設計一種基于PLC的步進電機控制系統,通過微型變速箱將步進電機角位移轉化為直線位移,進而帶動直線

伸縮機構運行。該系統結構簡單、性能穩(wěn)定、經濟價值和使用效果突出,能夠滿足毫米級精確位移的使用需求。

關鍵詞:PLC;步進電機;驅動器;脈沖；方向。

目錄

第1章緒論(1)

1.1設計背景(1)

1.2系統設計的任務(3)

1.3本章小結(3)

第2章步進電機及PLC簡介(4)

2.1步進電機簡介(4)

2.2PLC的發(fā)展概述(8)

2.3PLC技術在步進電機控制中的應用(8)

2.4本章小結(10)

第3章PLC控制步進電機工作方式的選擇(11)

3.1常見的步進電機的工作方式(11)

3.2步進電機控制原理(12)

3.3PLC控制步進電機的方法(12)

3.4PLC控制步進電機的設計思路(13)

3.5本章小結(15)

第4章FX2N控制步進電機硬件設計(16)

4.1三菱FX2nPLC的介紹(16)

4.2步進電機的選擇(18)

4.3步進電機驅動電路設計(20)

4.4PLC驅動步進電機(21)

4.5步進電機驅動器的使用說明(22)

4.6I/O接線圖(24)

4.7本章小結(25)

第5章控制系統的程序設計(26)

5.0本設計相關指令介紹(26)

步進電動機的發(fā)展與計算機工業(yè)密切相關。自從步進電動機在計算機外圍設備中取代小型直流電動機以后，使其設備的性能提高，很快地促進了步進電動機的發(fā)展。另一方面，微型計算機和數字控制技術的發(fā)展，又將作為數控系統執(zhí)行部件的步進電動機推廣應用到其他領域，如電加工機床、小功率機械加工機床、測量儀器、光學和醫(yī)療儀器以及包裝機械等。任何一種產品成熟的過程，基本上都是規(guī)格品種逐步統一和簡化的過程?，F在，步進電動機的發(fā)展已歸結為單段式結構的磁阻式、混合式和爪極結構的永磁式三類。爪極電機價格便宜，性能指標不高，混合式和磁阻式主要作為高分辨率電動機，由于混合式步進電動機具有控制功率小，運行平穩(wěn)性較好而逐步處于主導地位。最典型的產品是二相8極50齒的電動機，步距角1.8°／0.9°（全步／半步）；還有五相10極50齒和一些轉子100齒的二相和五相步進電動機，五相電動機主要用于運行性能較高的場合。到目前，工業(yè)發(fā)達國家的磁阻式步進電動機已極少見[1]。

步進電動機最大的生產國是日本，如日本伺服公司、東方公司、SANYODENKI和MINEBEA及NPM公司等，特別是日本東方公司，無論是電動機性能和外觀質量，還是生產手段，都堪稱是世界上最好的。現在日本步進電動機年產量（含國外獨資公司）近2億臺，德國也是世界上步進電動機生產大國。德國B.L.公司1994年五相混合式步進電動機專利期滿后，推出了新的三相混合式步進電動機系列，為定子6極轉子50齒結構，配套電流型驅動器，每轉步數為200、400、1000、2000、4000、10000和20000，它具有通常的二相和五相步進電動機的分辨率，還可以在此基礎上再10細分，分辨率提高10倍，這是一種很好的方案，充分運用了電流型驅動技術的功能，讓三相電動機同時具有二相和五相電動機的性能。與此同時，日本伺服公司也推出了他們的三相混合式步進電動機。該公司阪正文博士研制了三種不同的永磁式三相步進電動機，即HB型（混合式）、RM性（定子和混合式

相似，轉子則同永磁式環(huán)形磁鐵相似）和爪極PM型。將三相步進電動機同二相步進電動機進行比較后得出：

1）在獲得小步距角方面，三相電動機比二相電動機要好。

2）三相電動機的兩相勵磁最大保持力矩為3T1（T1為單相勵磁轉矩），而二相電動機為2T1，所以三相電動機的合成力矩大。

3）三相電動機的轉矩波動比二相電動機要小。

4）三相電動機連續(xù)2步用于半步的轉矩差比二相電動機的要小。

5）三相電動機繞組可以星形連接，三個終端驅動，勵磁電路晶體管6個；而二相電動機是8個。

6）連續(xù)運轉時，由于三相步進電動機結構原因，磁通和電流的三次諧波被消除了，所以三相電動機的振動力矩比二相電動機的要小.結論是顯而易見的[2]。

另外的結論是HB型電動機更適合于低速大轉矩用途；RM型適用于平穩(wěn)運行以及轉速大于1000r/min的用途；而PM型成本低，在低轉速時的振動和高轉速時的大轉矩方面，三相PM型電動機比兩相電動機的性能要好。因此，當前最有發(fā)展前景的當屬混合式步進電動機，而混合式電動機又向以下四個方向發(fā)展：發(fā)展趨勢一，隨著電動機本身應用領域的拓寬以及各類整機的不斷小型化，要求與之配套的電動機也必須越來越小，在57、42機座號的電動機應用了多年后，現在其機座號向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士ESCAP公司最近還研制出外徑僅10mm的步進電動機。

發(fā)展趨勢之二，是改圓形電動機為方形電動機。由于電動機采用方型結構，使得轉子有可能設計得比圓形大，因而其力矩體積比將大為提高。同樣機座號的電動機，方形的力矩比圓形的將提高30％～40％

發(fā)展趨勢之三，對電動機進行綜合設計。即把轉子位置傳感器，減速齒輪等和電動機本體綜合設計在一起，這樣使其能方便地組成一個閉環(huán)系統，因而具有更加優(yōu)越的控制性能。

發(fā)展趨勢之四，向五相和三相電動機方向發(fā)展。目前廣泛應用的二相和四相電動機，其振動和噪聲較大，而五相和三相電動機具有優(yōu)勢性。而就這兩種電動機而言，五相電動機的驅動電路比三相電動機復雜，因此三相電動機系統的性能價格比要比五相電動機更好一些。

我國的情況有所不同，直到20世紀80年代，一直是磁阻式步進電動機占統治地位，混合式步進電動機是80年代后期才開始發(fā)展，至今仍然是二種結構類型同時并存。盡管新的混合式步進電動機完全可能替代磁阻式電動機，但磁阻式電動機的整機獲得了長期應用，對于它的技術也較為熟悉，特別是典型的混合式步進電動機的步距角（0.9°/1.8°）與典型的磁阻式電動機的步距角（0.75°/1.5°）不一樣，用戶改變這種產品結構不是很容易的，這就使得兩種機型并存的局面難以在較短時間內改變。這種現狀對步進電動機的發(fā)展是不利的。