西門(mén)子S7-400中央處理器CPU414-3西門(mén)子代理商

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西門(mén)子S7-200 SMART控制步進(jìn)電機(jī)（一）

  一、前言

       步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一般電動(dòng)機(jī)是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是一步一步進(jìn)行的。每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。通過(guò)改變脈沖頻率和數(shù)量，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速和控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移大小，具有較高的定位精度，其*小步距角可達(dá)0.750，轉(zhuǎn)動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)反應(yīng)靈敏、可靠。該電動(dòng)機(jī)在開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

       1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)

       步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

       2、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的重要參數(shù)

       （1）步距角

       它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電動(dòng)機(jī)出廠時(shí)給出了個(gè)步距角的值，這個(gè)步距角可以稱之為“電動(dòng)機(jī)固有步距角”，但它不一定是電動(dòng)機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。

       （2）相數(shù)

       步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)是指電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)， 目前常用的有二相、三相、四相、五相等步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電動(dòng)機(jī)的步距角為0.9/1.8"、三相的為0.750 /1.50、五相的為0.360 /0.72。在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則“相數(shù)”將變得沒(méi)有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。

       （3）保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）

       保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)*重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)*重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說(shuō)2N.m的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

       （4）制轉(zhuǎn)矩（DETENT TORQUE）

       鉗制轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒(méi)有鉗制轉(zhuǎn)矩。

       3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要的特點(diǎn)

       （1）一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度為步進(jìn)角的3%~5%，且不累積。

       （2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)外表允許的*高溫度取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電動(dòng)機(jī)外表允許的*高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)。一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在130℃以上，有的甚至高達(dá)200℃以上，所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)外表溫度在80~90℃完全正常。

       （3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì);頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電動(dòng)機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。

       （4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無(wú)法起動(dòng)，并伴有嘯鳴聲。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)-空載起動(dòng)頻率，即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在空載情況下能夠正常起動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電動(dòng)機(jī)不能正常起動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，起動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電動(dòng)機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即起動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?/span>

       4、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分

       步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角的細(xì)分。一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分為1、2、4、8、16、64、128和256幾種，通常細(xì)分?jǐn)?shù)不超過(guò)256，例如當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為1.8，那么當(dāng)細(xì)分為2時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)收到一個(gè)脈·沖，只轉(zhuǎn)動(dòng)，可見(jiàn)控制精度提高了1倍。細(xì)分?jǐn)?shù)選擇要合理，并非細(xì)分越多越好，要根據(jù)實(shí)際情況而定。細(xì)分?jǐn)?shù)一般在步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器上通過(guò)撥鈕設(shè)定。

       5，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的主要應(yīng)用情況介紹

       步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種家電產(chǎn)品中，例如打印機(jī)、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、玩具、雨刷、震動(dòng)尋呼機(jī)、機(jī)械手臂和錄像機(jī)等。另外步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中。由于通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)可以很方便地控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角位移，且步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的誤差不積累，可以達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。還可以通過(guò)控制頻率很方便地改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度，達(dá)到任意調(diào)速的目的，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以廣泛地應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中。

       二、軟硬件準(zhǔn)備

       1、軟件

       STEP7-Micro/WIN SMART V2.3

       2、硬件

       （1）、一臺(tái)57步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)：5718HB4401

       （2）、一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)：DM542

       （3）、一臺(tái)PLC：西門(mén)子S7-200 SMART ST40

       關(guān)于CPU類(lèi)型的選擇，西門(mén)子S7-200 SMART PLC的CPU有SR20、ST20、CR20s到SR60、ST60、CR60s等多個(gè)類(lèi)型，數(shù)字越大，能輸出的脈沖頻率就越高，能適應(yīng)更高要求的電機(jī)控制，因此需要控制步進(jìn)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，SR20、ST20 CPU無(wú)法滿足如此高速脈沖的輸出，同時(shí)SR20和ST20只有兩個(gè)高速脈沖輸出口。

       三、接線

       1、PLC接線

       2、步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線

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PROFINET CBA是什么 PROFINET CBA簡(jiǎn)介

PROFINET CBA

??1. PROFINET CBA的基本概念

??CBA是基于組件的自動(dòng)化(Component based Automation)的簡(jiǎn)稱。PROFINET CBA將自動(dòng)控制系統(tǒng)組織為獨(dú)立的組件。這些組件可以是子網(wǎng)絡(luò)、PLC或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。組件包括所有的硬件組態(tài)數(shù)據(jù)、模塊參數(shù)和有關(guān)的用戶程序。

??CBA采用Microsoft的組件模型COM/DCOM，這是在PC領(lǐng)域中應(yīng)用*廣的數(shù)據(jù)與通信模型，它確定了不同設(shè)備軟件部件之間數(shù)據(jù)交換的協(xié)議。

??可以用PROFINETIO將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集成在PROFINETCBA組件中。通過(guò)使用代理設(shè)備，還可以用CBA使所有現(xiàn)有的子網(wǎng)與PLC或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(例如PROFIBUS-DP設(shè)備)互連，形成更大的自動(dòng)化系統(tǒng)。

??可以通過(guò)統(tǒng)一定義的接口訪問(wèn)這些PROFINET組件。這些組件可以用任意方式互連，以實(shí)現(xiàn)過(guò)程組態(tài)。開(kāi)放的工程接口允許用不同的制造商提供的PROFINET組件實(shí)現(xiàn)圖形組態(tài)。

??在STEP7中，將有關(guān)的機(jī)械部件、電氣/電子部件和應(yīng)用軟件等具有獨(dú)立工作能力的工藝模塊抽象為一個(gè)封裝好的組件，并為組件定義標(biāo)準(zhǔn)的接口，以實(shí)現(xiàn)組件之間的標(biāo)準(zhǔn)通信。

??可以將生產(chǎn)線的單臺(tái)機(jī)器定義為生產(chǎn)線或過(guò)程中的一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)模塊”。各組件之間用PROFINET 連接。由于組件使用了標(biāo)準(zhǔn)的接口，使得各組件之間的連接變得極為簡(jiǎn)單。不同的組件可以像模塊一樣組合，完全獨(dú)立于其內(nèi)部程序。在CBA的組態(tài)工具iMap中，組件是一種軟件模塊，可以像搭積木一樣組合組件。各組件之間的PROFINET和PROFIBUS的通信用iMap進(jìn)行圖形化組態(tài)，不需要編程。通過(guò)模塊化這一成功理念，可以顯著降低機(jī)器和工廠建設(shè)中的組態(tài)與在線調(diào)試的時(shí)間。iMap還可以為系統(tǒng)組態(tài)簡(jiǎn)單的診斷。

??對(duì)于設(shè)備與工廠的設(shè)計(jì)者，工藝模塊化能更好地對(duì)用戶的設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，組件可以重復(fù)利用。因此可以對(duì)不同的客戶要求作出更快、更靈活的反應(yīng)?？梢詫?duì)各臺(tái)設(shè)備和工段提前進(jìn)行預(yù)先測(cè)試，交付工廠后可以立即使用，因此可以縮短系統(tǒng)上線調(diào)試階段的時(shí)間。作為系統(tǒng)操作者和管理者，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到管理層，用戶都可以從II標(biāo)準(zhǔn)的通用通信中獲取信息。對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展也很容易。

??2. SIMATIC iMap

??在STEP 7中，用菜單命令來(lái)創(chuàng)建 PROFINET 組件，生成的組件在外觀上有可以互連可診斷的接口。PROFINET組件的技術(shù)接口是用XML(Extensible markup language，可擴(kuò)展符號(hào)化語(yǔ)言)來(lái)定義的。PROFINET組件集成了硬件組態(tài)和用戶程序的信息。

??iMap是用于圖形化組態(tài)技術(shù)功能模塊之間的數(shù)據(jù)通信的軟件。它用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)組態(tài)，還可以對(duì)技術(shù)功能模塊作簡(jiǎn)單的診斷。iMap用圖形化方式連接組件的接口，以實(shí)現(xiàn)組件之間的數(shù)據(jù)交換。作者使用的是隨書(shū)光盤(pán)中的V3.0版的iMap。

??安裝好STEP7后，需要單獨(dú)安裝iMap STEP7AddOn，才能在STEP7中定義組件接口和創(chuàng)建PROFINET組件。STEP7和iMap都附有iMap STEP7AddOn。

??3. PN CBA組態(tài)和調(diào)試的步驟

??1)在STEP7中進(jìn)行硬件組態(tài)和下載，創(chuàng)建和編輯組件。

??2)在iMap中導(dǎo)入組件和將組件互連。

??3)下載組件，測(cè)試組件和系統(tǒng)功能。

??4. PROFINET組件設(shè)備

??以下的SIMATIC產(chǎn)品可以用于PROFINET分布式智能設(shè)備通信，可以組態(tài)為一個(gè)CBA 的組件，與其它的組件通信。

??1)CPU315/317-2DP/PN用于處理過(guò)程信號(hào)，直接將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到工業(yè)以太網(wǎng)。

??2)CP343-1是S7-300連接現(xiàn)場(chǎng)PROFINET設(shè)備的通信處理器。

??3)CP 443-1 Advanced是S7-400連接現(xiàn)場(chǎng)PROFINET設(shè)備的通信處理器。帶有集成的WEB服務(wù)器和集成的交換機(jī)。

??4)通信處理器CP1616用于將PC連接到PROFINET現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，它帶有集成的交換機(jī)。

??5)PN CBA OPC Server是PC的應(yīng)用程序接口，用于PC與CBA組件通信。

??6)PROFIBUS設(shè)備可以組態(tài)為一個(gè)CBA組件。通過(guò)CPU315-PN/DP等代理設(shè)備，可以與其他組件通信。