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1、中职 电气控制与PLC技术（三菱机型）项目9任务4电子课件（高教版）任务四任务四 三相步进电动机三相步进电动机PLC速度控制速度控制 【任务描述任务描述】本项目在掌握FX2N系列PLC的相关指令和输入/输出的配置的基础上，熟悉三相步进电动机的控制与运行。应用PLC技术实现对步进电动机的转速控制、正反转控制以及能对步进电动机的步数进行控制。【任务分析任务分析】本项目研究PLC技术对步进电动机的转速控制、正反转控制以及能对步进电动机的步数进行控制。转速控制：由脉冲发生器产生不同周期T的控制脉冲，通过脉冲控制器的选择，以获得不同控制频率的脉冲实现对步进电动机的调速；正反转控制：通过正反转驱动环节（即
2、调换相序），改变Y000、Y001和Y002接通的顺序，实现对步进电动机的正反转控制；步数控制：通过脉冲计数器，控制六拍时序脉冲数，实现对步进电动机步数的控制。【夯实基础夯实基础】一、步进电动机一、步进电动机步进电动机伺服系统是典型的开环伺服系统。在这种开环伺服系统中，执行元件是步进电动机。步进电动机把进给脉冲转换为机械角位移，并由传动丝杠带动工作台移动。由于该系统中为位置和速度检测环节，因此它的精度主要由步进电动机的步距角和与之相联系的丝杠等传动机构所决定。1步进电动机的分类及基本结构按力矩产生的原理分为反应式和励磁式。（1）反应式 转子中无绕组，定子绕组励磁后产生反应力矩，使转子转动。（2
3、）励磁式。电动机定子和转子均有励磁绕组，由它们之间的电磁力矩实现步进运动。（3）混合式（即永磁感应子式）。它与反应式的主要区别是转子上置有磁钢。按输出力矩大小可分为伺服式和功率式。（1）伺服式。伺服式步进电机，输出扭矩一般为0.074Nm。只能驱动较小的负载，一般与液压转矩放大器配合使用，才能驱动机床等较大负载。（2）功率式。功率式步进电机，输出扭矩一般为540Nm。可以直接驱动较大负载。按励磁相数可分为三相、四相、五相、六相等。相数越多步距角越小，但结构越复杂。按各相绕组分布型式分为径向式和轴向式。（1）径向式（单段式）径向式步进电机定子各相绕组按圆周依次排列。（2）轴向式（多段式）轴向式步
4、进电机定子各相绕组按轴向依次排列。2反应式步进电动机的工作原理反应式步进电动机的工作原理（1）步进电动机的有关术语：）步进电动机的有关术语：相数：电动机定子上有磁极，磁极对数称为相数。拍数：电动机定子绕组每改变一次通电方式称为一拍。步距角：转子经过一拍转过的空间角度用符号表示。齿距角：转子上齿距在空间的角度。如转子上有N个齿，齿距角。(a)反应式步进电动机结构原理 (b)步进电动机步进过程原理图9-31 反应式步进电动机结构与步进过程原理从图9-31a中可以看出，在定子上有六个大极，每个极上绕有绕组。每对对称的大极绕组形成一相控制绕组。这样形成A、B、C三相绕组。极间夹角为60。在每个大极上，
5、面向转子的部分分布着多个小齿，这些小齿呈梳状排列，大小相同，间距相等。转子上均匀分布40个齿，大小和间距与大齿上相同。(2)步进电动机的工作原理步进电动机的工作原理 当某相（如A相）上的定子和转子上的小齿由于通电电磁力使之对齐时，另外两相（B相，C相）上的小齿分别向前或向后产生三分之一齿的错齿，这种错齿是实现步进旋转的根本原因。这时如果在A相断电的同时，另外某一相通电，则电动机的这个相由于电磁吸力的作用使之对齐，产生旋转。步进电动机每走一步，旋转的角度是错齿的角度。错齿的角度越小，所产生的步距角越小，精度越高。现在步进电动机的步距角通常为3；1.8；1.5；0.9；0.5到0.09等。步距角越
6、小，步进电动机结构越复杂。（3）步进电动机的通电方式及步距角）步进电动机的通电方式及步距角步进电动机的通电方式步进电动机的通电方式步进电动机有单相轮流通电，双相轮流通电，单双相轮流通电几种通电方式。三相单三拍。我们把对一相绕组一次通电的操作称为一拍，则对三相绕组A、B、C轮流通电三拍，才使转子转过一个齿，转一齿所需的拍数为工作拍数。对A、B、C三相轮流通电一次称为一个通电周期，步进电动机转动一个齿距。对于三相步进电动机，如果三拍转过一个齿，称为三相三拍工作方式。双相双三拍。这种通电方式由于两相同时通电，其通电顺序为ABBCCAAB，控制电流切换三次，磁场旋转一周。【任务实施任务实施】1任务实施
7、所需设备任务实施所需设备（1）训练任务所需要的设备。如表9.4.2示。表9.4.2 训练任务所需要设备明细表名称型号或规格数量名称型号或规格数量可编程控制器FX2N-48MR1只启动开关KN121个三相反应式步进电机36BF021台停止开关KN121个按钮（启动、停止）LA192个钮子开关KNX6个2训练步骤及要求训练步骤及要求（2）输入和输出点分配。对步进电动机正反转和调速、步数控制输入和输出点分配见表9.4.3。表9.4.3 步进电动机正反转和调速、步数控制输入和输出点分配表输入信号100步开关S7X007名称代号输入点编号暂停开关S8X010启动开关S0X000停止按钮SB2X011慢速
8、开关S1X001输出信号中速开关S2X002快速开关S3X003名称代号输出点编号正/反转S4X004U相功放电路UY000单步按钮SB1X005V相功放电路VY00110步开关S6X006W相功放电路WY002(2)PLC接线图接线图三相步进电动机的转速控制，分慢速、中速和快速三挡，分别通过开关S1、S2和S3选择；正反转控制由开关S4选择（X004为ON，正转；X004为OFF，反转）；步数控制分单步、10步和100步三挡，分别通过按钮SB1、开关S6和S7开关选择；停止用按钮SB2控制。X0Y0图9-32 步进电机PLC的I/O配置及接线图FX2N-48RMX1X3X4COMNLY1Y2
9、Y3COM0 COM1 COM2220V ACPEX5Y4S0S1FUY6Y10X2S3S4X6X7X10X11SA1SB1S6S7S8SB2Y5Y7Y11220V ACFUMUVW三相步进电动机控制程序设计的梯形图如图9-33所示。4程序设计程序设计FNC34SFTR(P)M10M100M101M102Y000Y001Y002X000X004X004X004X004M100M101M101M100M1021M0M1M2M2M3M4M4M5M0M1M2M3M4M5M20C0C1X010K1K6M0M10正、反转驱动三相六拍环形分配器六拍时序脉冲M20X002ENDT2T1T0图9-33 三相步
10、进电动机控制的梯形图OUTOUTK10K100M20M20X007X007X006X006M11X003X001RSTRSTC0C1T2T1T0PLSM11X005T0T1T2K10K5K2脉冲发生器脉冲控制器步数整定转速控制。转速控制。由脉冲发生器产生不同周期T的控制脉冲，通过脉冲控制器的选择，再通过三相六拍环形分配器使三个输出继电器Y000、Y001和Y002按照单双六拍的通电方式接通，其接通顺序为：该过程对应于三相步进电动机的通电顺序是：Y000Y000、Y001Y001Y001、Y002Y002Y001、Y002TTTTTUU、VVV、WWW、UTTTTT选择不同的脉冲周期T，以获得不
11、同频率的控制脉冲，从而实现对步进电动机的调速。正反转控制。正反转控制。通过正、反转驱动环节（调换相序），改变Y000、Y001和Y002接通的顺序，以实现步进电动机的正、反转控制。即正转：Y000Y000、Y001Y001Y001、Y002Y002Y001、Y002反转：Y001Y001、Y000Y000Y000、Y002Y002Y002、Y001步数控制。步数控制。过脉冲计数器，控制六拍时序脉冲数，以实现对步进电动机步数的控制。（4）运行与调试程序。）运行与调试程序。将图9-33的梯形图编写对应的指令程序 转速控制。选择慢速（接通S1），接通启动开关S0。脉冲控制器产生周期为1s的控制脉冲，
12、使M0M5的状态随脉冲向右移位，产生六拍时序脉冲，并通过三相六拍环形分配器使Y000、Y001和Y002按照单双六拍的通电方式接通，步进电动机开始慢速步进运行。断开S1、S0；接通S2、S0或S3、S0，观察步进电动机的转速控制运行情况。正反转控制。先接通正、反转开关S4，再重复上述转速控制操作，观察步进电动机的运行情况。步数控制。选择慢速（接通S1）；选择10步（接通S6）；接通启动开关S0。六拍时序脉冲及三相六拍环形分配器开始工作；计数器开始计数。当走完预定步数时，计数器动作，其常闭触点断开移位驱步进电动机动电路，六拍时序脉冲、三相六拍环形分配器及正反转驱动环节停止工作。步进电动机停转。在选择慢速的前提下，再选择单步或100步重复上述操作，观察步进电动机的运行情况。【任务评价任务评价】序号评价指标评价内容分值学生自评小组评价教师评价1硬件设计电器安装是否正确10电气接线是否正确202调试系统组成运行是否正确10调试方法步骤是否正确20功能是否符合要求203安全规范与提问是否符合安全操作规范10回答问题是否准确10总分100问题记录和解决方法记录任务实施中出现的问题和采取的解决方法（可附页）