电气控制与PLC 实验七 步进电机的控制.docVIP

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实验七 步进电机的控制

一、实验目的

掌握步进电机的PLC控制方法。

二、实验器材

1、PC机一台

2、PLC实验箱一台

3、电机控制模块

4、编程电缆一根

5、导线若干

三、实验原理

使用PLC控制四相步进电机按不同模式运行。

1、三相反应式步进电机的工作原理（实验报告中不写这一部分）

步进电也称为脉冲电机，它可以直接接收来自计算机的数字脉冲，使电机旋转过相应的角度。步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一，在要求快速启停，精确定位的场合做为执行部件，得到了广泛采用。例如在机械装置中可以用丝杆把角度变为直线位移，也可以用步进电机带动螺旋电位器，调节电压或电流，从而实现对执行机械的控制。步进电机由数字信号驱动，不必进行数模转换，用起来非常方便。因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。

步进电机有如下特点：给步进脉冲电机就转，不给步进脉冲电机就不转；步进脉冲的频率越高，步进电机转得越快；改变各相的通电方式，可以改变电机的运行方式；改变通电顺序，可以控制电机的正、反转。

步进电机实际是一个数字/角度转换器，三相步进电机的结构原理如图2－13(a)所示。

图2－13(a)三相步进电机的结构示意图

从图中可以看出，电机的定子上有六个等分的磁极，A、A′、B、B′、C、C′，相邻的两个磁极之间夹角为60°，相对的两个磁极组成一组（A－A′、B－B′、C－C′）当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成N级和S级，每个磁极上各有五个均匀分布的矩形小齿，电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布在圆周上，相邻两个齿之间夹角为9°。

(1)当某一相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子转动一定的角度，使转子和定子的齿相互对齐。由此可见，错齿是促使步进电机旋转的原因。

例如在三相三拍控制方式中，若A相通电，B、C相都不通电，在磁场作用下使转子齿和A相的定子齿对齐，我们以此作为初始状态。设与A相磁极中心线对齐的转子的齿为0号齿，由于B相磁极与A相磁极相关120°不是9°的整数倍（120÷9＝13），所以此时转子齿没有与B相定子的齿对应，只是第13号小齿靠近B相磁极的中心线，与中心线相差3°，如果此时突然变为B相通电，A、C不通电，则B相磁极迫使13号转子齿与之对齐，转子就转动3°，这样使电机转了一步。如果按照A→AB→B→BC→C→CA→A次序通电为正转。常用三相六拍环形脉冲分配器产生步进脉冲。

(2)运转速度的控制。从图2－13(b)中可以看出，当改变CP脉冲的周期时，ABC三相绕组高低电平的宽度将发生变化，这就导致通电和断电的变化的速率发生了变化，使电机转速改变，所以调节CP脉冲的周期就可以控制步进电机的运转速度。

图2－13(b)三相六拍环形脉冲分配器

(3)旋转的角度控制。因为每输入一个CP脉冲使步进电机三相绕组状态变化一次，并相应地旋转一个角度，所以步进电机旋转的角度由输入的CP脉冲数确定。

2、四相步进电机的工作方式（实验报告中要写这一部分）：

控制模块中的步进电机为四相步进电机，电机的四相线圈分别用A、B、C、D表示，公共端已接地。共有3种工作方式：

单（相）四拍工作方式：其电机控制绕组A、B、C、D相的正转通电顺序为：

A?B?C?D?A；

反转通电顺序为：

A?D?C?B?A。

双四拍工作方式：正转的绕组通电顺序为：

AB?BC?CD?DA?AB；

反向的通电顺序为：

AB?AD?DC?CB?BA。

单双八拍工作方式：正转的绕组通电顺序为：

A?AB?B?BC?C?CD?D?DA?A；

反向的通电顺序为：

A?AD?D?DC?C?CB?B?BA?A。

即：通过改变通电顺序改变电机的转向；通过改变脉冲周期/频率来改变电机转速；通过改变脉冲数目决定电机转过的角度。

四、实验要求与步骤

1、确定IO分配表，按下表接线。

输入

输出

主机

实验模块

注释

主机

实验模块

注释

X2

启动按钮

启动

Y0

A

步进电机A相

X3

停止按钮

停止

Y1

B

步进电机B相

X1

正转按钮

正转

Y2

C

步进电机C相

X0

反转按钮

反转

Y3

D

步进电机D相

X4

快速按钮

快速

X5

慢速按钮

慢速

COM1

24V

COM

COM

开关公共端

*注：主机输入公共端COM与输入开关公共端COM直接连接。

2、设计程序，要求能实现步进电机的单四拍运行，调试程序，无误后下载至PLC主机的存储器中，运行并程序记录。

3、设计程序，要求能实现步进电机的双四拍运行，并能控制步进电机的正反转和停止。调试程序，无误后下载至PLC主机的存储器中，运行并记录程序。

（4）设计程序，要求能实现步进电机的单双八拍运行。调试程序，无误后下载至PLC主机的存储器中，运行并记录程序。