拓展實訓(xùn)項目二-基于步進電機的伺服系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試

PAGE拓展實訓(xùn)項目二基于步進電機的伺服系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試實訓(xùn)目標一、項目理解本項目的工作任務(wù)是通過對步進電機進行控制來實現(xiàn)對加工工件的精確定位。學(xué)生接受工作任務(wù)后，應(yīng)仔細閱讀和理解，確認本項目的工作內(nèi)容和控制工藝。在教學(xué)過程中，學(xué)生以工作小組的方式接受任務(wù)，由此可鍛煉學(xué)員的資訊收集、項目組織、計劃制定、任務(wù)實施以及團隊合作的綜合能力。二、知識傳授本項目是在基于工作過程的情境教學(xué)環(huán)境下，給學(xué)員補充必要的核心知識，知識的傳授以必須夠用為基本原則，針對工作過程中教學(xué)的重點和難點進行必要的知識擴展。如三相步進電機及其驅(qū)動器的安裝和接線，PLC程序的在線調(diào)試，整個系統(tǒng)通電運行及調(diào)試。三、能力培養(yǎng)情境教學(xué)的優(yōu)點是對學(xué)員工作能力的一種綜合培養(yǎng)，可以完整地考核一個學(xué)員對項目的完成情況，教學(xué)過程中，不僅注重結(jié)果，更注重工作過程，本項目主要培養(yǎng)學(xué)員工作計劃制定、電氣識圖、設(shè)備安裝調(diào)試、工作過程的組織及團隊合作等綜合能力。工作任務(wù)書一、相關(guān)描述1.控制對象說明本項目是在產(chǎn)品工件加工臺定位單元上完成電氣系統(tǒng)的安裝、接線、PLC在線調(diào)試等任務(wù)。產(chǎn)品加工工件臺定位單元是一個典型的工業(yè)控制環(huán)節(jié)，廣泛應(yīng)用于機床加工，是情境教學(xué)的一個典型案例。工件加工臺定位單元結(jié)構(gòu)如圖1所示。2.控制工藝流程工件臺的起始位置位于SQ5，當按下啟動按鈕時，步進電機上電，等待系統(tǒng)將工件放至工件臺，2s（秒）后，步進電機以30mm/s的速度正向旋轉(zhuǎn)將工件臺帶動至SQ6點停車，（已知絲杠的螺距為4mm/r）等待工件的加工；5s后，步進電機以10mm/s的速度正向旋轉(zhuǎn)將工件臺帶動至SQ7點停車，等待系統(tǒng)將加工好的工件拿走；3s后，步進電機以50mm/s的速度反向旋轉(zhuǎn)到SQ5圖1工件加工臺定位單元結(jié)構(gòu)圖二、實訓(xùn)目的（1）掌握步進電機的安裝、接線方法。（2）掌握步進電機驅(qū)動器的接線與參數(shù)設(shè)置方法。（3）掌握PLC的安裝與接線方法。（4）掌握編碼器的接線與使用方法。（5）掌握步進電機的工作原理與驅(qū)動方法（6）能夠進行電氣系統(tǒng)的安裝、接線。（7）能夠編寫驅(qū)動步進電機的PLC指令。（8）能夠進行PLC用戶程序上傳與下載（9）能夠進行系統(tǒng)的整體裝調(diào)。三、實訓(xùn)器材及儀器和儀表本項目所需的實訓(xùn)器材明細見表1。表1項目實訓(xùn)器材及儀器和儀表明細表序號實訓(xùn)器材數(shù)量備注1機電綜合實訓(xùn)工作臺1臺含電源及輔助裝置2計算機1臺含工具軟件3工件加工臺定位單元1套教學(xué)實訓(xùn)柜4數(shù)字萬用表1塊5組合工具1套6電氣安裝輔料1套四、實訓(xùn)預(yù)習(xí)要點（1）3M458步進電機驅(qū)動器的安裝與接線（2）三菱FX2N系列PLC的安裝與接線。（3）編碼器的接線和編程方法。（4）工件加工系統(tǒng)的工作流程。（5）程序、指令編輯方法。（6）用戶程序的在線調(diào)試五、實訓(xùn)內(nèi)容任務(wù)一項目實施前的準備（1）閱讀三菱FX2N系列PLC用戶手冊（2）閱讀3M458步進電機驅(qū)動器用戶手冊（3）電氣控制原理圖識讀與分析（4）制定整體工作計劃（5）領(lǐng)取實訓(xùn)器材并檢測任務(wù)二安裝、接線（1）系統(tǒng)整體布局安裝（2）PLC與步進驅(qū)動器的連接（3）步進電機與步進驅(qū)動器的連接（4）檢查與通電測試任務(wù)三編程、調(diào)試與運行（1）PLC用戶程序調(diào)試（2）步進驅(qū)動器的簡單參數(shù)設(shè)置（3）運行并觀察結(jié)果（4）記錄相關(guān)數(shù)據(jù)并分析任務(wù)四提交數(shù)據(jù)和報告（1）認真填寫實訓(xùn)報告（2）步進驅(qū)動器的參數(shù)設(shè)置清單（3）PLC程序清單六、工期要求本項目以工作任務(wù)為單元進行實施，4個學(xué)員為一個工作小組。學(xué)員應(yīng)充分發(fā)揮團隊協(xié)作能力，合理分配工作任務(wù)及時間，本學(xué)習(xí)情境占用8學(xué)時，360分鐘。七、注意事項1.對領(lǐng)出的器件應(yīng)仔細進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題向指導(dǎo)教師說明并更換。2.拆卸步進電機及驅(qū)動器、PLC之前前應(yīng)仔細閱讀用戶手冊，避免造成設(shè)備的損壞。3.安裝及布線時應(yīng)嚴格遵循國際電工委員會的安裝標準。4.禁止私自對設(shè)備送電，送電時指導(dǎo)教師必須在場。5.接通電源前應(yīng)仔細進行檢查，確保無誤時再按順序進行送電。6.調(diào)試運行過程中發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象應(yīng)立即斷開設(shè)備供電電源。7.任務(wù)完成后對實訓(xùn)器材應(yīng)做好檢查和退庫工作。8.工作任務(wù)結(jié)束后要做好實訓(xùn)場所的公共衛(wèi)生。項目實施任務(wù)一項目實施前的準備實訓(xùn)模塊1閱讀相關(guān)技術(shù)資料1．閱讀FX2N用戶手冊并回答下列問題（1）常用特殊存儲器位說明位地址功能說明M8000M8001M8002M8235C235D8011D80122．閱讀3M458用戶手冊并回答下列問題（1)驅(qū)動器DIP開關(guān)開關(guān)序號ON功能OFF功能DIP1~DIP3DIP4DIP5~DIP8（2)細分設(shè)定DIP1DIP2DIP3細分數(shù)ONONONONONONONOFFONONOFFOFFOFFONONOFFONOFFOFFOFFONOFFOFFOFF3．控制系統(tǒng)原理分析（1）根據(jù)圖7敘述工件加工臺定位單元主電路的電氣控制原理：（2）根據(jù)圖8敘述工件加工臺定位單元控制電路的電氣控制原理：知識鏈接1系統(tǒng)組成與控制原理1．系統(tǒng)基本組成1）電氣元件電氣元件包括低壓斷路器、按鈕、光電開關(guān)、位置開關(guān)、接線端子及安裝輔料等。實物圖如下所示：圖2工件加工臺定位單元電氣原件實物圖2）步科kinco三相步進電機實物圖如下所示：圖3工件加工臺定位單元步進電機實物圖3）3M458步科步進電機驅(qū)動器圖4工件加工臺定位步進驅(qū)動器實物圖步科3M458步進驅(qū)動器的主要特點：-供電電壓DC18V-40V-最大驅(qū)動電流5.8A/相-細分驅(qū)動，運轉(zhuǎn)非常平滑-八檔細分選擇，可代替2相和5相-光電隔離輸入功能-電機短路保護功能-具有脫機功能-具有全流、半流鎖相選擇功能-設(shè)計精巧、噪音低、振動小4）光電編碼器圖5工件加工臺定位光電編碼器實物圖5）三菱FX2N-48MT可編程控制器PLC為三菱FX2N-48MT。此PLC為三菱公司推出的FX系列PLC，F(xiàn)X2N為系列名稱，48為IO總點數(shù)，M為單元類型（基本單元），T為輸出形式（晶體管輸出）。圖6工件加工臺定位單元PLC實物圖2．系統(tǒng)控制原理1）電氣系統(tǒng)主電路工件加工臺定位單元的主電路由低壓斷路器、直流穩(wěn)壓電源、步進電機驅(qū)動器、接線端子、三相步進電機組成。主電路電氣原理圖如圖7所示。圖7工件加工臺定位單元主電路電氣原理圖2）電氣系統(tǒng)控制電路工件加工臺定位單元的電氣控制電路由光電編碼器、位置保護開關(guān)、光電檢測傳感器、PLCI/O接口、步進電機驅(qū)動器控制信號、接線端子等組成?？刂齐娐冯姎庠韴D如圖8所示。圖8工件加工臺定位單元控制電路電氣原理圖實訓(xùn)模塊2制定整體工作計劃課程名稱：電機拖動與調(diào)速技術(shù)授課地點：項目名稱：基于步進電機的伺服系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試實訓(xùn)課時：8學(xué)時指導(dǎo)教師：課程性質(zhì)：技能實訓(xùn)項目學(xué)習(xí)形式：項目教學(xué)4人/組任務(wù)一項目實施前的準備序號工作步驟計劃時間（分鐘）實際時間（分鐘）教師評價1閱讀相關(guān)技術(shù)資料2制定整體工作計劃3實訓(xùn)器材的檢查任務(wù)二安裝、接線序號工作步驟計劃完成學(xué)時實際完成學(xué)時教師評價1系統(tǒng)整體布局安裝2電氣控制系統(tǒng)線路連接3檢查、通電測試任務(wù)三編程、調(diào)試與運行序號工作步驟計劃完成學(xué)時實際完成學(xué)時教師評價1步進電機驅(qū)動器設(shè)置2PLC用戶程序仿真及上傳3電氣控制系統(tǒng)整體調(diào)試與運行任務(wù)四提交數(shù)據(jù)和報告序號工作步驟計劃完成學(xué)時實際完成學(xué)時教師評價1填寫實訓(xùn)報告2步進電機驅(qū)動器設(shè)置參數(shù)3PLC用戶程序清單知識鏈接2工作計劃制定方法1.工作量估算在制定工作計劃時，要對項目的工作量有個整體的估計，如器件的領(lǐng)取、器件的檢查、系統(tǒng)布局安裝、系統(tǒng)線路連接、功能檢查測試、通電運行、拆卸器件等。合理分配工時是制定工作計劃的主要依據(jù)，一份好的工作計劃實際就是完成工作任務(wù)的指導(dǎo)大綱。2.合理分配工作任務(wù)在產(chǎn)品自動分選系統(tǒng)中，是以4人為一個工作小組進行任務(wù)實施，在制定工作計劃時，要對整體的工作內(nèi)容進行合理分配，4人實現(xiàn)交叉工作、互不干擾，相互協(xié)作的原則，充分利用有效時間使工作任務(wù)的實現(xiàn)呈現(xiàn)最大化。實訓(xùn)模塊3領(lǐng)取實訓(xùn)器材并檢測步進電機伺服系統(tǒng)實訓(xùn)器材及設(shè)備清單序號名稱規(guī)格型號數(shù)量檢測結(jié)果更換記錄1工件加工臺定位單元2FX2N-48MT33M458步進驅(qū)動器4步進電機5光電編碼器6低壓斷路器7交流接觸器8光電開關(guān)9磁感應(yīng)開關(guān)10按鈕11信號燈12接線端子教師綜合評價：步進電機伺服系統(tǒng)實訓(xùn)工具及儀表清單序號名稱規(guī)格型號數(shù)量檢測結(jié)果更換記錄1十字中號螺絲刀2一字中號螺絲刀3一字小號螺絲刀4剝線鉗5壓線鉗6尖嘴鉗7偏口鉗8數(shù)字萬用表教師綜合評價：步進電機伺服系統(tǒng)實訓(xùn)安裝輔助材料清單序號名稱規(guī)格型號數(shù)量增加數(shù)量浪費數(shù)量1塑料線槽2機螺絲（含墊、螺母）3機螺絲（含墊、螺母）4銅導(dǎo)線（軟線）5銅導(dǎo)線（軟線）6塑料線性護套7塑料扎帶教師綜合評價：知識鏈接3器件檢查方法1.器件外觀檢查（1）檢查器件的外觀是否有破損。（2）檢查器件的安裝固定部分是否有破損。（3）檢查所有電氣接點的螺絲是否有滑扣現(xiàn)象。（4）檢查氣動接頭是否能夠進行可靠連接。（5）檢查所有機械部分，觀察是否動作靈活可靠。2.器件電氣性能檢查（1）用萬用表測量電氣元件的觸點，觀察接觸是否正常。（2）用萬用表測量電氣元件的線圈阻值，觀察讀數(shù)是否正確。3.步進驅(qū)動器檢查（1）檢查步進電機驅(qū)動器正常通電一段時間之后，步進電機是否正常鎖住。一般只要接線正確，步進電機在驅(qū)動器通電之后過幾秒鐘都會自動鎖住。4.可編程控制器檢查（1）檢查可編程控制器是否能正常通電，輸入點X是否能正常接收外部信號，輸出Y是否能正常輸出。檢查通信線纜是否可以正常通訊。任務(wù)二安裝、接線實訓(xùn)模塊1工件加工臺定位單元布局安裝1．請繪制工件加工臺定位單元安裝布局圖2．工件加工臺定位單元器件的安裝在指定的實訓(xùn)臺上（可以是機電綜合實訓(xùn)臺，也可以是自行設(shè)計的電氣安裝實訓(xùn)臺）進行工件加工臺定位單元器件的安裝。安裝內(nèi)容為:（1）線槽布局安裝。（2）電氣器件布局安裝。（3）操作面板布局安裝。知識鏈接1器件的安裝方法在對所有電氣元件進行安裝之前，應(yīng)對項目所需器件的安裝尺寸進行測量，合理擺放器件。依據(jù)工件加工臺定位單元的控制原理繪制出系統(tǒng)安裝布局圖。1．線槽的安裝電氣控制系統(tǒng)的連接導(dǎo)線大部分裝在線槽中，線槽的外框要實現(xiàn)八字口對接。線槽的剪裁方法已在拓展項目一中講過，在此不再贅述。此處線槽的布局圖如圖9所示。圖9工件加工臺定位單元線槽的布局2．電氣元件的安裝線槽布局好后，就可以安裝相關(guān)的電氣元件了，電氣元件在安裝之前應(yīng)進行外觀和電氣性能檢查，然后再根據(jù)線槽的布局結(jié)構(gòu)進行安裝。安裝時，應(yīng)注意相關(guān)電氣元件的合理分布與耗材的節(jié)省，考慮電氣之間的絕緣、信號干擾等諸多因素的影響。原則上應(yīng)該將電源線和信號線分開進行安裝。實訓(xùn)模塊2工件加工臺定位單元的電氣線路連接1．電氣線路連接填寫工作日志連接過程出現(xiàn)的問題解決處理方法知識鏈接2系統(tǒng)連接方法及注意事項電氣布線原則、導(dǎo)線的顏色區(qū)分、連接方法等已在之前項目拓展一中進行闡述，此處不再贅述，大家可參考之前的接線原則進行本任務(wù)的接線。需要大家注意的是以下幾種器件的接線方法。1.傳感器連接方法開關(guān)量傳感器（磁性開關(guān)、光電開關(guān)、光纖傳感器）的直流輸出接線有二線式（棕+、藍-）、三線式（棕+、藍-、黑或白）等。規(guī)格又有NPN型、PNP型等區(qū)別。在需要將傳感器信號接入PLC的時候，對于兩線式傳感器，只需要將其中一根線接PLC的COM端，另一端接PLC的輸入端X即可。對于NPN型三線式傳感器，要將其中0V（蘭）接PLC的COM端，+24V（棕）接外接24V電源或者接PLC的外供電源，剩下一根線（黑/白）應(yīng)接PLC的輸入端X。接線原理如圖10所示。圖10NPN型三線式光電傳感器接線圖輸出線為棕+、藍-、黑時，表示輸出方式為常開（NO）；輸出線為棕+、藍-、白時，表示輸出方式為常閉（NC）。NPN型傳感器的接線是輸出與電源正極之間接負載，PNP型傳感器的接線是輸出與電源負極之間接負載。2.編碼器接線在我們使用的編碼器上，分別有A相、B相、Z相、電源正極、電源負極以及地線，總共六根。在這里我們只使用其中的四根線，其接線方法如下：A相——X000B相——X001電源正極——+24V+24V電源在PLC上有電源負極——COMCOM指的是PLC上的COM端子3．可編程控制器和步進電機驅(qū)動器的連接方法對于可編程控制器來說，控制電源供電應(yīng)采用雙絞線連接，在電源環(huán)境比較惡劣的情況下，控制電源可考慮采用1：1的變壓器進行隔離，同時，在變壓器的一次側(cè)連接電源濾通器。步進驅(qū)動器的供電電源以及PLC的輸入輸出信號的供電應(yīng)采用穩(wěn)壓電源，最好為直流開關(guān)電源。輸出電源最好不要與輸入電源混用，以免造成電氣干擾。輸出信號與感性負載連接時，應(yīng)加保護電路。晶體管輸出時應(yīng)在負載兩端加反向二極管，繼電器輸出時，應(yīng)在負載兩端加阻容保護回路或加裝壓敏電阻。提高輸出點的使用壽命。4．步科kinco三相步進電機接線其接線應(yīng)該遵循以下原則：(1)紅色和銀白色接驅(qū)動器U相(2)藍色和白色接驅(qū)動器V相(3)黃色和綠色接驅(qū)動器W相具體接線圖如下所示：圖11三相步進電機接線圖實訓(xùn)模塊3系統(tǒng)檢查與測試1．工件加工臺定位單元通電前的檢查檢查記錄安裝、布線工藝檢查電氣絕緣性能檢查電氣線路連接正確性檢查2．工件加工臺定位單元通電測試測試記錄通電后的狀態(tài)監(jiān)測傳感器功能測試知識鏈接3系統(tǒng)檢查與測試方法1．系統(tǒng)斷電檢查方法系統(tǒng)在安裝布局和線路連接后都應(yīng)在第一時間進行檢查，檢查的目的是為了避免通電后造成電氣事故。檢查的方法是通過使用萬用表先檢查線路中有沒有不同電壓等級的線路混聯(lián)，然后再測試線路中是否有短路現(xiàn)象，按照原理圖檢查是否存在線路錯接現(xiàn)象。一切檢查完畢就可以通電測量了。2．系統(tǒng)通電測量方法系統(tǒng)檢查無誤后即可通電測試，上電要逐步進行，遵循先控制電路上電，再主電路上電的原則。避免因電路連接的錯誤而導(dǎo)致設(shè)備損壞或發(fā)生不必要的人身安全事故。系統(tǒng)安全上電后，要注意步進驅(qū)動器和可編程控制器的狀態(tài)指示。任務(wù)三編程、調(diào)試與運行實訓(xùn)模塊1產(chǎn)品加工臺定位單元步進驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置1．填寫步進電動機銘牌數(shù)據(jù)型號功率轉(zhuǎn)速扭矩2．步進驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置通過閱讀3M458步進驅(qū)動器用戶手冊，將驅(qū)動器的DIP開關(guān)進行適當?shù)恼{(diào)整，以滿足以下幾點要求：步進驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置序號要求DIP開關(guān)設(shè)置情況1電機每轉(zhuǎn)所需脈沖數(shù)為10002靜態(tài)電流為全流3驅(qū)動器輸出相電流為5.8A填寫工作日志（操作步驟）知識鏈接13M458步進驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置方法對3M458步進驅(qū)動器進行參數(shù)設(shè)置時，主要是對其八個DIP開關(guān)進行合理的調(diào)整，這八個DIP開關(guān)不同的狀態(tài)分別代表著不同的功能。具體的含義如表2~表4所示。表2DIP開關(guān)總體功能表開關(guān)序號ON功能OFF功能DIP1~DIP3細分設(shè)置用細分設(shè)置用DIP4靜態(tài)電流全流靜態(tài)電流半流DIP5~DIP8電流設(shè)置用電流設(shè)置用表3細分設(shè)置表DIP1DIP2DIP3細分數(shù)(電機每轉(zhuǎn)所需脈沖數(shù))ONONON400PPRONONON500PPRONOFFON600PPRONOFFOFF1000PPROFFONON2000PPROFFONOFF4000PPROFFOFFON5000PPROFFOFFOFF10000PPR表4輸出相電流設(shè)定表DIP5DIP6DIP7DIP8輸出電流OFFOFFOFFOFF3.0AOFFOFFOFFON4.0AOFFOFFONON4.6AOFFONONON5.2AONONONON5.8A實訓(xùn)模塊2工件加工臺定位單元PLC程序下載1．RS485串行通訊電纜的功能測試（1）運行桌面三菱PLC的編程軟件GXDeveloper，進入編程環(huán)境。（2）打開main1用戶程序。（3）進行計算機與PLC控制器的通信連接。填寫工作日志RS485串行通訊電纜測試步驟發(fā)現(xiàn)的問題及觀察到的現(xiàn)象解決處理的方法2．FX2NPLC用戶程序的下載（1）點擊軟件界面中在線=》PLC寫入，選擇要下載的PLC程序和參數(shù)，進行程序下載。（2）點擊軟件界面中在線=》監(jiān)視，進入實時監(jiān)控狀態(tài)。（3）模擬操作PLC輸入信號，觀察監(jiān)控現(xiàn)象。（4）強制PLC輸出信號，觀察步進電機運行情況。填寫工作日志PLC程序下載操作步驟PLC軟件進入監(jiān)控環(huán)境操作步驟PLCI/O信號測試步驟及方法知識鏈接2FX2NPLC程序調(diào)試方法1．RS485串行通訊電纜測試方法首先用下載線將電腦和PLC相連，然后選擇菜單欄中的在線，選擇傳輸設(shè)置，如下圖：圖12FX2NPLC的通訊設(shè)置然后雙擊串行/USB設(shè)置按鈕，彈出對話框，在對話框里選擇合適的COM口和波特率，然后點擊通訊測試直至通訊成功。2．PLC用戶程序下載方法通過PLC編程軟件將用戶程序下載到FX2NPLC中，連接計算機和PLC之間的通信數(shù)據(jù)線，接通PLC的供電電源。雙擊桌面GXDeveloper運行圖標，進入軟件界面，打開main1用戶程序，進入PLC編程環(huán)境。然后在PLC菜單中點擊在線，選擇PLC寫入，一般我們選擇參數(shù)+程序，然后單擊執(zhí)行，就可以將程序下載到PLC中。具體過程如下圖所示：圖13FX2NPLC的程序下載實訓(xùn)模塊3工件加工臺定位單元調(diào)試與運行1．編寫PLC輸入/輸出地址分配表序號符號地址狀態(tài)功能說明1左極限位2右極限位3左限位4右限位5起始位6加工位7取件位8手動左行9手動右行10啟動按鈕11工件檢測開關(guān)12步進電機脈沖信號13步進電機方向信號14步進電機脫機信號2．系統(tǒng)整體調(diào)試及運行（1）分別操作手動左行和手動右行按鈕SB1、SB2將工件臺運行至各個限位。觀察到的現(xiàn)象:（2）按下啟動按鈕SB3，將待加工工件放入工件臺。觀察到的現(xiàn)象:根據(jù)以上各項操作及所觀察到的現(xiàn)象，請敘述工件加工臺定位單元的工作原理。任務(wù)四提交數(shù)據(jù)和報告實訓(xùn)模塊1填寫實訓(xùn)報告實訓(xùn)報告課程名稱：班級：實訓(xùn)項目：姓名：指導(dǎo)教師得分：日期：實訓(xùn)目的實訓(xùn)器材電氣安裝記錄電氣檢查記錄電氣調(diào)試運行記錄課后思考實訓(xùn)模塊2步進驅(qū)動器參數(shù)清單（1）將實訓(xùn)中所使用的步進驅(qū)動器參數(shù)記錄并粘貼到WORD文檔上。（2）存儲WORD文件，保存步進驅(qū)動器參數(shù)清單。實訓(xùn)模塊3PLC程序清單（1）在計算機上運行GXDeveloper軟件。（2）將調(diào)試好的PLC程序粘貼到WORD文檔上。（3）存儲WORD文件，保存PLC程序清單。實訓(xùn)考核與配分考核配分（100分）序號知識、能力考核點教師評價配分得分1掌握電氣系統(tǒng)裝調(diào)方法102掌握工作計劃制定方法53理解步進電機的基本工作原理54掌握步進驅(qū)動器的接線及參數(shù)設(shè)置105理解PLC通信相關(guān)知識106電氣系統(tǒng)安裝、運行能力157電氣系統(tǒng)編程、調(diào)試能力258電氣系統(tǒng)測試分析能力109技術(shù)文檔編制撰寫能力10違規(guī)扣分（50）1儀器儀表損壞102嚴重違反帶電操作規(guī)程153嚴重曠課、缺課154嚴重干擾課堂秩序10實訓(xùn)課后總結(jié)拓展知識——步進電機的工作原理步進電動機又稱電脈沖馬達、脈沖電機等，是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件。其特點是電動機繞組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子的角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步。只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電動機繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，很容易用微機實現(xiàn)數(shù)字控制。一、步進電機的分類步進電機按其結(jié)構(gòu)和工作原理，一般可分為：反應(yīng)式（磁阻式）步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機，這幾種結(jié)構(gòu)在性能上各有特點。（1）反應(yīng)式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡單、成本低、步距角小，可達1.2°、但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證。（2）永磁式：永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點是動態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機精度差，步矩角大（一般為7.5°或15°）。（3）混合式：混合式步進電機綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。其特點是輸出力矩大、動態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對較高。步進電機若按定子上繞組相數(shù)來分，共有二相、三相、四相和五相等系列。目前應(yīng)用最為廣泛的是兩相混合式步進電機，占有絕大部分的市場份額，其優(yōu)點是性價比高。該種電機的基本步距角為1.8°/步，但同一步進電機可通過配不同細分的驅(qū)動器以改變精度和效果，配上半步驅(qū)動器后，步距角減少為0.9°，配上細分驅(qū)動器后其步距角可細分達256倍（0.007°/微步）。步距角越小，控制精度越高。二、步進電機的工作原理無論是哪種結(jié)構(gòu)的步進電機，其基本工作原理是一樣的，下圖是數(shù)字控制開環(huán)伺服系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的三相反應(yīng)式步進電動機的工作原理示意圖。圖14步進電機工作原理示意圖首先來介紹如下幾個概念：單：每次切換前后只有一相繞組通電雙：每次切換前后有兩相繞組通電拍：從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)三相步進電動機繞組的通電方式一般有單三拍、單六拍及雙三拍等幾種。1．三相單三拍運行方式（單拍方式）每次只有一相繞組通電，使步進電機按順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)，這種控制方式稱為單相控制方式。對三相電動機又稱單三拍控制方式，其繞組的通電順序按A→B→C→A進行，其繞組波形如下圖。圖15三相單三拍運行時繞組電流波形2.三相雙三拍運行方式（雙拍方式）三相雙三拍運行方式工作比較穩(wěn)定，其繞組通電順序按AB→BC→CA→AB,功耗比單拍方式相比增大近一倍，其繞組電流波形圖如下圖所示。圖16三相雙三拍運行時繞組電流波形3.三相六拍運行方式（單－雙拍方式）三相六拍運行方式的繞組通電順序按A→AB→B→BC→C→CA→A進行，其繞組電流波形如下圖所示。圖17三相六拍運行時繞組電流波形其繞組的通電順序每切換一次步進電動機順時針旋轉(zhuǎn)15o，運行原理圖如下圖所示。圖18步進電機三相六拍運行時的原理圖4.步進電機轉(zhuǎn)速的計算下圖為三相反應(yīng)式步進電動機結(jié)構(gòu)示意圖。圖19三相反應(yīng)式步進電機的結(jié)構(gòu)圖設(shè)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為Z，則齒距為：τ＝360o/Z。每通電一次，轉(zhuǎn)子就走一步，故步距角β為：………..………..（式1）式中m為相數(shù)，K為狀態(tài)系數(shù)，單拍時K=1，雙拍時K=2。若步進電動機的齒數(shù)Z＝40，若按三相單三拍運行時，其步距角為3°；若按三相六拍運行時，步距角為1.5°。由此可見，步進電動機的轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z和定子相數(shù)m愈多，則步距角β愈小，控制越精確。如果電脈沖的頻率（電源頻率）為f，單位為PPS（每秒脈沖數(shù)），則步進電動機轉(zhuǎn)速n……（式2）可見，反應(yīng)式步進電動機轉(zhuǎn)速只取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，而與電壓、負載、溫度等因素無關(guān)。當步進電動機的通電方式選定后，其轉(zhuǎn)速只與輸入脈沖頻率成正比，改變脈沖頻率就可以改變轉(zhuǎn)速，故可進行無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬。綜上所述，步進電動機工作時的步數(shù)或轉(zhuǎn)速既不受電壓波動和負載變化的影響，也不受環(huán)境條件（溫度、壓力、沖擊和振動等）變化的影響，只與控制脈沖同步。能按照控制的要求進行啟動、停止、反轉(zhuǎn)和改變速度。因此被廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中三、步進電機及其驅(qū)動器的選擇步進電機一般不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電動機驅(qū)動器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動單元、保護單元等組成。驅(qū)動單元與步進電動機直接耦合，也可理解成步進電動