发布时间 : 星期日 文章基于S7-200PLC步进电机控制系统本科生毕业设计 - 图文更新完毕开始阅读b82d15f19e31433239689366
苏州大学本科生毕业设计
A··1··53··7·A·B
B2648图4.2 两相混合式步进电动机的绕组接线
4.2 步进电机驱动电路设计
步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电，控制电机转动。
4.2.1 驱动器的选择
本设计选用型号为2MA320的驱动器。 该型号驱动器的特点：
1） 供电电压DC12-36V或AC12-24V 2） 驱动电流0.3-2.0A 3） 细分精度1-128细分可选 4） 光隔离信号输入 5） 电机噪声优化功能
6） 可驱动任何2.0A相电流以下两相、四相混合式步进电机 7）20KHz斩波频率
4.2.2 步进电机驱动技术
驱动器内部结构如图4.3所示：
10
苏州大学本科生毕业设计
脉冲接口电路脉冲环形分配器UaUaUbUb功率放大器 方向方向图4.3 驱动器内部结构
接口电路用光电隔离方式将运动控制器和驱动器连接起来，避免驱动器中的大电流干扰信号经地线窜入运动控制器电路。环形分配器将脉冲及方向信号按设定的节拍方式，转换为功放管的导通和截止信号，从而控制各相绕组的通电和断电。功率放大器将电源功率转换为电机输出功率驱动负载运动。
驱动接口电路如图4.4所示：
A+A-步进电机驱动器B+B-AC1AC2驱动电源
图4.4 本设计驱动电路接线图
当两相控制绕组按次序轮流通电，每拍只有一相绕组通电，四拍构成一个循环。当控制绕组有电流通过时，便产生磁动势，它与永久磁钢产生的磁动势相互作用，产生电磁转矩，使转子产生步进运动。
当A相绕组通电时，在转子N极端磁极1上的绕组产生的S磁极吸引转子N极，使得磁极1下是齿对齿，磁力线由转子N极指向磁极1齿面，磁极5下也是齿对齿，磁极3和7是齿对槽，所示A相通电转子N极端定转子平衡。由于两段转子铁芯上的小齿相互错开半个齿距，在转子S极端， 磁极1和5产生的S极磁场，排斥转子S极，与转子正好是齿对槽，磁极3和7齿面产生N极磁场，吸引转子S极，使得齿对齿。A相绕组通电时转子N极端、S极端转子平衡。如图4.5所示。
因转子上共有50个齿，其齿距角为360°/50=7.2°，定子每个极距所占的齿数为不是整数，因此当定子的A相通电，在转子N极，磁极1的5个齿与转子齿对齿，旁边的B相绕
11
苏州大学本科生毕业设计
组的磁极2的5个齿和转子齿有1/4齿距的错位，即1.8°， A相通电时定转子齿展开图画圆圈的地方，A相磁极3的齿和转子就会错位3.6°，实现齿对槽了。磁力线是沿转子N端→
A(1)S磁极→导磁环→A(3)N磁极→ 转子S端→转子N端，成一闭合曲线。当A相断电B相
通电时，磁极2产生N极性，吸合离它最近的S极转子7齿，使得转子沿顺时针方向转过
1.8°，实现磁极2和转子齿对齿，B相绕组通电定转子齿展开图如图5所示，此时磁极3和
转子齿有1/4齿距的错位。依次类推若继续按四拍的顺序通电，转子就按顺时针方向一步一步地转动，每通电一次即每来一个脉冲转子转过1.8°，即称步距角为1.8°，转子转过一圈需要360°/1.8°=200个脉冲。如图4.6所示。
在转子S极端也是同样道理,当绕组齿对齿时,其旁边一相磁极错位1.8°[]。
A(1)123456A(5)B(6)A(7)B(8)B(2)A(3)B(4)5
图4.5 A相通电时定转子齿展开图
A(1)123456B(2)A(3)
图4.6 B相绕组通电定转子齿展开图
4.2.3 驱动器参数设置
由于上述步进电机的相电流为1.2A，驱动器的SW1-SW3分别设置为：ON、ON、OFF，即输出峰值电流为1.5A，SW5-SW7分别设置为ON、ON、ON，即细分设定为200步/圈。具体参数参照附录。
4.3 PLC控制步进电机
控制步进电机最重要的就是要产生出符合要求的控制脉冲。西门子PLC本身带有高速脉冲计数器和高速脉冲发生器，其发出的频率最大为10KHz，能够满足步进电动机的
12
苏州大学本科生毕业设计
要求。对PLC提出两个特性要求：一是在此应用的PLC最好是具有实时刷新技术的PLC，使输出信号的频率可以达到数千赫或更高。其目的是使脉冲能有较高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。二是PLC本身的输出端口应该采用大功率晶体管，以满足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求。利用PLC输出脉冲信号，通过驱动器驱动步进电机。原理框图如图4.7所示：
PLC驱动器步进电机负载
图4.7 控制框图
环形分配程序对步进电机各相绕组的通电顺序进行环形脉冲分配，从而控制接到步进电机两相绕组的直流电源的依次通、断，形成旋转磁场，使步进电机转动。当步进电机各相绕组的通电顺序按 ：A—B—A—B-导通断开时，步进电机正转。当按A-—B—A—B- 依次导通、断开时，步进电机反转，即步进电机可以按两相四拍工作。每当步进电机走一步，环形脉冲分配程序的步数减一，当步数减为零时，停止环形脉冲分配，等待下一次的脉冲输入。
控制部分的由外部开关决定，分别接PLC的I0.0-I0.2口，接线图如图4.8所示：
I0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3PULDIRVCCENA+A-B+B-AC1AC2驱动器步进电机+24VS7-200 PLCCOM
图4.8 PLC控制接线图
接线实物图如图4.9所示：
13