電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試-模塊三-基于PLC和觸摸屏的步進電機控制設計課件

模塊三基于PLC和觸摸屏的步進電機控制設計

本章主要介紹步進電機的工作原理、步進驅(qū)動器的接線、細分設置、步進電機PLC控制指令、傳感器的信號處理等等。通過PLC編程，實現(xiàn)PLC、觸摸屏與步進電機的綜合控制。學習目標：

1.了解步進電機的工作原理2.掌握步進電機及步進驅(qū)動器的接線3.掌握步進電機正反轉(zhuǎn)控制方法4.掌握步進電機的PLC控制程序編制5.掌握傳感器的安裝及接線6.掌握步進電機速度與位置的觸摸屏動畫顯示7.能夠用觸摸屏和PLC共同實現(xiàn)步進電機的控制模塊三基于PLC和觸摸屏的步進電機控制設計學習目標：01四個任務：

項目3.1步進電機與驅(qū)動器認知1項目3.2步進電機正反轉(zhuǎn)行程控制34項目3.4基于PLC、編碼器和觸摸屏的步進電機綜合控制項目3.3基于傳感器和觸摸屏的步進電機控制2/模塊三01四個任務：項目3.1步進電機與驅(qū)動器認知1項目3.202項目3.1步進電機與驅(qū)動器認知一、項目任務按下啟動按鈕，控制步進電機按照1000HZ頻率帶動滑塊往一個方向運行，按下停止按鈕，電機停轉(zhuǎn)。步進電機細分數(shù)為1000步/轉(zhuǎn)。二、項目準備步進電機、步進驅(qū)動器、三菱PLC、電腦/模塊一/項目3.102項目3.1步進電機與驅(qū)動器認知一、項目任務/模塊一/03三、項目分析1、步進電動機簡介

步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。/項目3.1（1）步進電動機的工作原理

03三、項目分析1、步進電動機簡介/項目3.1（1）步進電04三、項目分析（2）步進電機的使用，一是要注意正確的安裝，二是正確的接線。/項目3.11、步進電動機簡介04三、項目分析（2）步進電機的使用，一是要注意正確的安裝，05三、項目分析2、步進電動機的驅(qū)動裝置/項目3.105三、項目分析2、步進電動機的驅(qū)動裝置/項目3.106三、項目分析/項目3.12、步進電動機的驅(qū)動裝置驅(qū)動器的側(cè)面連接端子中間有一個紅色的八位DIP功能設定開關，可以用來設定驅(qū)動器的工作方式和工作參數(shù)，包括細分設置、靜態(tài)電流設置和運行電流設置。06三、項目分析/項目3.12、步進電動機的驅(qū)動裝置07三、項目分析3、脈沖輸出指令PLC高速脈沖輸出/項目3.1其中S1為指定頻率，范圍為2~20KHZ；S2指定產(chǎn)生脈沖量：16位指令1~32,767，32位指令1~2,147,483,647，該值為零時，對產(chǎn)生的脈沖不做限制。為16位指令，則S2為D0，若為32位指令時，則S2為D0與D1；D指定脈沖輸出的Y編號，僅限于Y000或Y001有效（注意使用晶體管型輸出方式）。07三、項目分析3、脈沖輸出指令/項目3.1其中S1為指定08三、項目分析4、輸入輸出分配/項目3.1表3-2輸入輸出分配表08三、項目分析4、輸入輸出分配/項目3.1表3-2輸入09三、項目分析5、接線圖/項目3.109三、項目分析5、接線圖/項目3.110/TheExecutives四、項目實施/項目3.1

1.根據(jù)電路圖連接線路2.編寫PLC程序3.下載并調(diào)試程序，按下啟動按鈕，觀察步進電機是否按照要求驅(qū)動工作臺前進，按下停止按鈕，觀察步進電機是否停止運行。10/TheExecutives四、項目實施/項目3.11項目3.2步進電機正反轉(zhuǎn)行程控制一、項目任務控制要求：按下正轉(zhuǎn)起動按鈕，步進電機按照1000HZ頻率正轉(zhuǎn)，驅(qū)動滑塊運行80MM后停止；按下反轉(zhuǎn)起動按鈕，步進電機按照1500HZ頻率反轉(zhuǎn)，驅(qū)動滑塊運行80MM后停止；運行期間按下停止按鈕可以立刻停轉(zhuǎn)。步進細分為1000ppr。二、項目準備步進電機、步進驅(qū)動器、三菱PLC、電腦/模塊一/項目3.211項目3.2步進電機正反轉(zhuǎn)行程控制一、項目任務/模塊一12三、項目分析1、位置控制指令/項目3.2⑴源操作數(shù)給出目標位置信息。對于相對位置控制指令，此操作數(shù)指定從當前位置到目標位置所需輸出的脈沖數(shù)（帶符號）；對于16位指令，此操作數(shù)的范圍為-32,768～+32,767，對于32位指令，范圍為-999,999～+999,999。⑵源操作數(shù)，目標操作數(shù)和。指定輸出脈沖頻率，對于16位指令，操作數(shù)的范圍為10～32,767(Hz)，對于32位指令，范圍為10～100(KHz)。指定脈沖輸出地址，指令僅能用于Y000、Y001。指定旋轉(zhuǎn)方向信號輸出地址。當輸出的脈沖數(shù)的為正時，此輸出為ON，而當輸出的脈沖數(shù)的為負時，此輸出OFF。相對位置控制指令12三、項目分析1、位置控制指令/項目3.2⑴源操作13三、項目分析2、滑塊運行距離控制步進電機為旋轉(zhuǎn)運動，而滑塊為直線運動，需要通過傳動機構來轉(zhuǎn)換，本單元用到的機械傳動機構為滾珠絲杠螺母副。步進電機驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動安裝在螺母上的滑塊呈直線運動。本項目絲杠的螺距為4MM，即絲杠旋轉(zhuǎn)1圈，螺母直線運動4MM，則滑塊移動80MM，絲杠需要旋轉(zhuǎn)80/4=20圈。步進細分設為1000ppr，于是所需脈沖數(shù)為20X1000=20000個。指令DRVI中的即設定為所得的脈沖數(shù)。/項目3.213三、項目分析2、滑塊運行距離控制/項目3.214三、項目分析3、輸入輸出分配/項目3.2表3-3輸入輸出分配表14三、項目分析3、輸入輸出分配/項目3.2表3-3輸入15三、項目分析4、接線圖/項目3.215三、項目分析4、接線圖/項目3.216/TheExecutives四、項目實施/項目3.2

1.根據(jù)電路圖連接線路2.編寫PLC程序3.下載并調(diào)試程序，按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕，觀察步進電機是否按照要求驅(qū)動滑塊前進固定距離后停止；按下反轉(zhuǎn)啟動按鈕，觀察步進電機是否按照要求驅(qū)動滑塊前進固定距離后停止。在運行中，按下停止按鈕，觀察步進電機是否能夠立即停止運行。16/TheExecutives四、項目實施/項目3.項目3.3基于傳感器和觸摸屏的步進電機控制一、項目任務控制要求：滑塊原點位置為接近開關1，步進細分為1000ppr。按下啟動按鈕，滑塊正向移動，接近開關檢測后自動切換：接近開關1至接近開關2之間以1000HZ的頻率轉(zhuǎn)動，接近開關2至接近開關3之間以1500HZ的頻率轉(zhuǎn)動。反向移動：當接近開關3檢測到信號后切換為反向移動，接近開關3至接近開關2之間以1500HZ的頻率轉(zhuǎn)動，接近開關2至接近開關1之間以1000HZ頻率轉(zhuǎn)動，接近開關1檢測到后停止運行。觸摸屏設計啟動按鈕和急停按鈕，按下啟動按鈕步進電機啟動，執(zhí)行完余下動作以后停止，按下急停按鈕不管電機處于什么位置都立即停止。觸摸屏上能夠顯示電機運行的頻率值及運行方向。/模塊一/項目3.317項目3.3基于傳感器和觸摸屏的步進電機控制一、項目任務/18三、項目分析

1.認知有關傳感器（接近開關）

YL-158GA中所使用的傳感器都是接近傳感器，它利用傳感器對所接近的物體具有的敏感特性來識別物體的接近，并輸出相應開關信號，因此，接近傳感器通常也稱為接近開關。本單元中，為了檢測滑塊的位置，在滑塊上方安裝了圓柱型電感式傳感器。/項目3.318三、項目分析1.認知有關傳感器（接近開關）/項目3.19三、項目分析1.認知有關傳感器（接近開關）

在接近開關的選用和安裝中，必須認真考慮檢測距離、設定距離，保證生產(chǎn)線上的傳感器可靠動作。安裝距離注意說明如圖3-13所示。/項目3.3接近開關在使用時，注意接線要求：NPN型傳感器，PLC的S-S端接24V。黑色：信號線，接PLC的輸入端。棕色為24V電源，藍色為0V，接線圖如下圖所示。19三、項目分析1.認知有關傳感器（接近開關）/項目3.20三、項目分析2.輸入輸出分配/項目3.3表3-4輸入輸出分配表20三、項目分析2.輸入輸出分配/項目3.3表3-4輸入21三、項目分析3.接線圖/項目3.321三、項目分析3.接線圖/項目3.322/TheExecutives四、項目實施/項目3.31.根據(jù)電路圖連接線路2.編寫PLC程序3.設計觸摸屏界面4.下載并調(diào)試程序，按下觸摸屏上的啟動按鈕，觀察步進電機是否按照要求驅(qū)動滑塊前進；并觀察在接近開關處是否按要求變速運行。在運行中，按下急停按鈕，觀察步進電機是否能夠立即停止運行。22/TheExecutives四、項目實施/項目3.23項目3.4基于PLC、編碼器和觸摸屏的步進電機綜合控制一、項目任務158GA裝置有步進控制單元及滑塊往返運動機械機構?，F(xiàn)需實現(xiàn)：（1）滑塊初始位置在右側(cè)原點接近開關處。（2）按下啟動按鈕滑塊立即向左運動(指示燈亮)，運行頻率通過觸摸屏上的輸入框輸入。（3）滑塊正向運行的實時相對距離通過觸摸屏畫面顯示。（4）當按下停止按鈕，滑塊停止運行。按下回原點按鈕，滑塊反向運行，以1000HZ頻率回到起始點停止（指示燈滅）。（5）啟動按鈕、停止按鈕、回原點按鈕都通過觸摸屏按鈕實現(xiàn)控制。二、項目準備步進電機、步進驅(qū)動器、三菱PLC、接近開關、MCGS觸摸屏、電腦/模塊一/項目3.423項目3.4基于PLC、編碼器和觸摸屏的步進電機綜合控制24三、項目分析1.旋轉(zhuǎn)編碼器概述/項目3.4圖3-17增量式編碼器結(jié)構示意圖24三、項目分析1.旋轉(zhuǎn)編碼器概述/項目3.4圖3-1725三、項目分析1.旋轉(zhuǎn)編碼器概述/項目3.4圖3-18旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖圖3-19增量式編碼器輸出的三組方波脈沖25三、項目分析1.旋轉(zhuǎn)編碼器概述/項目3.4圖3-1826三、項目分析1.旋轉(zhuǎn)編碼器概述本工作單元沒有使用Z相脈沖，A、B兩相輸出端直接連接到PLC的高速計數(shù)器輸入端。在對編碼器的A、B相輸出脈沖進行計數(shù)時，必須使用PLC內(nèi)容的高速計數(shù)器，根據(jù)接線及高速計數(shù)器的輸入點分配情況，可以選擇C251進行脈沖計數(shù)。/項目3.4圖3-20增量式編碼器接線示意圖表3-5高速計數(shù)器占用的輸入點26三、項目分析1.旋轉(zhuǎn)編碼器概述/項目3.4圖3-2027三、項目分析1.旋轉(zhuǎn)編碼器概述計算滑塊在絲杠上的位置時，需確定每兩個脈沖之間的距離即脈沖當量。本單元絲杠的螺距為4mm，故脈沖當量μ為μ=4/1000≈0.004mm。應該指出的是，上述脈沖當量的計算只是理論上的。實際上各種誤差因素不可避免，例如傳動誤差等等，都將影響理論計算值。須現(xiàn)場測試脈沖當量值。脈沖當量=移動距離/脈沖數(shù)。為減小測量誤差，可多測試幾次取平均值。/項目3.4表3-6脈沖當量計算表27三、項目分析1.旋轉(zhuǎn)編碼器概述/項目3.4表3-628三、項目分析2.輸入輸出分配/項目3.4表3-7輸入輸出分配表28三、項目分析2.輸入輸出分配/項目3.4表3-729三、項目分析3.接線圖/項目3.4

29三、項目分析3.接線圖/項目3.430/TheExecutives四、項目實施/項目3.41.根據(jù)電路圖連接線路2.編寫PLC程序3.設計觸摸屏界面4.下載并調(diào)試程序，按下觸摸屏上的啟動按鈕，觀察步進電機是否按照要求驅(qū)動滑塊前進；并觀察觸摸屏上的運行距離，是否按照要求變化。30/TheExecutives四、項目實施/項目3.模塊三基于PLC和觸摸屏的步進電機控制設計

本章主要介紹步進電機的工作原理、步進驅(qū)動器的接線、細分設置、步進電機PLC控制指令、傳感器的信號處理等等。通過PLC編程，實現(xiàn)PLC、觸摸屏與步進電機的綜合控制。學習目標：

1.了解步進電機的工作原理2.掌握步進電機及步進驅(qū)動器的接線3.掌握步進電機正反轉(zhuǎn)控制方法4.掌握步進電機的PLC控制程序編制5.掌握傳感器的安裝及接線6.掌握步進電機速度與位置的觸摸屏動畫顯示7.能夠用觸摸屏和PLC共同實現(xiàn)步進電機的控制模塊三基于PLC和觸摸屏的步進電機控制設計學習目標：01四個任務：

項目3.1步進電機與驅(qū)動器認知1項目3.2步進電機正反轉(zhuǎn)行程控制34項目3.4基于PLC、編碼器和觸摸屏的步進電機綜合控制項目3.3基于傳感器和觸摸屏的步進電機控制2/模塊三01四個任務：項目3.1步進電機與驅(qū)動器認知1項目3.202項目3.1步進電機與驅(qū)動器認知一、項目任務按下啟動按鈕，控制步進電機按照1000HZ頻率帶動滑塊往一個方向運行，按下停止按鈕，電機停轉(zhuǎn)。步進電機細分數(shù)為1000步/轉(zhuǎn)。二、項目準備步進電機、步進驅(qū)動器、三菱PLC、電腦/模塊一/項目3.102項目3.1步進電機與驅(qū)動器認知一、項目任務/模塊一/03三、項目分析1、步進電動機簡介

步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。/項目3.1（1）步進電動機的工作原理

03三、項目分析1、步進電動機簡介/項目3.1（1）步進電04三、項目分析（2）步進電機的使用，一是要注意正確的安裝，二是正確的接線。/項目3.11、步進電動機簡介04三、項目分析（2）步進電機的使用，一是要注意正確的安裝，05三、項目分析2、步進電動機的驅(qū)動裝置/項目3.105三、項目分析2、步進電動機的驅(qū)動裝置/項目3.106三、項目分析/項目3.12、步進電動機的驅(qū)動裝置驅(qū)動器的側(cè)面連接端子中間有一個紅色的八位DIP功能設定開關，可以用來設定驅(qū)動器的工作方式和工作參數(shù)，包括細分設置、靜態(tài)電流設置和運行電流設置。06三、項目分析/項目3.12、步進電動機的驅(qū)動裝置07三、項目分析3、脈沖輸出指令PLC高速脈沖輸出/項目3.1其中S1為指定頻率，范圍為2~20KHZ；S2指定產(chǎn)生脈沖量：16位指令1~32,767，32位指令1~2,147,483,647，該值為零時，對產(chǎn)生的脈沖不做限制。為16位指令，則S2為D0，若為32位指令時，則S2為D0與D1；D指定脈沖輸出的Y編號，僅限于Y000或Y001有效（注意使用晶體管型輸出方式）。07三、項目分析3、脈沖輸出指令/項目3.1其中S1為指定08三、項目分析4、輸入輸出分配/項目3.1表3-2輸入輸出分配表08三、項目分析4、輸入輸出分配/項目3.1表3-2輸入09三、項目分析5、接線圖/項目3.109三、項目分析5、接線圖/項目3.110/TheExecutives四、項目實施/項目3.1

1.根據(jù)電路圖連接線路2.編寫PLC程序3.下載并調(diào)試程序，按下啟動按鈕，觀察步進電機是否按照要求驅(qū)動工作臺前進，按下停止按鈕，觀察步進電機是否停止運行。10/TheExecutives四、項目實施/項目3.11項目3.2步進電機正反轉(zhuǎn)行程控制一、項目任務控制要求：按下正轉(zhuǎn)起動按鈕，步進電機按照1000HZ頻率正轉(zhuǎn)，驅(qū)動滑塊運行80MM后停止；按下反轉(zhuǎn)起動按鈕，步進電機按照1500HZ頻率反轉(zhuǎn)，驅(qū)動滑塊運行80MM后停止；運行期間按下停止按鈕可以立刻停轉(zhuǎn)。步進細分為1000ppr。二、項目準備步進電機、步進驅(qū)動器、三菱PLC、電腦/模塊一/項目3.211項目3.2步進電機正反轉(zhuǎn)行程控制一、項目任務/模塊一12三、項目分析1、位置控制指令/項目3.2⑴源操作數(shù)給出目標位置信息。對于相對位置控制指令，此操作數(shù)指定從當前位置到目標位置所需輸出的脈沖數(shù)（帶符號）；對于16位指令，此操作數(shù)的范圍為-32,768～+32,767，對于32位指令，范圍為-999,999～+999,999。⑵源操作數(shù)，目標操作數(shù)和。指定輸出脈沖頻率，對于16位指令，操作數(shù)的范圍為10～32,767(Hz)，對于32位指令，范圍為10～100(KHz)。指定脈沖輸出地址，指令僅能用于Y000、Y001。指定旋轉(zhuǎn)方向信號輸出地址。當輸出的脈沖數(shù)的為正時，此輸出為ON，而當輸出的脈沖數(shù)的為負時，此輸出OFF。相對位置控制指令12三、項目分析1、位置控制指令/項目3.2⑴源操作13三、項目分析2、滑塊運行距離控制步進電機為旋轉(zhuǎn)運動，而滑塊為直線運動，需要通過傳動機構來轉(zhuǎn)換，本單元用到的機械傳動機構為滾珠絲杠螺母副。步進電機驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動安裝在螺母上的滑塊呈直線運動。本項目絲杠的螺距為4MM，即絲杠旋轉(zhuǎn)1圈，螺母直線運動4MM，則滑塊移動80MM，絲杠需要旋轉(zhuǎn)80/4=20圈。步進細分設為1000ppr，于是所需脈沖數(shù)為20X1000=20000個。指令DRVI中的即設定為所得的脈沖數(shù)。/項目3.213三、項目分析2、滑塊運行距離控制/項目3.214三、項目分析3、輸入輸出分配/項目3.2表3-3輸入輸出分配表14三、項目分析3、輸入輸出分配/項目3.2表3-3輸入15三、項目分析4、接線圖/項目3.215三、項目分析4、接線圖/項目3.216/TheExecutives四、項目實施/項目3.2

1.根據(jù)電路圖連接線路2.編寫PLC程序3.下載并調(diào)試程序，按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕，觀察步進電機是否按照要求驅(qū)動滑塊前進固定距離后停止；按下反轉(zhuǎn)啟動按鈕，觀察步進電機是否按照要求驅(qū)動滑塊前進固定距離后停止。在運行中，按下停止按鈕，觀察步進電機是否能夠立即停止運行。16/TheExecutives四、項目實施/項目3.項目3.3基于傳感器和觸摸屏的步進電機控制一、項目任務控制要求：滑塊原點位置為接近開關1，步進細分為1000ppr。按下啟動按鈕，滑塊正向移動，接近開關檢測后自動切換：接近開關1至接近開關2之間以1000HZ的頻率轉(zhuǎn)動，接近開關2至接近開關3之間以1500HZ的頻率轉(zhuǎn)動。反向移動：當接近開關3檢測到信號后切換為反向移動，接近開關3至接近開關2之間以1500HZ的頻率轉(zhuǎn)動，接近開關2至接近開關1之間以1000HZ頻率轉(zhuǎn)動，接近開關1檢測到后停止運行。觸摸屏設計啟動按鈕和急停按鈕，按下啟動按鈕步進電機啟動，執(zhí)行完余下動作以后停止，按下急停按鈕不管電機處于什么位置都立即停止。觸摸屏上能夠顯示電機運行的頻率值及運行方向。/模塊一/項目3.317項目3.3基于傳感器和觸摸屏的步進電機控制一、項目任務/18三、項目分析

1.認知有關傳感器（接近開關）

YL-158GA中所使用的傳感器都是接近傳感器，它利用傳感器對所接近的物體具有的敏感特性來識別物體的接近，并輸出相應開關信號，因此，接近傳感器通常也稱為接近開關。本單元中，為了檢測滑塊的位置，在滑塊上方安裝了圓柱型電感式傳感器。/項目3.318三、項目分析1.認知有關傳感器（接近開關）/項目3.19三、項目分析1.認知有關傳感器（接近開關）

在接近開關的選用和安裝中，必須認真考慮檢測距離、設定距離，保證生產(chǎn)線上的傳感器可靠動作。安裝距離注意說明如圖3-13所示。/項目3.3接近開關在使用時，注意接線要求：NPN型傳感器，PLC的S-S端接24V。黑色：信號線，接PLC的輸入端。棕色為24V電源，藍色為0V，接線圖如下圖所示。19三、項目分析1.認知有關傳感器（接近開關）/項目3.20三、項目分析2.輸入輸出分配/項目3.3表3-4輸入輸出分配表20三、項目分析2.輸入輸出分配/項目3.3表3-4輸入21三、項目分析3.接線圖/項目3.321三、項目分析3.接線圖/項目3.322/TheExecutives四、項目實施/項目3.31.根據(jù)電路圖連接線路2.編寫PLC程序3.設計觸摸屏界面4.下載并調(diào)試程序，按下觸摸屏上的啟動按鈕，觀察步進電機是否按照要求驅(qū)動滑塊前進；并觀察在接近開關處是否按要求變速運行。在運行中，按下急停按鈕，觀察步進電機是否能夠立即停止運行。22/TheExecutives四、項目實施/項目3.23項目3.4基于PLC、編碼器和觸摸屏的步進電機綜合控制一、項目任務158GA裝置有步進控制單元及滑塊往返運動機械機構?，F(xiàn)需實現(xiàn)：（1）滑塊初始位置在右側(cè)原點接近開關處。（2）按下啟動按鈕滑塊立即向左運動(指示燈亮)，運行頻率通過觸摸屏上的輸入框輸入。（3）滑塊正向運行的實時相對距離通過觸摸屏畫面顯示。（4）當按下停止按鈕，滑塊停止運行。按下回原點按鈕，滑塊反向運行，以1000HZ頻率回到起始點停止（指示燈滅）。（5）啟動按鈕、停止按