任务1 步进电动机的使用与维护,任务2 伺服电动机的使用与维护,任务1 步进电动机的使用与维护,技能点 设置步进电动机驱动器的模式与参数 步进电动机控制线路的安装与故障检修 知识点 步进电动机 步进电动机驱动器 步进电动机的PLC控制程序,任务提出,控制电动机的主要任务是转换和传递控制信号。控制电动机系统由可编程序控制器（PLC）、驱动器和控制电动机构成，如图所示。PLC发出控制信号，信号电流10mA左右。驱动器在控制信号作用下输出较大的电流（安培级）驱动控制电动机产生角位移，从而对机械运动装置实施控制。,控制电动机系统框图,步进电动机控制线路如图所示，本任务对步进电动机实现正转、反转和停止控制。 在图中，PLC输出端Q0.0发出步数脉冲信号，通过2K限流电阻送入步进驱动器的PUL+端，脉冲的数量与步进电动机的角位移成正比。PLC输出端Q0.1发出方向控制信号，通过2K限流电阻送入步进驱动器的DIR+端，它的高低电平决定步进电动机的旋转方向。,步进电动机控制线路,任务分析,要完成本任务，需要熟悉步进电动机和步进驱动器的基本结构和工作原理。首先准备一台步进电动机，按照步进电动机控制线路图将其控制线路进行装调，然后再对步进电动机驱动器的参数进行设置，最后对其控制线路进行调试，如果不满足控制要求，则应该对其进行故障排除。本次任务的重点是：从电气连接角度讲，要正确连接直流电源、PLC（涉及输入、输出极性）、驱动器和电动机。从控制角度讲，要掌握步进驱动器的设置方法，初步了解PLC的脉冲控制程序。,相关知识,一、步进电动机 1. 结构 步进电动机由转子和定子构成，其实物分解如图所示，可以看出，轮子表面有许多均匀分布的齿。,步进电动机实物分解图,2. 工作原理,步进电动机的定子相数一般为两相六相，每相两个绕组套在一对磁极上。如图所示是三相步进电动机原理示意图，在定子上有AA、BB、CC三对磁极，每对磁极间隔120。,三相步进电动机原理示意图,步进电动机转子圆周上均匀分布4个齿。当A相绕组通电时，由于磁力线力图通过磁阻最小的路径，转子受到磁阻转矩的作用，必然转到其磁极轴线与定子磁极轴线对齐，即转子1、3磁极与定子A相磁极对齐，此时磁阻转矩为零，转子停止转动，位置如图（a）所示。,三相步进电动机原理示意图,当A相断电，B相绕组通电时，磁阻转矩吸引转子逆时针方向转动30，即转子2、4磁极与B相磁极对齐，位置如图（b）所示。同样，当B相断电，C相绕组通电时，磁阻转矩吸引转子再逆时针方向转动30，使转子1、3磁极与C相磁极对齐，位置如图（c）所示。,三相步进电动机原理示意图,由此可知，一般电动机是连续旋转的，而步进电动机是“一个脉冲电流转动一步”的电动机，每步旋转的固定角度称为步距角。若按ABC顺序轮流给三相定子绕组通电，则转子以30的步距角一步一步地逆时针转动；若按ACB顺序轮流给三相定子绕组通电，则转子以30的步距角一步一步地顺时针转动。 这种按ABCA方式运行的称为三相单三拍，“三相”是指步进电机具有三相定子绕组，“单”是指每次只有一相绕组通电，“三拍”是指三次换接为一个循环。,3. 小步距角的步进电动机,实际步进电动机的转子齿数很多，步距角相应很小，多为13，步距角越小，加工精度越高。步距角为3的三相步进电动机的结构如图所示。,三相步进电动机磁极小齿结构,4. 步进电动机的铭牌,保持转矩是指步进电动机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。通常步进电动机在低速时的力矩接近保持转矩，由于步进电动机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，所以保持转矩就成为衡量步进电机重要参数之一。,5. 步进电动机的特点,（1）电动机转速只与脉冲频率有关，不受电压、电流的波动与温度的影响。 （2）误差不积累。每一步虽然有误差，但转过一周时，累积误差为零。 （3）控制性能好。精度高、快速性好，灵敏、准确、可靠。,二、步进电动机驱动器,1. 步进驱动器的工作参数 型号为3MD560的三相步进电动机驱动器，其主要工作参数为： （1）供电电压； （2）输出相电流； （3）控制信号输入电流； （4）信号输入/输出方式； （5）步进脉冲响应频率； （6）8挡细分； （7）静止时自动半流功能。,步进驱动器信号光电耦合输入方式,2. 步进驱动器的外部接线端,步进电动机驱动器3MD560的工作方式设置开关与外部接线端如图所示，将SW1SW8向左拨为状态ON，向右拨为状态OFF。外部接线端的功能说明见下表。,3MD560的工作方式设置开关与外部接线端,步进驱动器外部接线端功能说明,3. 步进驱动器的细分设置,步进电动机驱动器3MD560的细分设置见表，SW6SW8的开关状态决定了细分步数。例如，要求细分步数为5 000步/圈，则开关SW6SW8的状态设置为ON、OFF、OFF，此时步进电动机的步距角为360/5000=0.0072。,细分设置表,4. 步进驱动器输出电流的设置 5. 步进驱动器静态电流的设置 通常SW5设置为OFF状态（静态电流半流），当步进电动机上电后，即使静止时也保持自动半流的锁紧状态，可锁定运动机械的停止位置。半流可显著减少步进电动机的发热量。 6. 脱机 如果在步进电动机静止时需要改变运动机械的位置，可使脱机信号ON，此时步进电动机断电处于非锁紧状态。,三、步进电动机的PLC控制程序,步进电动机的PLC控制程序如图所示。网络1是典型的启动/停止控制，当按下启动按钮时，I0.0接通，M0.0通电自锁；当按下停止按钮时，I0.1分断，M0.0断电解除自锁。,步进电动机的PLC控制程序,在网络2中，当M0.0触点闭合时，周期为1ms的定时器T32和T96构成振荡电路，T96接通1ms，断开1ms反复循环，产生周期为2ms（频率500Hz）的方波脉冲信号。 在网络3中，当M0.0触点闭合时，频率为500Hz的脉冲信号从Q0.0端输出。 在网络4中，当I0.2触点断开时，Q0.1端输出低电平，步进电动机正转；当I0.2触点闭合时，Q0.1端输出高电平，步进电动机反转。,步进电动机的PLC控制程序,任务实施,一、准备工作 1. 电源 直流24V电源，输出电流6A。 2. 工具与仪表 电工工具1套（验电笔、一字和十字旋具、钢丝钳、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳等），MF30型万用表1块。 3. 选用元器件及导线 控制板、线槽、接线排、各种规格软线和紧固件、编码套管等，电气元器件明细表见下表。,电气元器件明细表,二、安装与调试,1. 测量步进电动机三相绕组的直流电阻 用万用表测量步进电动机三相绕组的直流电阻，各相阻值应对称。由于绕组两两串联，所以测量阻值约为1。若阻值有较大差异，可能是绕组断线或短路所致，应进一步检查。步进电动机转轴应灵活转动无杂音。 2. 连接控制线路 连接步进电动机控制线路。,3. 设置步进驱动器细分步数 设置步进驱动器工作方式开关，使得SW6SW8为ON、OFF、OFF状态，即细分步数为5 000步/圈。 因为PLC产生的脉冲信号频率为500Hz，所以转子旋转一周的时间为10s，即步进电动机的转速为6转/min。 4. 设置步进驱动器输出相电流 设置步进驱动器工作方式开关，使得SW1SW4为OFF、OFF、ON、ON状态，即输出相电流为4.9A。 5. 设置步进驱动器静态输出电流 将SW5设置为OFF状态，即步进电动机的静态电流为半流。,三、操作步骤,接通直流24V电源，停止操作时及时断开电源。 1. PLC处于运行状态 下载PLC控制程序，并将PLC设置为运行状态。 2. 正转 按下启动按钮SB1，步进电动机正转。 3. 反转 拨动反转开关SB3，步进电动机反转。 4. 停止 运行中按下停止按钮SB2，步进电动机停止。,四、故障检修,1. 步进电动机不运转 当按下启动按钮后，步进电动机不运转，故障原因可能是： （1）直流电源未开启。采取措施是开启直流电源。 （2）PLC处于停止（STOP）状态。采取措施是转为运转（RUN）状态。 （3）按钮损坏或按钮接线有误。如果按钮损坏或按钮接线有误，则PLC相应输入端LED不亮；如果按钮和接线正常，则PLC相应输入端LED亮。可快速判断故障所在并采取相应措施。,2. 步进电动机温度过高 如果步进电动机温度过高，会产生消磁作用，降低电磁转矩，造成转动无力，故障原因可能是： （1）步进驱动器输出相电流过大。采取措施是重新检查和设置SW1SW4开关状态，减小输出相电流。 （2）SW5设置为ON状态（静态电流全流）。采取措施是SW5设置为OFF状态（静态电流半流）。 （3）机械负荷过大。采取措施是调整负荷或更换更大容量的步进电动机。 （4）使用环境温度超标。采取措施是通风和降温。 3. 步进电动机静止时不能锁紧。 如果步进电动机静止时不能锁紧，故障原因是脱机控制端ENA接入信号ON，采取措施是脱机控制端ENA信号OFF。,任务评价,评分标准,思考与练习,1. 步进电动机的特点是什么？ 2. 什么是步进电动机的三相单三拍运行方式？ 3. 如何改变步进电动机的旋转方向？ 4. 什么是步进驱动器的细分？细分的作用是什么？怎样设置细分步数？,任务1 步进电动机的使用与维护,任务2 伺服电动机的使用与维护,任务2 伺服电动机的使用与维护,技能点 伺服电动机控制线路的装调与操作 伺服电动机控制线路的故障排除 知识点 交流伺服电动机 交流伺服驱动器的工作参数 交流伺服驱动器的控制参数 伺服电动机的PLC控制程,任务提出,伺服电动机控制线路如图所示，本任务对伺服电动机实现正转、反转和停止控制。,伺服电动机控制线路,任务分析,本次任务的重点是：从电气连接角度讲，要正确连接直流电源、PLC（涉及输入、输出极性）、驱动器和电动机。从控制角度讲，要掌握交流伺服驱动器的设置方法，初步了解PLC的脉冲控制程序。 伺服电动机是通过电动机内部旋转编码器实现反馈的闭环控制电动机。伺服电动机的控制精度通常高于步进电动机，伺服电动机在低速情况下也不会产生步进电动机的抖动现象。由于伺服电动机的实际旋转角速度要反馈到伺服驱动器中，所以在使用伺服电动机时必须根据设备的机械性能（刚性、惯量、回路响应、速度响应等）设置伺服驱动器相应的控制参数，否则伺服电动机不能正常工作。,相关知识,一、交流伺服电动机 三相交流伺服电动机如图所示。,交流伺服电动机和交流伺服驱动器,以欧姆龙三相伺服电动机R88M-G20030H-Z为例，其额定功率200W，额定电压为交流200V240V，额定电流1.6A，额定转速3 000r/min，旋转编码器精度为2 500脉冲/转。,二、交流伺服驱动器工作参数,欧姆龙三相交流伺服驱动器R7D-BP02HH-Z如上图所示，工作参数见表。,R7D-BP02HH-Z伺服驱动器工作参数,交流伺服驱动器主回路的工作原理类似于变频器。三相交流伺服驱动器R7D-BP02HH-Z输入电源为单相交流220V，通过整流电路将交流电变换为直流电，然后通过逆变电路将直流电转换为三相交流电输出。输出端三相交流电的频率根据脉冲信号进行变化，在电动机转子空间形成旋转磁场，进而控制转子的速度。,交流伺服驱动器R7D-BP02HH-Z输入输出端口,三、交流伺服驱动器控制参数,在本任务中均使用交流伺服驱动器默认控制参数，其相关参数见表。 伺服驱动器位置控制模式的相关参数 为了便于学习，在本任务中伺服电动机未接任何机械负载，所以机械性能控制参数Pn10、Pn11采用默认值，如果伺服电动机接有联轴器或皮带盘，则必须根据机械特性设置Pn10、Pn11控制参数，否则伺服驱动器报警停止输出。,Pn40Pn4B为位置控制参数，决定脉冲与角位移的关系，根据默认值的计算结果如下列公式所示，一个脉冲信号可产生角位移0.144，2500个脉冲信号旋转一周。,如果修改伺服驱动器的控制参数，需要用RS-232C编程电缆连接计算机COM1通信口与伺服驱动器编程口CN3，通过伺服驱动器软件改写控制参数。,四、伺服电动机的PLC控制程序,伺服