控制步进电机课件

控制步进电机n n步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。一般电动机是连续旋转的，而步进电机的转动是一步一步进行的。每输入一个脉冲电信号，步进电机就转动一个角度。通过改变脉冲频率和数量，即可实现调速和控制转动的角位移大小，具有较高的定位精度，其最小步距角可达0.75，转动、停止、反转反应灵敏、可靠。在开环数控系统中得到了广泛的应用。5.1步进电机的分类、基本结构和工步进电机的分类、基本结构和工作原理作原理n n步进电机的分类n n步进电机的基本结构和工作原理步进电机的分类步进电机的分类n n1.1.永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为步进角一般为7.57.5度或度或1515度。度。n n2.2.反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为出，步进角一般为1.51.5度，但噪声和振动都很大。度，但噪声和振动都很大。n n3.3.混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相。两相步进角一般分优点。它又分为两相和五相。两相步进角一般分为为1.81.8度而五相步进角一般为度而五相步进角一般为0.720.72度。这种步进电度。这种步进电机的应用最为广泛。机的应用最为广泛。步进电机的基本结构和工作原理步进电机的基本结构和工作原理n n三相反应式步进电机的结构如图所示n n定子、转子是用硅钢片或其他软磁材料制成的。定子的每对极上都绕有一对绕组，构成一相绕组，共三相称为A、B、C三相。步进电机的基本结构和工作原理步进电机的基本结构和工作原理n n在定子磁极和转子上都开有齿分度相同的小齿，采用适当的齿数配合，当A相磁极的小齿与转子小齿一一对应时，B相磁极的小齿与转子小齿相互错开1/3齿距，C相则错开2/3齿距。如图所示步进电机的基本结构和工作原理步进电机的基本结构和工作原理n n上图中，A相绕组与齿1、5一一对应，而此时B相绕组与齿2错开1/3齿距，而与齿3错开2/3齿距，C相绕组与齿3错开2/3齿距，而与齿4错开1/3齿距。n n电机的位置和速度由绕组通电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由绕组通电的顺序决定。步进电机的基本结构和工作原理步进电机的基本结构和工作原理n n步进电机的基本参数主要有以下内容n n1电机固有步距角n n2步进电机的相数n n3保持转矩（HOLDINGTORQUE）n n4钳制转矩（DETENTTORQUE）1电机固有步距角电机固有步距角n n它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，这个步距角可以称之为“电机固有步距角”，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。2步进电机的相数：步进电机的相数：n n步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为步距角为0.9/1.80.9/1.8、三相的为、三相的为0.75/1.50.75/1.5、五相的、五相的为为0.36/0.720.36/0.72。在没有细分驱动器时，用户主要。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则要求。如果使用细分驱动器，则“相数相数”将变得将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。可以改变步距角。3保持转矩保持转矩（HOLDINGTORQUE）n n保持转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。4钳制转矩钳制转矩（DETENTTORQUE）n n钳制转矩是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENTTORQUE。步进电机主要有以下特点步进电机主要有以下特点n n1一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。步进电机主要有以下特点步进电机主要有以下特点n n2步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点。步进电机温度过高时会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。步进电机主要有以下特点步进电机主要有以下特点n n3步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。步进电机主要有以下特点步进电机主要有以下特点n n4 4步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。速度就无法启动，并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。到高速）。n n步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一品之一,广泛应用在各种家电产品中，例如打印广泛应用在各种家电产品中，例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等。另外步进电机也广泛应用于械手臂和录像机等。另外步进电机也广泛应用于各种工业自动化系统中。由于通过控制脉冲个数各种工业自动化系统中。由于通过控制脉冲个数可以很方便的控制步进电机转过的角位移，且步可以很方便的控制步进电机转过的角位移，且步进电机的误差不积累，可以达到准确定位的目的。进电机的误差不积累，可以达到准确定位的目的。还可以通过控制频率很方便的改变步进电机的转还可以通过控制频率很方便的改变步进电机的转速和加速度，达到任意调速的目的，因此步进电速和加速度，达到任意调速的目的，因此步进电机可以广泛的应用于各种开环控制系统中机可以广泛的应用于各种开环控制系统中 n nPLC直接控制步进电机n n西门子PLC与步进电机驱动器控制步进电机n n高频脉冲输出控制举例PLC直接控制步进电机直接控制步进电机n n使用PLC直接控制步进电机时，可使用PLC产生控制步进电机所需要的各种时序的脉冲。例如三相步进电机可采用三种工作方式：n n三相单三拍n n三相双三拍n n三相单六拍PLC直接控制步进电机直接控制步进电机n n可根据步进电机的工作方式，以及所要求的频率（步进电机的速度），画出A、B、C各相的时序图。并使用PLC产生各种时序的脉冲n n例如：采用西门子S7-300PLC控制三相步进电机的过程。n n要求通过PLC可实现三相步进电机的起停控制、正反转控制，以及三种工作方式的切换（每相通电时间为1秒钟）。采用西门子采用西门子S7-300PLC控制三相步进电控制三相步进电机的过程机的过程n n变量约定如下n n三相单六拍方式选择SA4：I0.5采用西门子采用西门子S7-300PLC控制三相步进电控制三相步进电机的过程机的过程采用西门子采用西门子S7-300PLC控制三相步进电控制三相步进电机的过程机的过程n n三相单三拍正向的时序图如图所示采用西门子采用西门子S7-300PLC控制三相步进电控制三相步进电机的过程机的过程n n三相双三拍正向的时序图如图所示采用西门子采用西门子S7-300PLC控制三相步进电控制三相步进电机的过程机的过程n n三相单六拍正向时序图如图所示PLC直接控制步进电机直接控制步进电机n n编程方法n n1使用定时器指令实现各种时序脉冲的要求：使用定器产生不同工作方式下的工作脉冲，然后按照控制开关状态输出到各相对应的输出点控制步进电机。编程方法编程方法n n1例如：使用图所示的程序可以产生所需要的脉冲：编程方法编程方法n nM0.0作为总控制状态位，控制脉冲发生指令是否启动。一旦启动，采用T0、T1、T2以及它们的组合可以得到三相单三拍和三相双三拍的两种工作方式下，各相的脉冲信号。如T0的状态为三相单三拍工作状态下A相的脉冲。同理可使用类似程序得到三相单六拍时各相所需的脉冲信号。编程方法编程方法n n2使用移位指令实现各相所需的脉冲信号。n n例如在MW10中进行移位，每次移位的时间为1秒钟。如图为三相单六拍正向时序流程图，三相单三拍可利用相同的流程图，从M11.1开始移位，每次移两位，而三相双三拍从M11.2开始，每次移两位。编程方法编程方法n n在程序段1中，先产生周期为1秒钟的脉冲信号，如图所示：编程方法编程方法n n在不同的工作方式下赋予MW10不同的初值，如图程序段24所示编程方法编程方法n n程序段2：三相单三拍或三相单六拍工作方式，此时均从M11.0开始移位，两种工作方式均为M11.6为“1”时返回。程序段3：三相双三拍工作方式，此时从M11.1开始因为，而在M11.7时返回。程序段4：若按下停止按钮或没有选择工作方式时，MW10中的内容为“0”，则不会有输出。编程方法编程方法n n在不同的工作方式下，将移位指令移动的位数保存在MW20中，程序如图所示编程方法编程方法n n程序段5：三相单三拍或三相双六拍，每次应移动2位。程序段6：三相单六拍，每次应移动一位。程序段7为移位指令，由于T1的周期为1秒钟，因此每间隔1秒钟，移位指令左移指定的位数。再将MW10中对应的位控制相应的输出，可实现步进电机的控制。步进电机的反向控制可根据相同的办法来实现。西门子西门子PLC与步进电机驱动器控制步进与步进电机驱动器控制步进电机电机n n在对步进电机进行控制时，常常会采用步进电机驱动器对其进行控制。步进电机驱动器采用超大规模的硬件集成电路，具有高度的抗干扰性以及快速的响应性，不易出现死机或丢步现象。使用步进电机驱动器控制步进电机，可以不考虑各相的时序问题（由驱动器处理），只要考虑输出脉冲的频率（控制驱动器CP端），以及步进电机的方向（控制驱动器的DIR端）。PLC的控制程序也简单得多。西门子西门子PLC与步进电机驱动器控制步进与步进电机驱动器控制步进电机电机n n但是，在使用步进电机驱动器时，往往需要较高频率的脉冲。因此PLC是否能产生高频脉冲成为能否成功控制步进电机驱动器以及步进电机的关键。西门子CPU312C、CPU313C、CPU313-2DP等型号，集成有用于高速计数以及高频脉冲输出的通道，可用于高速计数或高频脉冲输出。西门子西门子PLC与步进电机驱动器控制步进与步进电机驱动器控制步进电机电机n n下面以下面以CPU313CCPU313C为例，说明高频脉冲输出的控制为例，说明高频脉冲输出的控制过程。过程。n nCPU313CCPU313C集成有集成有3 3个用于高速计数或高频脉冲输个用于高速计数或高频脉冲输出的特殊通道，出的特殊通道，3 3个通道位于个通道位于CPU313CCPU313C集成数字集成数字量输出点首位字节的最低三位，这三位通常情况量输出点首位字节的最低三位，这三位通常情况下可以作为普通的数字量输出点来使用。再需要下可以作为普通的数字量输出点来使用。再需要高频脉冲输出时，可通过硬件设置定义这三位的高频脉冲输出时，可通过硬件设置定义这三位的属性，将其作为高频脉冲输出通道来使用。属性，将其作为高频脉冲输出通道来使用。西门子西门子PLC与步进电机驱动器控制步进与步进电机驱动器控制步进电机电机n n作为普通数字量输出点使用时，其系统默认地址为Q124.0、Q124.1、Q124.2（该地址用户可根据需要自行修改），作为高速脉冲输出时，对应的通道分别为0通道、1通道、2通道（通道号为固定值，用户不能自行修改）。每一通道都可输出最高频率为2.5KHZ（周期为0.4ms）的高频脉冲。西门子西门子PLC与步进电机驱动器控制步进与步进电机驱动器控制步进电机电机n n如图所示：CPU313C中，X2前接线端子22、23、24号接线端子分别对应通道0、通道1、和通道3。另外，每个通道都有自己的硬件控制门，0通道的硬件门对应X2前接线端子的4号接线端子，对应的输入点默认地址为I124.2。1通道硬件门7号接线端子，对应的输入点默认地址为I124.5，而2号通道硬件门为12号接线端子，对应的输入点默认地址为I125.0。西门子西门子PLC与步进电机驱动器控制步进与步进电机驱动器控制步进电机电机西门子西门子PLC与步进电机驱动器控制步进与步进电机驱动器控制步进电机电机n n控制通道产生高频脉冲分为以下两个步骤n n硬件设置。n n调用系统功能块SFB49。1硬件设置硬件设置n n要想使这三个通道输出高频脉冲，首先必须进行硬件设置。硬件设置的过程如下：n n（1）首先创建一个项目，CPU型号选择为CPU313C，如图所示1硬件设置硬件设置n n（2）双击SIMATIC300Station下的hardware进入硬件组态工具软件进行硬件设置如图所示。1硬件设置硬件设置n n在硬件组态工具中可以看到CPU313C集成有24点数字量输入（DI24）、16点数字量输出（DO16）、5通道模拟量输入（AI5）和2通道的模拟量输出（AO2）。另外还有计数功能（count），高频脉冲的属性设置就在count中设置。这里的计数器是针对计数频率要求较高的场合。双击count（如图5.3.11所示），可进行高速计数、频率控制以及高频脉冲输出属性设置对话框。1硬件设置硬件设置n n（3）双击count可进入计数器属性对话框如图所示3通道：以30kHz进行计数或频率测量，以2.5kHz切换频率、计数频率进行脉宽调制1硬件设置硬件设置n n在对话框中，Channe为通道选择，在其后面下拉菜单中，可以选择要设置的通道号，CPU313C有三个通道号可以选择，既0、1、2，用户可以根据自己的需要对某个通道或三个通道进行分别设置。Operating为工作模式，在其后面的下拉菜单中有5种工作模式可以选择（如上图所示）。1硬件设置硬件设置n n这里只介绍通道作为高频脉冲输出时的工作模式。要想在对应通道产生高频脉冲，必须选择最后一种工作模式：Pulse-widthmodulation（脉宽调制）。在Short（简述）中可以看到，每个通道进行高速计数或频率测量时，最大频率可达30kHz；而作为高频脉冲输出时，最大频率为2.5kHz。1硬件设置硬件设置n n选择Pulse-widthmodulation选项以后，将出现默认值设置对话框如下图所示1硬件设置硬件设置n n（4）设置脉冲参数：在上图的对话框中选择OK，对应通道被设置脉宽调制工作方式，脉冲参数将被设置为默认值。计数器属性对话框会出现一个新的标签，Pulse-WidthModulation标签，选择此标签可对脉宽参数进行设置，如下图所示1硬件设置硬件设置1硬件设置硬件设置n nOperatingParametersOperatingParameters（操作参数）中各参数意义如下：（操作参数）中各参数意义如下：n nOutputformatOutputformat：PermilePermile，S7analogvalueS7analogvaluen n输出格式（输出格式（output-formatoutput-format）有两种选择，每密耳（）有两种选择，每密耳（PerPermilemile）和）和S7S7模拟量值（模拟量值（S7analogvalueS7analogvalue）。选择）。选择PermilPermil，则输出格式取值范围为（则输出格式取值范围为（0100001000），选择），选择S7analogvalueS7analogvalue，则输出格式取值范围为（，则输出格式取值范围为（027648027648，S7S7模拟量的最大取模拟量的最大取值为值为2764827648）。输出格式的取值在调用系统功能块）。输出格式的取值在调用系统功能块SFB49SFB49时设置的，这一取值将会影响输出脉冲的占空比，具体内时设置的，这一取值将会影响输出脉冲的占空比，具体内容将在后面介绍容将在后面介绍SFB49SFB49时提到。时提到。1硬件设置硬件设置n n时基（时基（TimebaseTimebase）也有两种选择，用户可根据实）也有两种选择，用户可根据实际需要选择合适的时基，要产生频率较高的脉冲，际需要选择合适的时基，要产生频率较高的脉冲，可选择较短的时基（可选择较短的时基（0.1ms0.1ms）。）。n nOn-delayOn-delay：接通延时时间值：接通延时时间值n n接通延时（接通延时（On-delayOn-delay）是指，当控制条件成立时，）是指，当控制条件成立时，对应通道将延时指定时间后输出高频脉冲。指定对应通道将延时指定时间后输出高频脉冲。指定时间值为设置值时间值为设置值*时基。取值范围为时基。取值范围为0655350655351硬件设置硬件设置n nPeriodPeriod：指定输出脉冲的周期。取值范围为：指定输出脉冲的周期。取值范围为465535465535n n周期为设置值周期为设置值*时基。时基。n nMinimumpulseMinimumpulse：指定最小的脉冲宽度：指定最小的脉冲宽度n n指定输出脉冲的最小脉宽，最小脉宽的取值范围指定输出脉冲的最小脉宽，最小脉宽的取值范围为为2Period/22Period/2。注意：在指定了最小脉冲宽度以。注意：在指定了最小脉冲宽度以后，应该保证根据占空比计算出来的高低电平的后，应该保证根据占空比计算出来的高低电平的时间不小于最小脉冲宽度，否则脉冲将不能正常时间不小于最小脉冲宽度，否则脉冲将不能正常输出。请参看系统功能块输出。请参看系统功能块SFB49SFB49使用方法。使用方法。1硬件设置硬件设置n nInput：Hardwaregaten n通过输入参数选择是否采用硬件门控制，如果选中硬件门前面的方框，则高频脉冲的控制需要硬件门和软件门同时控制，如果不选，则高频脉冲输出单独由软件门控制。具体控制控制方法将在后面的SFB49介绍中提到。1硬件设置硬件设置n nHardwareInterrupt：Hardwaregateopeningn n硬件中断选择，一旦选中硬件门控制以后，此选项将被激活，用户可根据需要选择是否在硬件门起动时刻，调用硬件中断组织块OB40中的程序。1硬件设置硬件设置n n将通道的硬件参数设置好以后，按将通道的硬件参数设置好以后，按OKOK键，如果还键，如果还需要设置其它通道，可以再次双击需要设置其它通道，可以再次双击countcount，重新进，重新进入计数器属性对话框对其它通道进行设置。将组入计数器属性对话框对其它通道进行设置。将组态好的硬件数据进行保存编译（态好的硬件数据进行保存编译（saveandsaveandcompilecompile），并下载到），并下载到PLCPLC中，完成硬件设置工作。中，完成硬件设置工作。n n要想在相应的通道上获得脉冲，除了硬件设置以要想在相应的通道上获得脉冲，除了硬件设置以外，还必须在程序中调用产生脉冲的系统功能块外，还必须在程序中调用产生脉冲的系统功能块SFB49SFB49（符号名为（符号名为“PULSE”“PULSE”）。）。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n（1）选中项目下最后一级子菜单Blocks，并双击Blocks中的OB1进入程序编辑器，在OB1中，调用SFB49。过程如下：在指令集工具中，找到library（库）-standardlibrary（标准库）-systemFunctionBlocks（系统功能块）菜单，并双击该菜单下的系统功能块SFB49进行调用2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n如图所示2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n在使用系统功能块时，必须指定其背景数据块。如上图，在红色问号处，指定SFB49的背景数据块（例如：DB1、DB2）。如背景数据还未建立，填写数据块后（如填DB10），则程序编辑器将自动建立DB10为SB49的背景数据块。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n（2）分配系统功能块SFB49的参数。n n系统功能块SB49的参数很多，在使用时，用户可根据自己的控制需要进行选择性填写。其各个参数意义如下表所示2调用系统功能块调用系统功能块SFB49输入参数输入参数数据数据类型类型地址地址D DB B说明说明取值范取值范围围缺省值缺省值LADDRLADDRWORDWORD0 0子模子模块块的的I/OI/O地址，由用地址，由用户户在在HWHW配置配置 中指中指定。如果定。如果I I和和Q Q地址不地址不相等，相等，则则必必须须指定二指定二者中者中较较低的一个。低的一个。CPUCPU专专用用W#16#30W#16#300 0CHANNECHANNEL LINTINT2 2指定的通道号指定的通道号CPU312CCPU312C：CPU313CCPU313C：CPU314CCPU314C：0 0到到1 10 0到到2 20 0 到到3 30 0SW_ENSW_ENBOOLBOOL4.04.0软件门：控制脉冲输出软件门：控制脉冲输出TRUE/TRUE/FALSEFALSEFALSEFALSEMAN_DOMAN_DOBOOLBOOL4.14.1手手动输动输出控制使能出控制使能TRUE/TRUE/FALSEFALSEFALSEFALSESET_DOSET_DOBOOLBOOL4.24.2控制控制输输出出TRUE/TRUE/FALSEFALSEFALSEFALSE2调用系统功能块调用系统功能块SFB49OUTP_VAOUTP_VAL LINTINT6.06.0输出值设置输出值设置输出格式为输出格式为Per milPer mil时时：0 1,0000 1,000输输出格式位出格式位为为S7 analog valueS7 analog value时时：027,648027,64801000010000276480276480 0JOB_REQJOB_REQBOOLBOOL8.08.0作业初始化控制端（上作业初始化控制端（上升沿有效）升沿有效）TRUE/TRUE/FALSEFALSEFALSEFALSEJOB_IDJOB_IDWORDWORD1010作业号作业号W#16#0=W#16#0=无功能作业无功能作业W#16#1=W#16#1=写周期写周期W#16#2=W#16#2=写延时时间写延时时间W#16#4=W#16#4=写最小脉冲周写最小脉冲周期期W#16#81=W#16#81=读周期读周期W#16#82=W#16#82=读延时时间读延时时间W#16#84=W#16#84=读最小脉冲周读最小脉冲周期期W#16#0 W#16#0 W#16#1W#16#1W#16#2W#16#2W#16#4 W#16#4 W#16#8W#16#81 1 W#16#8W#16#82 2 W#16#8W#16#84 4 W#16#0 W#16#0 JOB_VALJOB_VALDINTDINT1212写作业的值写作业的值(设置值乘以设置值乘以时基为实际时间值时基为实际时间值)-2-23131至至+2+23131-1 1L#0L#02调用系统功能块调用系统功能块SFB49输出参数输出参数数据数据类型类型地址地址D DB B说明说明取值范围取值范围缺省值缺省值STS_ENSTS_ENBOOLBOOL16.016.0状态使能端状态使能端TRUE/FALSETRUE/FALSEFALSEFALSESTS_STRTSTS_STRTBOOLBOOL16.116.1硬件门的状态（开始输硬件门的状态（开始输入）入）TRUE/FALSETRUE/FALSEFALSEFALSESTS_DOSTS_DOBOOLBOOL16.216.2输出状态输出状态TRUE/FALSTRUE/FALSE EFALSEFALSEJOB_DONEJOB_DONEBOOLBOOL16.316.3可以启动新作业可以启动新作业TRUE/FALSTRUE/FALSE ETRUETRUEJOB_ERRJOB_ERRBOOLBOOL16.416.4故障作业故障作业RUE/FALSERUE/FALSEFALSEFALSEJOB_STATJOB_STATWORDWORD1818作业错误号作业错误号W#16#0000W#16#0000至至W#16#FFW#16#FFFFFFW#16#0W#16#02调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n在SFB49的所有输入参数中主要有两部分，一部分是用来控制脉冲输出或作为数字量输出的控制变量；另外一部分则是用来修改脉冲参数：例如脉冲周期，延时时间，最小脉宽等。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数LADDR：子模块的地址，数据类型为字。可在硬件组态时进行地址配置。其默认值为W#16#300，即输入输出映像区第768个字节。若通道集成在CPU模块中，则此参数可以不用设置，若通道在某个子功能模块上，则必须保证此参数的地址与模块设置的地址一致。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数CHANNEL：通道号，数据类型为整数。此参数指定启用的通道号，CPU313C具有3个通道的高频脉冲输出，通道号分别为0、1、2。如启动2号通道，则参数值为：2。若通道号大于2，则在执行功能块时，将发出出错信息。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数SW_EN：为软件控制门，数据类型为BOOL。SFB49是通过门功能（GateFunction）控制高频脉冲的起动输出的。门功能中包括硬件门（hardwaregate）和软件门（softwaregate）两种：可根据需要设置为单独使用软件门控制或同时使用硬件门和软件门控制。门功能工作过程如下图所示2调用系统功能块调用系统功能块SFB492调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n单独使用软件门控制时，在硬件设置时，不能启用硬件门（hardwaregate）控制。此时，高频脉冲输出单独由软件门SW_EN端控制，即SW_EN端为“1”时，脉冲输出指令开始执行（延时指定时间后输出指定周期和脉宽的高频脉冲），当SW_EN端为“0”时，高频脉冲停止输出。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n采用硬件门和软件门同时控制时，需要在硬件设采用硬件门和软件门同时控制时，需要在硬件设置中，启用硬件门控制。当软件门的状态先为置中，启用硬件门控制。当软件门的状态先为“1”“1”，同时在硬件门有一个上升沿时，将启动内，同时在硬件门有一个上升沿时，将启动内部门功能，并输出高频脉冲（延时指定时间输出部门功能，并输出高频脉冲（延时指定时间输出高频脉冲）。当硬件门的状态先为高频脉冲）。当硬件门的状态先为“1”“1”，而软件，而软件门的状态后变为门的状态后变为“1”“1”，则门功能不启动，若软件，则门功能不启动，若软件的状态保持的状态保持“1”“1”，同时在硬件门有一个下降沿发，同时在硬件门有一个下降沿发生，也能启动门功能，输出高频脉冲。当软件门生，也能启动门功能，输出高频脉冲。当软件门的状态变为的状态变为“0”“0”，无论硬件门的状态如何，将停，无论硬件门的状态如何，将停止脉冲输出。止脉冲输出。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数参数MAN_DOMAN_DO：手动输出使能端。一旦通道在硬：手动输出使能端。一旦通道在硬件组态时设置为脉宽调制功能，则该通道不能使件组态时设置为脉宽调制功能，则该通道不能使用普通的输出线圈指令对其进行写操作控制，要用普通的输出线圈指令对其进行写操作控制，要想控制该通道必须调用功能块想控制该通道必须调用功能块SFB49SFB49对其进行控对其进行控制。如果还想在该通道得到持续的高电平（非脉制。如果还想在该通道得到持续的高电平（非脉冲信号），则可以通过冲信号），则可以通过MAN_DOMAN_DO控制端实现。当控制端实现。当MAN_DOMAN_DO端为端为“1”“1”时，指定通道不能输出高频时，指定通道不能输出高频脉冲，只能作为数字量输出点使用。当脉冲，只能作为数字量输出点使用。当MAN_DOMAN_DO端为端为“0”“0”时，则指定通道只能作为高频脉冲输出时，则指定通道只能作为高频脉冲输出通道使用输出指定频率的脉冲信号。通道使用输出指定频率的脉冲信号。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数SET_DO：数字量输出控制端。当MAN_DO端的状态为“1”时，可通过SET_DO端控制指定通道的状态是为高电平“1”，还是低电平“0”。如果MAN_DO端的状态为“0”，则SET_DO端的状态不起作用，不会影响通道的状态。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数参数OUTP_VALOUTP_VAL：输出值设置。输出值参数数据：输出值设置。输出值参数数据类型为整数。在硬件设置中我们只指定了脉冲的类型为整数。在硬件设置中我们只指定了脉冲的周期，延时时间以及最小脉宽等，并没有指定脉周期，延时时间以及最小脉宽等，并没有指定脉冲的占空比。参数冲的占空比。参数OUTP_VALOUTP_VAL就是用来指定脉冲就是用来指定脉冲占空比的。注意：在硬件设置时，如果选择输出占空比的。注意：在硬件设置时，如果选择输出形式（形式（Output-formatOutput-format）为：）为：PermilPermil，则，则OUTP_VALOUTP_VAL取值范围为取值范围为0100001000（基数为（基数为10001000），），输出脉冲高电平时间长度为：输出脉冲高电平时间长度为：n nPulsewidthPulsewidth（脉宽）（脉宽）=（OUTP_VAL/1000OUTP_VAL/1000）*period*period（周期）（周期）2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n例如：若例如：若OUTP_VALOUTP_VAL值设置为值设置为200200，则一个周期，则一个周期中，中，200/1000200/1000的时间为高电平，的时间为高电平，800/1000800/1000的时间的时间为低电平：即占空比为为低电平：即占空比为1 1：4 4。n n如果硬件设置时，选择输出形式（如果硬件设置时，选择输出形式（output-output-formatformat）为）为S7S7模拟量值（模拟量值（S7analogvalueS7analogvalue），则），则OUTP_VALOUTP_VAL取值范围为取值范围为027648027648（基数为（基数为2764827648），此时输出脉冲的脉宽为：），此时输出脉冲的脉宽为：n nPulsewidthPulsewidth（脉宽）（脉宽）=（OUTP_VAL/27648OUTP_VAL/27648）*periodperiod（周期）（周期）2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n此时如果此时如果OUTP_VALOUTP_VAL值设置为值设置为200200，则一个周期，则一个周期中中200/27648200/27648的时间为高电平，的时间为高电平，27448/2764827448/27648的时的时间为低电平。间为低电平。n n注意在设置占空比时，应该保证计算出的高低电注意在设置占空比时，应该保证计算出的高低电平的时间都不能小于硬件设置中指定的最小脉宽平的时间都不能小于硬件设置中指定的最小脉宽值（值（MinimumpulsewidthMinimumpulsewidth），否则将不能输出脉），否则将不能输出脉冲信号。冲信号。n n以上参数为控制脉冲的操作信号。如果想要修改以上参数为控制脉冲的操作信号。如果想要修改硬件设置时，如脉冲周期，延时时间等参数，则硬件设置时，如脉冲周期，延时时间等参数，则要通过下面的参数来完成。要通过下面的参数来完成。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数JOB_REQ：为作业操作信号，通过作业操作可以修改硬件设置时指定的某些参数如延时时间，周期，最小脉宽等的。作业初始化控制端是上升沿有效，当JOB_REQ端的状态由“0”变为“1”时将进行作业操作功能，具体事件由作业ID和作业值决定。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数参数JOB_IDJOB_ID：为作业号，作业号决定了具体的作：为作业号，作业号决定了具体的作业事件，例如，如果想修改脉冲周期则可指定业事件，例如，如果想修改脉冲周期则可指定JOB_IDJOB_ID号为号为W#16#1W#16#1，如果想修改延时时间则可，如果想修改延时时间则可指定指定JOB_IDJOB_ID的参数为的参数为W#16#2W#16#2。如果想读取周期，。如果想读取周期，则指定则指定JOB_IDJOB_ID号为号为W#16#81W#16#81。在系统功能。在系统功能SFB49SFB49的背景数据块中，有一个静态变量：的背景数据块中，有一个静态变量：JOB_OVALJOB_OVAL，如图所示，变量类型为双整数，如图所示，变量类型为双整数，SFB49SFB49进行读作业操作时，将把读取的值放在这进行读作业操作时，将把读取的值放在这一区域，用户可访问这一区域得到高频脉冲相关一区域，用户可访问这一区域得到高频脉冲相关参数的值。参数的值。2调用系统功能块调用系统功能块SFB492调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数JOB_VAL：为写作业的值，参数类型为双整数，指定的值乘以硬件组态时指定的时基为定义的时间值。当JOB_REQ有上升沿发生时，JOB_VAL端定义的值将代替脉冲原有的参数。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n系统功能块SFB49（符号名为PLUSE）输出参数意义如下表所示2调用系统功能块调用系统功能块SFB49输出参数输出参数数据数据类型类型地址地址D DB B说明说明取值范围取值范围缺省值缺省值STS_ENSTS_ENBOOLBOOL16.016.0状态使能端状态使能端TRUE/FALSETRUE/FALSEFALSEFALSESTS_STRTSTS_STRTBOOLBOOL16.116.1硬件门的状态（开始输硬件门的状态（开始输入）入）TRUE/FALSETRUE/FALSEFALSEFALSESTS_DOSTS_DOBOOLBOOL16.216.2输出状态输出状态TRUE/FALSTRUE/FALSE EFALSEFALSEJOB_DONEJOB_DONEBOOLBOOL16.316.3可以启动新作业可以启动新作业TRUE/FALSTRUE/FALSE ETRUETRUEJOB_ERRJOB_ERRBOOLBOOL16.416.4故障作业故障作业RUE/FALSERUE/FALSEFALSEFALSEJOB_STATJOB_STATWORDWORD1818作业错误号作业错误号W#16#0000W#16#0000至至W#16#FFW#16#FFFFFFW#16#0W#16#02调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数STS_EN：状态使能端。其状态显示高频脉冲输出的条件是否成立，当STS_EN端的状态为“1”时，表示高频脉冲输出条件成立，通道处于延时或输出状态。n n参数STS_STRT：硬件门状态。无论是否启动硬件门功能，参数STS_STRT的状态与通道对应的硬件门的状态一致。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数STS_DO：为通道的输出状态，当通道作为数字量输出或高频脉冲输出时，STS_DO端的状态与通道输出的状态一致。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数参数JOB_DONEJOB_DONE：为可以启动新作业的端，正常：为可以启动新作业的端，正常情况下情况下JOB_DONEJOB_DONE端的状态为端的状态为“1”“1”，表示可以，表示可以启动新作业；当启动新作业；当JOB_REQJOB_REQ端有上升沿时，将执行端有上升沿时，将执行指定作业修改对应参数，这时指定作业修改对应参数，这时JOB_DONEJOB_DONE的状态的状态将变为将变为“0”“0”，当作业执行完毕，参数修改好以后，当作业执行完毕，参数修改好以后，JOB_DONEJOB_DONE的状态将自动恢复为的状态将自动恢复为“1”“1”状态。注状态。注意，一般作业执行的时间很短，因此意，一般作业执行的时间很短，因此JOB_DONEJOB_DONE为为“0”“0”的状态时间也很短。在做实验时用肉眼很的状态时间也很短。在做实验时用肉眼很难观察到难观察到JOB_DONEJOB_DONE端的状态变化，可以在程序端的状态变化，可以在程序中用中用JOB_DONEJOB_DONE输出的信号控制一个加法计数器，输出的信号控制一个加法计数器，可以看到，作业每启动一次，计数器的值都会加可以看到，作业每启动一次，计数器的值都会加1 1，证明在执行作业时，证明在执行作业时，JOB_DONEJOB_DONE端的状态的确端的状态的确发生过变化。发生过变化。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n参数JOB_ERR：为故障作业，当JOB_ERR的状态为“0”时，表示作业执行正常，当JOB_ERR的状态为“1”时，表示有故障发生，具体故障原因可查看故障代码（由JOB_STAT端读取）n n参数JOB_STAT：为作业错误代码。如果发生作业错误，则JOB_ERR=TRUE。JOB_STAT中将给出精确的错误原因。具体如下表所示2调用系统功能块调用系统功能块SFB49事件类别事件类别错误错误代码代码解释解释W#16#041W#16#0411 1周期过短。周期过短。W#16#041W#16#0412 2周期过长。周期过长。W#16#042W#16#0421 1延时过短。延时过短。W#16#042W#16#0422 2延时过长。延时过长。W#16#043W#16#0431 1最小脉冲周最小脉冲周期过短。期过短。W#16#043W#16#0432 2最小脉冲周最小脉冲周期过长。期过长。W#16#04FW#16#04FF F作业号非法。作业号非法。2调用系统功能块调用系统功能块SFB49n n发生系统错误后，事件类别错误代码解释如下：n nW#16#8001 操作模式错误或参数错误。在“组态硬件”中设置正确的操作模式，或使用与已设置的操作模式相匹配的SFB。n nW#16#8009 通道号非法。例如：将通道号设置值3(CPU的专用值)。高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n控制要求：使用西门子PLC，在CPU313C模块的0通道通过软件门单独控制，产生周期为20MS，占空比为1：4，最小脉宽为1MS的高频脉冲，延时时间为2秒钟。在1通道通过硬件门和软件门同时控制产生周期为4秒钟，占空比为1：3，最小脉宽为500MS的高频脉冲，延时时间为0秒钟。硬件门打开时不调用硬件中断组织块。高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n1进行硬件设置：n n创建项目（取名为高频脉冲输出练习），选择CPU型号为CPU313Cn n打开该项目中的硬件组态工具并双击count进行属性-计数器话框。n n在属性-计数对话框中选择channel：0，operating：pulseWidthmodulation，并在弹出的对话框中选择OK键进行确定。高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n选择最后一个标签选择最后一个标签pulsewidthmodulationpulsewidthmodulation（脉（脉宽调制标签）并进行宽调制标签）并进行operationparameteroperationparameter（操作（操作参数）设置：参数）设置：OutputformatOutputformat（输出格式）：选择（输出格式）：选择permilepermilen nOn-delayOn-delay（接通延时）：（接通延时）：2000020000n nperiodperiod（周期）：（周期）：200200n nMinimumpulseperiodMinimumpulseperiod（最小脉宽）：（最小脉宽）：1010n n输入参数选择时，不选硬件门输入参数选择时，不选硬件门高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n设置效果如图所示高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n按OK键确认设置，并再次双击count设置通道1。过程与步骤C、D相同，设置效果如图所示：高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n按OK键确认设置，并双击DI24/DO16将CPU313C自带的输入输出点的地址由系统默认的124字节开始，修改为从0字节开始，修改效果如图所示：高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n对硬件设置进行保存编译（saveandcompile）和下载（download）。完成硬件设置。高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n2 2编写程序调用系统功能块编写程序调用系统功能块SFB49SFB49n n打开组织块打开组织块OB1OB1，在，在library-standardlibrary-library-standardlibrary-systemFunctionBlockssystemFunctionBlocks菜单下双击菜单下双击SFB49SFB49进行进行调用（调用两次，调用（调用两次，0 0通道和通道和1 1通道。通道。n n为两个为两个SFB49SFB49分别指定背景数据块分别指定背景数据块DB1DB1和和DB2DB2（如果数据块不存在，程序编辑器将自动产（如果数据块不存在，程序编辑器将自动产生数据块中的变量，使其与生数据块中的变量，使其与SFB49SFB49的参数保持一的参数保持一致，成为致，成为SFB49SFB49的背景数据块）。的背景数据块）。高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n对SFB49参数进行设置，结果如图所示：高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n对程序进行保存，下载组织块OB1和指定的数据块DB1、DB2到PLC。n n注意由于数据块是用户据需要设置的，因此在使用时必须先下载到PLC中，否则在执行程序时，一旦PLC执行到需要访问数据块时，CPU将发生出错并停机，系统功能块SFB49集成在PLC的CPU中，因此不需要下载。高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n33进行联机调试。进行联机调试。n n将将PLCPLC工作模式选择开关拨到工作模式选择开关拨到RUNRUN，按下，按下I0.0I0.0端的控制按钮（保持端的控制按钮（保持2 2秒钟以上），观察秒钟以上），观察0 0通道的通道的状态，可以看到状态，可以看到0 0通道在等通道在等2 2秒之后，有高频脉冲秒之后，有高频脉冲输出。对程序进行在线监控，观察输出。对程序进行在线监控，观察M0.0M0.0，M0.2M0.2的的状态，可以看到状态，可以看到M0.0M0.0的状态与的状态与I0.0I0.0的状态一致，的状态一致，M0.2M0.2的状态与的状态与0 0通道的状态一致。按下通道的状态一致。按下0 0通道的硬通道的硬件门件门I0.2I0.2对应的控制按钮，观察对应的控制按钮，观察M0.1M0.1的状态。的状态。高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n按钮按钮I0.1I0.1端的控制按钮，观察端的控制按钮，观察1 1通道的状态，可通道的状态，可看到，由于看到，由于1 1通道硬件设置时，采用硬件门控制，通道硬件设置时，采用硬件门控制，因此单独按下软件门的控制端时（这里为因此单独按下软件门的控制端时（这里为I0.1I0.1），），1 1通道没有脉冲输出。保持通道没有脉冲输出。保持I0.1I0.1的状态为的状态为“1”“1”，同时按下同时按下1 1通道的硬件门通道的硬件门I0.5I0.5对应的控制按钮，观对应的控制按钮，观察察1 1通道的状态，松开硬件门通道的状态，松开硬件门I0.5I0.5的对应按钮，可的对应按钮，可以观察到以观察到1 1通道的脉冲继续输出，当松开软件门的通道的脉冲继续输出，当松开软件门的控制按钮控制按钮I0.1I0.1，则脉冲立刻停止输出。，则脉冲立刻停止输出。观察观察M1.0M1.0与与I0.1I0.1和和I0.5I0.5状态的对应关系。状态的对应关系。高频脉冲输出控制举例高频脉冲输出控制举例n n先按下1通道硬件门I0.5的控制按钮，观察1通道和M1.0M1.2各位的状态，保持I0.5的状态为“1”，按下软件门的控制按钮I0.1，观察1通道是否有脉冲输出（没有），保持软件门的状态为“1”，松开I0.5的控制按钮，可以看到，这是1通道有脉冲输出，松开I0.1，脉冲将停止输出。n n实训目的n n1掌握步进电机与步进电机驱动器的接线方法以及PLC与步进电机驱动器的接线方法n n2掌握PLC高频脉冲的控制方法n n实训设备n n实训内容：步进电机控制实训设备实训设备n n1PLC实验板（CPU313C）n n2步进电机一台n n3步进电机驱动器一台n n4拨动开关5只，指示灯6只n n5导线若干以及电工工具n n6PC机和STEP7编程调试软件实训内容：步进电机控制n n项目内容：本项目以北京斯达微步控制技术有限公司生产的系列步进电机以及步进电机驱动器为例，采用西门子PLC（CPU313C）实现步进电机的控制，步进电机控制要求如下所示：n n（1）选择开关SA1决定步进电机的工作模式，当SA1状态为0时，步进电机处于可运行模式，当SA1的状态为“1”时，步进电机处于设置参数模式。实训内容：步进电机控制n n（2）当步进电机处于工作模式时，控制要求如下：方向控制按钮SA2的状态为“0”时，要求步进电机旋转方向为顺时针（正转），为“1”要求为逆时针（反转）。当按下长动按钮SB1时，要求步进电机旋转（方向由SA2决定），当按下停止按钮SB2时，步进电机停止运行。当按下点动定时按钮SB3时，步进电机将按点动过程运动。实训内容：步进电机控制n n（3 3）当步进电机处于参数设置模式时，控制要求）当步进电机处于参数设置模式时，控制要求如下：按钮如下：按钮SB1SB1作为作业操作请求按钮，作业为作为作业操作请求按钮，作业为固定内容即：修改周期参数。按钮固定内容即：修改周期参数。按钮SB3SB3为步进电为步进电机速度的切换按钮，要求步进电机可以在以下几机速度的切换按钮，要求步进电机可以在以下几种频率运行种频率运行2.5khz2.5khz，2.4khz2.4khz，2.25khz2.25khz，2khz2khz，1.75khz1.75khz，1.5khz1.5khz。每种工作频率切换时，分别由。每种工作频率切换时，分别由HL1HL1、HL2HL2、HL3HL3、HL4HL4、HL5HL5、HL6HL6显示。当步显示。当步进电机处于运行工作模式时，步进电机实际运行进电机处于运行工作模式时，步进电机实际运行时的速度（频率）也由时的速度（频率）也由HL1HL1、HL2HL2、HL3HL3、HL4HL4、HL5H