1、模块三 基于PLC和触摸屏的步进电机控制设计 本章主要介绍步进电机的工作原理、步进驱动器的接线、细分设置、步进电机PLC控制指令、传感器的信号处理等等。通过PLC编程，实现PLC、触摸屏与步进电机的综合控制。学习目标：1.了解步进电机的工作原理 2.掌握步进电机及步进驱动器的接线 3.掌握步进电机正反转控制方法 4.掌握步进电机的PLC控制程序编制 5.掌握传感器的安装及接线 6.掌握步进电机速度与位置的触摸屏动画显示 7.能够用触摸屏和PLC共同实现步进电机的控制01四个任务：项目3.1 步进电机与驱动器认知1项目3.2 步进电机正反转行程控制34项目3.4 基于PLC、编码器和触摸屏的步进
2、电机综合控制项目3.3 基于传感器和触摸屏的步进电机控制2/模块三02项目3.1 步进电机与驱动器认知一、项目任务按下启动按钮，控制步进电机按照1000HZ频率带动滑块往一个方向运行，按下停止按钮，电机停转。步进电机细分数为1000步/转。二、项目准备 步进电机、步进驱动器、三菱PLC、电脑/模块一/项目3.103三、项目分析1、步进电动机简介 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的
3、旋转是以固定的角度一步步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。/项目3.1（1）步进电动机的工作原理 04三、项目分析（2）步进电机的使用，一是要注意正确的安装，二是正确的接线。/项目3.11、步进电动机简介05三、项目分析 2、步进电动机的驱动装置/项目3.106三、项目分析/项目3.1 2、步进电动机的驱动装置驱动器的侧面连接端子中间有一个红色的八位DIP功能设定开关，可以用来设定驱动器的工作方式和工作参数，包括细分设置、静态电流设置和运行电流设置。07三、项目分析3、脉冲输出指令 PL
4、C高速脉冲输出/项目3.1其中S1为指定频率，范围为220KHZ；S2指定产生脉冲量：16位指令132,767，32位指令12,147,483,647，该值为零时，对产生的脉冲不做限制。为16位指令，则S2为D0，若为32位指令时，则S2为D0与D1；D 指定脉冲输出的Y编号，仅限于Y000或Y001有效（注意使用晶体管型输出方式）。08三、项目分析4、输入输出分配/项目3.1表3-2 输入输出分配表输入输出设备名称代号输入点编号 设备名称代号输出点编号启动按钮SB1X0脉冲信号PLS-Y1停止按钮SB2X1 09三、项目分析 5、接线图/项目3.110/The Executives四、项目实
5、施/项目3.1 1.根据电路图连接线路 2.编写PLC程序 3.下载并调试程序，按下启动按钮，观察步进电机是否按照要求驱动工作台前进，按下停止按钮，观察步进电机是否停止运行。11项目3.2 步进电机正反转行程控制一、项目任务 控制要求：按下正转起动按钮，步进电机按照1000HZ频率正转，驱动滑块运行80MM后停止；按下反转起动按钮，步进电机按照1500HZ频率反转，驱动滑块运行80MM后停止；运行期间按下停止按钮可以立刻停转。步进细分为1000ppr。二、项目准备 步进电机、步进驱动器、三菱PLC、电脑/模块一/项目3.212三、项目分析 1、位置控制指令/项目3.2 源操作数 给出目标位置信
6、息。对于相对位置控制指令，此操作数指定从当前位置到目标位置所需输出的脉冲数（带符号）；对于16位指令，此操作数的范围为-32,768+32,767，对于32位指令，范围为-999,999+999,999。源操作数 ，目标操作数 和 。指定输出脉冲频率，对于16位指令，操作数的范围为1032,767(Hz)，对于32位指令，范围为10100(KHz)。指定脉冲输出地址，指令仅能用于Y000、Y001。指定旋转方向信号输出地址。当输出的脉冲数的为正时，此输出为ON，而当输出的脉冲数的为负时，此输出OFF。相对位置控制指令13三、项目分析2、滑块运行距离控制 步进电机为旋转运动，而滑块为直线运动，需
7、要通过传动机构来转换，本单元用到的机械传动机构为滚珠丝杠螺母副。步进电机驱动丝杠旋转，带动安装在螺母上的滑块呈直线运动。本项目丝杠的螺距为4MM，即丝杠旋转1圈，螺母直线运动4MM，则滑块移动80MM，丝杠需要旋转80/4=20圈。步进细分设为1000ppr，于是所需脉冲数为20X1000=20000个。指令DRVI中的即设定为所得的脉冲数。/项目3.214三、项目分析3、输入输出分配/项目3.2表3-3 输入输出分配表输入输出设备名称代号输入点编号 设备名称代号输出点编号正转按钮SB1X0脉冲信号PLS-Y1反转按钮SB2X1方向信号DIR-Y3停止按钮SB3X2 15三、项目分析4、接线图
8、/项目3.216/The Executives四、项目实施/项目3.2 1.根据电路图连接线路 2.编写PLC程序 3.下载并调试程序，按下正转启动按钮，观察步进电机是否按照要求驱动滑块前进固定距离后停止；按下反转启动按钮，观察步进电机是否按照要求驱动滑块前进固定距离后停止。在运行中，按下停止按钮，观察步进电机是否能够立即停止运行。项目3.3 基于传感器和触摸屏的步进电机控制一、项目任务 控制要求：滑块原点位置为接近开关1，步进细分为1000ppr。按下启动按钮，滑块正向移动，接近开关检测后自动切换：接近开关1至接近开关2之间以1000HZ的频率转动，接近开关2至接近开关3之间以1500HZ的
9、频率转动。反向移动：当接近开关3检测到信号后切换为反向移动，接近开关3至接近开关2之间以1500HZ的频率转动，接近开关2至接近开关1之间以1000HZ频率转动，接近开关1检测到后停止运行。触摸屏设计启动按钮和急停按钮，按下启动按钮步进电机启动，执行完余下动作以后停止，按下急停按钮不管电机处于什么位置都立即停止。触摸屏上能够显示电机运行的频率值及运行方向。/模块一/项目3.31718三、项目分析 1.认知有关传感器（接近开关）YL-158GA中所使用的传感器都是接近传感器，它利用传感器对所接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，因此，接近传感器通常也称为接近开关。本单元中
10、，为了检测滑块的位置，在滑块上方安装了圆柱型电感式传感器。/项目3.319三、项目分析 1.认知有关传感器（接近开关）在接近开关的选用和安装中，必须认真考虑检测距离、设定距离，保证生产线上的传感器可靠动作。安装距离注意说明如图3-13所示。/项目3.3接近开关在使用时，注意接线要求：NPN型传感器，PLC的S-S端接24V。黑色：信号线，接PLC的输入端。棕色为24V电源，蓝色为0V，接线图如下图所示。20三、项目分析2.输入输出分配/项目3.3表3-4 输入输出分配表输入输出设备名称代号输入点编号 设备名称代号输出点编号启动按钮 M0脉冲信号PLS-Y1急停按钮 M1方向信号DIR-Y3接近
11、开关1 X2 接近开关2 X3 接近开关3 X4 21三、项目分析3.接线图/项目3.322/The Executives四、项目实施/项目3.31.根据电路图连接线路2.编写PLC程序3.设计触摸屏界面4.下载并调试程序，按下触摸屏上的启动按钮，观察步进电机是否按照要求驱动滑块前进；并观察在接近开关处是否按要求变速运行。在运行中，按下急停按钮，观察步进电机是否能够立即停止运行。23项目3.4 基于PLC、编码器和触摸屏的步进电机综合控制一、项目任务158GA装置有步进控制单元及滑块往返运动机械机构。现需实现：（1）滑块初始位置在右侧原点接近开关处。（2）按下启动按钮滑块立即向左运动(指示灯亮
12、)，运行频率通过触摸屏上的输入框输入。（3）滑块正向运行的实时相对距离通过触摸屏画面显示。（4）当按下停止按钮，滑块停止运行。按下回原点按钮，滑块反向运行，以1000HZ频率回到起始点停止（指示灯灭）。（5）启动按钮、停止按钮、回原点按钮都通过触摸屏按钮实现控制。二、项目准备 步进电机、步进驱动器、三菱PLC、接近开关、MCGS触摸屏、电脑/模块一/项目3.424三、项目分析1.旋转编码器概述/项目3.4图3-17 增量式编码器结构示意图25三、项目分析1.旋转编码器概述/项目3.4图3-18 旋转编码器原理示意图图3-19 增量式编码器输出的三组方波脉冲 26三、项目分析1.旋转编码器概述本
13、工作单元没有使用Z相脉冲，A、B两相输出端直接连接到PLC的高速计数器输入端。在对编码器的A、B相输出脉冲进行计数时，必须使用PLC内容的高速计数器，根据接线及高速计数器的输入点分配情况，可以选择C251进行脉冲计数。/项目3.4图3-20 增量式编码器接线示意图 表3-5 高速计数器占用的输入点27三、项目分析1.旋转编码器概述计算滑块在丝杠上的位置时，需确定每两个脉冲之间的距离即脉冲当量。本单元丝杠的螺距为4mm，故脉冲当量为=4/10000.004 mm。应该指出的是，上述脉冲当量的计算只是理论上的。实际上各种误差因素不可避免，例如传动误差等等，都将影响理论计算值。须现场测试脉冲当量值。
14、脉冲当量=移动距离/脉冲数。为减小测量误差，可多测试几次取平均值。/项目3.4表3-6 脉冲当量计算表 内容序号移动距离脉冲数(c251)脉冲当量平均值第一次 30mm 第二次 40mm 第三次 50mm 28三、项目分析 2.输入输出分配/项目3.4表3-7 输入输出分配表输入输出设备名称代号输入点编号设备名称代号输出点编号启动按钮 M0脉冲信号PLS-Y1停止按钮 M1方向信号DIR-Y3回原位按钮M2编码器输出A相X3 编码器输出B相X4运行距离显示 D10原点接近开关 X2 频率设定 D0 29三、项目分析3.接线图/项目3.4 30/The Executives四、项目实施/项目3.4 1.根据电路图连接线路 2.编写PLC程序 3.设计触摸屏界面 4.下载并调试程序，按下触摸屏上的启动按钮，观察步进电机是否按照要求驱动滑块前进；并观察触摸屏上的运行距离，是否按照要求变化。
