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處在激

3、磁狀態，則電機轉軸將移動半個基本步矩角，停在相鄰兩個整步位置的中間。如此循環地對兩相線圈進行單相然后兩相激磁，步進電機將以每個脈沖半個基本步矩角的方式轉動。 細分細分：細分就是指電機運行時的實際步矩角是基本步矩角的幾分之一。如：驅動器工作在10細分狀態時，其步矩角只為電機固有步矩角的十分之一，也就是說：當驅動器工作在不細分的整步狀態時，控制系統每發一個步進脈沖，電機轉動1.8，而用細分驅動器工作在10細分狀態時，電機只轉動了0.18。細分功能完全是由驅動器靠精度控制電機的相電流所產生的，與電機無關。2、步進電機、步進電機 （1）步進電機的選型 a、驅動器的電流。電流是判斷驅動器能力大小的依據，

4、是選擇驅動器的重要指標之一，通常驅動器的最大額定電流要略大于電機的額定電流，通常驅動器有2.0、35、6.0和8.0A。 b、驅動器的供電電壓。供電電壓是判斷驅動器升速能力的標志，常規電壓供給有24V（DC）、40V（DC）、60V（DC）、80V（DC）、110V（AC）、220V（AC）等。 c、驅動器的細分。細分是控制精度的標志，通過增大細分能改善精度。步進電機都有低頻振蕩的特點，如果電機需要工作在低頻共振區工作，細分驅動器是很好的選擇。此外，細分和不細分相比，輸出轉矩對各種電機都有不同程度的提升。（2）步進電機驅動器本系統中采用兩相混合式步進電機驅動器 YKA2404MC 細分驅動器，

5、其外形如圖所示。 （3）步進電機驅動器的端子與接線（4）步進電機驅動器的細分設定YKA2404MC步進電機驅動器共有6個細分設定開關。 三、光柵尺三、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對該高速脈沖進行高速計數即可實現位移的檢測。 KA-300光柵尺的參數，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相每發出一個脈沖，A相或B相就發出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

6、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按如圖進行連接。 四、基于四、基于PLC與步進電機的小車自動往返控制與步進電機的小車自動往返控制項目一：步進電機正反轉控制項目一：步進電機正反轉控制 用S7-200 PLC控制步進電機正轉與反轉。把步進電機驅動器的D2設置為OFF，即PU為步進脈沖信號，DR為方向控制信號。PLC的Q0.0輸出高速脈沖至步進電機驅動器的PU端，Q0.1控制步進電機反轉。對應小車的運行各輸出點分配如下：正轉啟動，I0.0；反轉啟動，I0.1；向左運行，Q0.0發脈沖，Q0.1為OFF；向右運行，Q0.0發脈沖，Q0.1為ON；停止，Q0.0停止發脈

7、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。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，小車自動停止。 I/O分配如表示。設Q0.1為OFF時小車往左運行，為ON時小車往右運行。五、基于五、基于PLC與步進電機的位置閉環控制與步進電機的位置閉環控制 用PLC的Q0.0向步進電機發出高速脈沖串，步進電機驅動器驅動步進電機帶動小車運行。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、右限位開關和原點開關，從原點至右行程限位開關距離小于光柵尺的測量距離。編程實現以下功能：（1）按下回原點按鈕，小

8、車運行至原點后停止，此時小車所處的位置坐標為0。系統啟動運行時，首先必須找一次原點位置。（2）當小車碰到左限位或右限位開關動作時，小車應立即停止。 （3）設定A位置對應坐標值。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束。運行過程中若按停止按鈕則小車立即停止，運行過程結束。 （4）用光柵尺來檢測小車位移。 （5）設小車的有效運行軌道為200mm，原點位置坐標為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相正交高速計數器對光柵尺的A、B相輸出脈沖進行高速計數。對高速計數器選擇4X計數速率。則高速計數器從0計數到10 000個脈沖對應的位移變化為50mm，所以1mm對應的脈沖數為200個。若設定A位置的坐標值為60mm，則對應的高速計數器的當前值為12 000。 設A點位置通過元件VD0設定，數據范圍為0200mm。按下啟動按鈕，比較小車當前所在位置和A點位置坐標，若小車當前所在位置大于A點位置坐標，則控制小車向右運行，運行到兩個位置值相等時產生一個中斷，使小車立即停止。若小車當前所在位