2.1-步進電機控制技術(shù)綜合實驗ppt課件

1、步進電機控制技術(shù)綜合實驗步進電機控制技術(shù)綜合實驗實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康牧私獠竭M電機的工作原理和基本控制原理。掌握用PLC控制步進電機硬件連線和梯形圖編程方法；掌握MPC07運動控制卡對步進電機的控制及其工作原理熟練使用VB進行運動軌跡的編程通過本實驗提高學(xué)生對自動化控制的熟悉和了解,鍛煉學(xué)生的動手和實踐能力實驗器材和設(shè)備實驗器材和設(shè)備PLC模塊計算機 一臺EM-300型步進電動機控制系統(tǒng) 一臺一維工作臺(帶步進電機 =1.8) 一臺MPC07演示軟件PLC應(yīng)用板(omron SYSMAC CPM2A) 一塊步進電機驅(qū)動器 一塊霍爾傳感器 一個多功能電源板 一塊導(dǎo)線 若干實驗要求實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)以下工

2、作循環(huán)過程(全自動單周期)如下圖：行程快進工進快退速度實現(xiàn)工作臺斷電后通電自動復(fù)位功能，即任意位置能夠自動返回到零位。利用行程開關(guān)實現(xiàn)極限位置保護功能即滑塊觸到極位開關(guān)就停止運行）行程快進工進快退速度實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 步進電機是一種電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的機電執(zhí)行元件。當(dāng)有脈沖信號輸入時，步進惦記就一步一步的轉(zhuǎn)動，每個輸入脈沖對應(yīng)電機的一個固定轉(zhuǎn)角，故稱為步進電機。步進電機屬于同步電機，多數(shù)情況用做伺服電機，且控制簡單，工作可靠，能夠得到較高的精度。它是唯一能夠以開環(huán)結(jié)構(gòu)用于數(shù)控機床的伺服電動機。步進電機按其勵磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相等；按其工作原理可分為反應(yīng)式、永磁

3、式合混合式三大類。一、步進電機概述一、步進電機概述實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 步進電機是一種電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的機電執(zhí)行元件。當(dāng)有脈沖信號輸入時，步進惦記就一步一步的轉(zhuǎn)動，每個輸入脈沖對應(yīng)電機的一個固定轉(zhuǎn)角，故稱為步進電機。步進電機屬于同步電機，多數(shù)情況用做伺服電機，且控制簡單，工作可靠，能夠得到較高的精度。它是唯一能夠以開環(huán)結(jié)構(gòu)用于數(shù)控機床的伺服電動機。步進電機按其勵磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相等；按其工作原理可分為反應(yīng)式、永磁式合混合式三大類。一、步進電機概述一、步進電機概述實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 3、步進電機的基本特點：步進電機受點脈沖信號的控制。每輸入以各脈沖信號

4、，就變換以磁繞組的通電狀態(tài)，電機就相應(yīng)的轉(zhuǎn)動以步，因此電機的總回轉(zhuǎn)角合輸入脈沖個數(shù)嚴(yán)格成正比關(guān)系，電機的轉(zhuǎn)速則正比于脈沖的輸入頻率。改變步進電機的定子繞組的通電順序，可以獲得所需要的轉(zhuǎn)向。改變輸入脈沖頻率，則可以得到所需要的轉(zhuǎn)速但是不能夠超出極限頻率）。當(dāng)步進電機脈沖輸入停止時，只要維持繞組的激勵電流不變，電機保持在原固定位置上，因此可以獲得較高的定位精度，不需要安裝機械制動裝置從而達(dá)到精確制動。誤差不長期積累，轉(zhuǎn)角精度高。由于每轉(zhuǎn)過360后，轉(zhuǎn)子的累積誤差為零，轉(zhuǎn)角精度較高。反映時間快。 缺點：效率低、沒有過載能力。一、步進電機概述一、步進電機概述實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 4、步距角的大

5、小和通電方式、轉(zhuǎn)子齒數(shù)、定子勵磁繞組的相數(shù)的關(guān)系：（本實驗 =1.8） =360/mZKm步進電機的相數(shù)；Z轉(zhuǎn)子齒數(shù)；K通電方式系數(shù)。相鄰兩次通電，相的數(shù)目相同K=1；相鄰兩次通電，相的數(shù)目不同K=2。一、步進電機概述一、步進電機概述實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： MPC07主要適用于點位運動控制系統(tǒng)。MPC07控制卡是基于PC機PCI總線的步進電機或數(shù)字式伺服電機的上位控制單元，它與PC機構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)：PC機負(fù)責(zé)人機交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控等方面的工作例如鍵盤和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、控制指令的發(fā)送、外部信號的監(jiān)控等等）；MPC07卡完成運動控制的所有細(xì)節(jié)包括脈沖和方向信號

6、的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等）。每塊MPC07卡可控制4軸步進電機或數(shù)字式伺服電機，并支持多卡共用，以實現(xiàn)多于四個運動軸的控制；每軸均可輸出脈沖和方向信號，以控制電機的運轉(zhuǎn)；同時，可外接原點、減速、限位等開關(guān)信號，以實現(xiàn)回原點、保護等功能，這些開關(guān)信號由MPC07卡自動檢測并作出反應(yīng)。另外，MPC07卡提供了的通用I/O接口，用于開關(guān)量控制。二、二、 MPC07運動控制卡的軟硬件運動控制卡的軟硬件實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 4. MPC07卡采用先進的控制芯片，具有梯形升降速曲線，最高輸出頻率可達(dá)4.0MHz，有編碼器反饋端口，主要適用于步進電機控制系統(tǒng)，也可用于有編

7、碼器反饋的數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。5 MPC07配備了功能強大、內(nèi)容豐富的Windows驅(qū)動程序、DLL函數(shù)庫及示例程序。MPC07在插補算法和運動函數(shù)的執(zhí)行效率方面采用了更有效的方法，提高了插補精度、插補速度和實時性。利用MPC07的示例程序既可以很快地熟悉MPC07控制卡的軟、硬件功能，又可以方便快捷地測試執(zhí)行電機及驅(qū)動系統(tǒng)在完成各種運動時的性能特性。MPC07運動函數(shù)庫用于二次開發(fā)，用戶只要用VC或Visual Basic等支持Windows 標(biāo)準(zhǔn)32位動態(tài)鏈接庫DLL調(diào)用的開發(fā)工具編制所需的用戶界面程序，并把它與MPC07運動庫鏈接起來，就可以開發(fā)出自己的控制系統(tǒng)，例如：數(shù)控系統(tǒng)、檢測設(shè)備

8、、自動生產(chǎn)線等。MPC07的運動函數(shù)庫能夠完成與運動控制有關(guān)的復(fù)雜細(xì)節(jié)比如：升降速、直線插補等），這樣就可以大大縮短控制系統(tǒng)的開發(fā)周期。二、二、 MPC07運動控制卡的軟硬件運動控制卡的軟硬件實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 使用該模塊時注意以下事項：在供電時不要撤卸任何單元，這樣可能導(dǎo)致電擊；供電時不要觸及任一端子或端子板，這樣可能導(dǎo)致電擊；在傳送程序給其它節(jié)點時，或在對I/O存儲器進行改變時，在傳送前要確認(rèn)目的節(jié)點的安全；連結(jié)導(dǎo)線時一定要按要求進行，否則造成不必要的元件燒壞。三、可編程控制器的概述三、可編程控制器的概述 可編程控制器是在繼電器控制和計算機控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型工業(yè)自動控制裝置

9、。因而，PLC實際上就是一種工業(yè)控制微機，因而它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機控制系統(tǒng)相似，其主體由微處理器CPU）、存儲器、輸入模塊、輸出模塊、電源及編程器組件構(gòu)成。本實驗所用的PLC是omron公司的CPM2A系統(tǒng)。實驗儀器簡介：實驗儀器簡介： 三、可編程控制器的概述三、可編程控制器的概述l本實驗主要利用PLC的特殊功能脈沖輸出控制對步進電機進行控制，因此在實驗前必須對歐姆龍PLC的CPM2A的脈沖輸出控制功能的編程知識進行預(yù)習(xí)。l本實驗分為二部分內(nèi)容：1、通過操作可編程控制器對步進電機及一維工作臺進行編程控制。2、通過對MPC07運動控制卡進行二次開發(fā)VB編程實現(xiàn)對一維工作臺的編程控制。實驗步驟及

10、內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 熟悉PLC實驗?zāi)K、多功能實驗?zāi)K、滑塊和霍爾傳感器,掌握其正確使用方法;（注意PLC實驗?zāi)K的端口設(shè)置）讀懂所給程序,理解程序中用的各指令的功能和在程序中具體的作用,具體指令用法如下:MOV(21) S D當(dāng)執(zhí)行條件位ON時,將數(shù)據(jù)S傳送到通道D中. MOV/MOV(傳送指令)一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 當(dāng)復(fù)位端R位OFF時,再SP端的每個移位脈沖的上升沿時到E通道中的所有數(shù)據(jù)按位依次左移一位.E通道中數(shù)據(jù)的最高位溢出丟失,St通道中的最底位則移進IN端的數(shù)據(jù);SP端沒有移位脈沖則不移位;當(dāng)復(fù)位打R為ON時,St到E

11、所有通道均復(fù)位位零,且移位指令不執(zhí)行.SFT(10) St EINSPRSFT(移位寄存器指令)一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 P端口定義 C控制數(shù)據(jù) （00-相對脈沖，000-相對脈沖） N脈沖數(shù)。設(shè)置脈沖指令PULS65） PULS(65) P C N一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 當(dāng)執(zhí)行條件為ON時，定時器進入工作狀態(tài)，而當(dāng)執(zhí)行條件OFF時，定時器復(fù)位，恢復(fù)到SV設(shè)定值。 TIM定時器TIM SV一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 P端口定義； M輸出模式 ； （ 000-獨立模式 001-絕對模式）F目標(biāo)頻率。速度輸出指令S

12、PED64）SPED(64) P M F一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 P、C意義同上，P1：PV首字。 模式控制INI61）INI61） P C P1一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 3、按所給圖紙正確的連接各實驗?zāi)０迳系慕涌?，結(jié)、按所給圖紙正確的連接各實驗?zāi)０迳系慕涌冢Y(jié)好后并檢查接線是否準(zhǔn)確無誤。好后并檢查接線是否準(zhǔn)確無誤。4、完成以上工作后，編寫、完成以上工作后，編寫PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)一維工作控制程序?qū)崿F(xiàn)一維工作臺的快進、工進、快退。并觀察滑臺的運動規(guī)律；臺的快進、工進、快退。并觀察滑臺的運動規(guī)律；一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟

13、及內(nèi)容 控制程序參數(shù)表：運動過程 頻率 脈沖數(shù) 行程快進工進快退一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 運動次數(shù)零位到終點距離（mm） 誤差=|L- L總|/ L總*100% 1L1= 2L2= 3L3= 4L4=5、完成以上操作后，整理實驗臺，并記錄整理數(shù)據(jù)。、完成以上操作后，整理實驗臺，并記錄整理數(shù)據(jù)。一）、PLC步進電機控制實驗步驟及內(nèi)容實驗步驟及內(nèi)容 二）、MPC07運動控制卡控制步進電機連接EM-300型步進電動機控制系統(tǒng)與一維工作臺，根據(jù)MPC07運動控制卡操作手冊，熟練使用DEMO軟件的控制界面對一維工作臺的運動進行控制。根據(jù)預(yù)習(xí)題1的內(nèi)容，編制運動控制程序。經(jīng)指導(dǎo)

14、老師檢查同意后，接通EM-300型步進電動機控制系統(tǒng)電源，開始實驗，調(diào)試程序并運行系統(tǒng)。結(jié)束實驗后，關(guān)閉EM-300型步進電動機控制系統(tǒng)電源，將實驗儀器設(shè)備歸位。思考題思考題本實驗步進電機每輸入一個脈沖，滑臺前進多少或后退多少？（即脈沖當(dāng)量是多少？）分析造成滑臺的運動誤差的原因有那些？可以用那些措施來減少實驗誤差？通過本次實驗，你對在實際中選擇運動控制器的意義有何認(rèn)識？你對本實驗有何心得體會？敘述運動控制程序的調(diào)試過程VB編程）?？焱诉^程中，快退的行程是靠什么來控制的？事實上該控制可以近似步進電機多少個脈沖輸入控制？霍爾傳感器在本實驗中的作用是什么？分析在滑塊剛起步時、走到終點和返回到起點時，

15、都有一個緩沖現(xiàn)象。（提示：從PLC試驗?zāi)K進行分析）在執(zhí)行完第一個周期后，再次執(zhí)行第二個周期啟動時有一個明顯的延遲或者起動死區(qū)），試分析其原因和對誤差有什么影響？試分析解決方法。預(yù)習(xí)要求、報告要求預(yù)習(xí)要求、報告要求預(yù)習(xí)要求預(yù)習(xí)要求預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)MPC07運動控制卡操作手冊中的有關(guān)內(nèi)容：運動控制卡操作手冊中的有關(guān)內(nèi)容：運動控制系統(tǒng)的開發(fā)運動控制系統(tǒng)的開發(fā)函數(shù)描述函數(shù)描述常見問題及解決方法常見問題及解決方法函數(shù)索引函數(shù)索引預(yù)習(xí)可編程控制器的編程手冊脈沖輸出控制相關(guān)知識。預(yù)習(xí)可編程控制器的編程手冊脈沖輸出控制相關(guān)知識。參考參考MPC07運動控制卡操作手冊運動控制卡操作手冊P41中的有關(guān)內(nèi)容，設(shè)計一個運動過

16、程，在中的有關(guān)內(nèi)容，設(shè)計一個運動過程，在VB環(huán)境下編寫完成該運動過程的程序代碼。環(huán)境下編寫完成該運動過程的程序代碼。參考可編程步進電機控制器的編程及使用說明書，設(shè)計一維工作臺往復(fù)運動參考可編程步進電機控制器的編程及使用說明書，設(shè)計一維工作臺往復(fù)運動的控制程序，運動距離、速度，重復(fù)次數(shù)等參數(shù)請同學(xué)們自己選擇，的控制程序，運動距離、速度，重復(fù)次數(shù)等參數(shù)請同學(xué)們自己選擇，同時要求使用傳感器作為限位控制。同時要求使用傳感器作為限位控制。報告要求：報告要求：通過對通過對MPC07運動控制卡進行二次開發(fā)，請?zhí)峤徽{(diào)試完畢，并可實際運行的運動控制卡進行二次開發(fā)，請?zhí)峤徽{(diào)試完畢，并可實際運行的程序代碼。程序代碼。通過對通過對PLC步