西门子模块6ES7355-1VH10-0AE0详细说明

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步进电机驱动器原理是一种作为控制用的特种电机, 它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的, 其特点是没有积累误差(精度为100%), 所以广泛应用于各种开环控制。

步进电机驱动器原理是步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说: 控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。

所以，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，步进电机驱动器原理可以对电机精确定位目的； 2.何为驱动器的细分。要了解“细分”，先要弄清“步距角”这个概念：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，如ss3402A64A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，步进电机驱动器原理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，参见下表（还以型86BYG250A电机为例）：电机固有步距角 所用驱动器类型及工作状态 电机运行时的真正步距角 0.9°/1.8° 驱动器工作在半步状态 0.9° 0.9°/1.8° 细分驱动器工作在5细分状态 0.36° 0.9°/1.8° 细分驱动器工作在10细分状态 0.18° 0.9°/1.8° 细分驱动器工作在20细分状态 0.09° 0.9°/1.8° 细分驱动器工作在40细分状态 0.045° 从上表可以看出：步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了，如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为‘电机固有步距角’的十分之一，也就是说：‘当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18° ’，这就是细分的基本概念。 细分功能完全是由驱动器*精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。

步进电机驱动器原理的驱动器细分有什么优点，为什么一定建议我使用细分功能。驱动器细分后的主要优点为：?完全了电机的低频振荡。

低频振荡是步进电机（尤其是反应式电机）的固有特性，而细分是它的唯一途径，如果您的步进电机有时要在共振区工作（如走圆弧），步进电机驱动器原理选择细分驱动器是唯一的选择。

步进电机驱动器原理为提高了电机的输出转矩。尤其是对三相反应式电机，其力矩比不细分时提高约30-40% 。

步进电机驱动器原理为提高了电机的分辨率。由于减小了步距角、提高了步距的均匀度，‘提高电机的分辨率’是不言而喻的。

步进电机驱动器原理以上这些优点，尤其是在性能上的优点，并不是一个量的变化，而是质的飞跃。根据我们的记录，原来使用不细分驱动器的用户通过比较后，大都改选为细分驱动器。

步进电机驱动器原理所以我们建议您最好选用细分驱动器。 4.何为混合式步进电机，何为反应式步进电机，两者有何区别。

步进电机驱动器原理在结构和材料上不同，反应式电机不象混合式电机那样内部具有永久磁性材料，故反应式电机没有自阻，而混合式电机有自阻（即在电机未加电的情况下有一定的自锁力）。?在运行性能上有差别，混合式电机运行时相对较平稳，输出力矩相对较大，运行声音小。

步进电机驱动器原理在两种电机在价格上有差别，反应式电机比混合式电机相对便宜。 5.何为步进电机的相数，我应该选择几相的步进电机。

步进电机驱动器原理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。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°等、五相的为0.36°/0.72° 。

步进电机驱动器原理在没有细分驱动器时，用户主要*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‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

我正准备选择五相混合式步进电机，请问有何建议。 五相混合式步进电机处于正在淘汰状态，所以我们建议：如果您一定要用五相的步距角（0.36°），请您选用二相混合式步进电机和配套的细分驱动器，在5细分状态下的步距角同样为0.36°，步进电机驱动器原理并且细分后的步距角比五相固有的步距角更均匀、定位精度更高、运行更平稳、出力更大。

步进电机驱动器原理使用的是西门子PLC，其输入信号应怎样和驱动器相连。　西门子PLC应用非常广泛（一般采用DC24V电源），从表面看来似乎很难和共阳的驱动器相连，下图是其连接方法。

步进电机接线方法和电流设定问题。步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机接线方法广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。

1.何为步进电机，何为步进电机驱动器？步进电机是一种作为控制用的特种电机,它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的,其特点是没有积累误差(精度为100%),所以广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动,这种装置就是步进电机驱动器,它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移,或者说:控制系统每发一个脉冲信号,通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位目的；

 

2.何为驱动器的细分？要了解“细分”，先要弄清“步距角”这个概念：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，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），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，参见下表(还以型86BYG250A电机为例)：电机固有步距角所用驱动器类型及工作状态电机运行时的真正步距角0.9°/1.8°驱动器工作在半步状态0.9°0.9°/1.8°细分驱动器工作在5细分状态0.36°0.9°/1.8°细分驱动器工作在10细分状态0.18°0.9°/1.8°细分驱动器工作在20细分状态0.09°0.9°/1.8°细分驱动器工作在40细分状态0.045°从上表可以看出：步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了，如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为‘电机固有步距角’的十分之一，也就是说：‘当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18°’，这就是细分的基本概念。细分功能完全是由驱动器*精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。

 

3.驱动器细分有什么优点，为什么一定建议我使用细分功能？

 

驱动器细分后的主要优点为：?完全了电机的低频振荡。低频振荡是步进电机(尤其是反应式电机)的固有特性，而细分是它的唯一途径，如果您的步进电机有时要在共振区工作(如走圆弧)，选择细分驱动器是唯一的选择。?提高了电机的输出转矩。尤其是对三相反应式电机，其力矩比不细分时提高约30-40%。?提高了电机的分辨率。由于减小了步距角、提高了步距的均匀度，‘提高电机的分辨率’是不言而喻的。

 

以上这些优点，尤其是在性能上的优点，并不是一个量的变化，而是质的飞跃。根据我们的记录，原来使用不细分驱动器的用户通过比较后，大都改选为细分驱动器。所以我们建议您最好选用细分驱动器。

 

4.何为混合式步进电机，何为反应式步进电机，两者有何区别？

 

在结构和材料上不同，反应式电机不象混合式电机那样内部具有永久磁性材料，故反应式电机没有自阻，而混合式电机有自阻(即在电机未加电的情况下有一定的自锁力)。?在运行性能上有差别，混合式电机运行时相对较平稳，输出力矩相对较大，运行声音小。?两种电机在价格上有差别，反应式电机比混合式电机相对便宜。

 

5.何为步进电机的相数，我应该选择几相的步进电机？

 

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。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°等、五相的为0.36°/0.72°。在没有细分驱动器时，用户主要*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‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

 

6.我正准备选择五相混合式步进电机，请问有何建议？

 

五相混合式步进电机处于正在淘汰状态，所以我们建议：如果您一定要用五相的步距角(0.36°），请您选用二相混合式步进电机和配套的细分驱动器，在5细分状态下的步距角同样为0.36°，并且细分后的步距角比五相固有的步距角更均匀、定位精度更高、运行更平稳、出力更大。

 

7.我使用的是西门子PLC，其输入信号应怎样和驱动器相连？西门子PLC应用非常广泛(一般采用DC24V电源)，从表面看来似乎很难和共阳的驱动器相连，下图是其连接方法。

一、系统硬件

本系统采用软件环分驱动大量工作由软件完成。硬件电路十分简单。
同PLC 配合闭环控制步进电机是该驱动器的一种典型应用。

二、系统工作原理

众所周知普通的PLC 可编程控制器输入为OC 门或继电器很少有高速脉冲输出口但一般有脉冲计数输入接口。我们利用这一特征点通过以下配置可方便的完成机械运动的过程或位置控制。
在机械运动机构上安装过程控制使用的长光栅并在运动机构一端设定限位开关为机械原点(可用光电、霍尔元件) 远离限位开关为步进电机运行的正方向。当步进电机通电后首先向机械原点运行当碰到限位开关时 PLC 内部的计数器自动清零。如我们要进行机械运动的过程控制通过光栅与步进电机带动的机械部件相连确定步进电机与
光栅的脉冲当量值之后即可在PLC 可编程控制器上编程实现高速的过程控制了。例如:步进电机的脉冲当量为01001mm 与之配合的光栅反馈脉冲也选配输出每个脉冲为01001mm 这样步进电机每走一步光栅反馈一次信号到PLC 内计数器则加(或减) 一。

由于该步进电机控制驱动器有7 种速度可选在不同的运动情况下选不同的速度当运

近年来，随着我国铁路高速发展和国内外钢轨生产厂家技术水平和生产能力的提高，重轨产品的质量要求也越来越严格。对于鞍钢这样一个以生产重轨为主的大型材轧钢厂大型厂来说，设备与技术的落后严重制约着企业的发展。2001年，本着“高起点、少投入、快产出、益”的技改原则，运用当代世界领先技术，对大型厂重轨精整加工线进行了大规模技术改造，改造后的重轨生产线发生了全新变化，核心设备从国外引进，配套和附属设备由鞍钢自行设计制造，是我国目前唯一投入运行的一条具有世界先进水平的重轨生产线。由于当时工期紧张，而且改造后设备数量增加、控制复杂，使得重轨矫直、探伤、端部锯切、钻孔、淬火的生产线精整加工线生产设备监控系统没有开发，给设备管理和维护带来困难，严重影响了生产效率。
本文结合重轨加工线生产、设备的加工工艺，尤其是重轨精整加工线控制系统改造的特点，采用Siemens公司工业控制组态软件，设计了基于WinCC的精整加工线设备监控系统，实现了设备的网络化、信息化管理。

2 WinCC概述
将监控系统与原有控制系统功能分离，在PC基础上的操作员监控系统近年来发展迅速。WinCC是一个集成的人机界面(HMI)系统和监控管理系统，是结合西门子公司产品、过程自动化领域中的先进技术和微机软件技术的强大产品系列。WinCC即bbbbbbs Control Center(视窗控制中心)，它包括图形设计器、报警记录、变量记录、报表、全局脚本、用户管理等功能，使其具有高性能的过程耦合、快速的画面更新、可靠的数据管理，它在bbbbbbs NT或bbbbbbs 2000标准环境中提供所有功能，并确保地控制生产过程。
WinCC具有监控生产过程的强大功能。是基于个人计算机的数据采集与监视控制系统，它是以计算机为基础的生产过程管理与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备运行、参数调节以及各类信号报警等各项功能。WinCC具有广泛的应用和较强的兼容性。它能提供成熟可靠的操作和的组态功能，同时具有灵活的配置能力。
WinCC一个主要特点是不但支持所有连接S1MATIC S5/S7/505控制器的通讯通道，还包括Profibus-DP、DDE、OPC等非特定控制器的通讯通道。

精整加工的工艺流程为:重轨经平立复合矫直机矫直、矫后台架缓冲、检测中心探伤、横移台架缓冲、分1#线、2#线、改尺线(通常用于加工再制品)、进入锯钻组合机床对重轨端部锯切、钻孔、到达淬火台架对重轨端部淬火、最后送入检查台架进行人工检查。整个生产过程由9台Siemens公司S7-300/400 PLC分区域控制，每部分采取I/O从站分布控制，通过Profibus-DP网与从站通讯、数据交换，实现对区域生产设备的操作和控制。

4 监控系统设计
为了保证整个系统的正常、稳定运行，在不改变原有网络配置结构的前提下，将监控系统与原有控制系统功能分离，增加一台工业计算机作为上位机执行显示、操作、报警、储存等，现有进行控制的PLC作为下位机执行保护、控制和数据的采集，脱离上位机也能独立对系统进行控制，此时要考虑上、下位机通讯的要求。同时精整加工线监控系统内容庞大，工作量大，开发监控程序时要考虑调试时间的问题。
由于Siemens公司的WinCC和S7-300/400 PLC具有良好的兼容性，可以在不同通讯协议下同时进行数据采集。在设计精整加工线监控系统时，采用WinCC。新增的工业计算机采用bbbbbbs 2000操作系统，组态软件为WinCC V5.0SP2中文版，编程软件为Step7 V5.1SP4，通过CP5611通讯卡(MPI/PROFIBUS)和网卡与下位机通讯;下位机采用S7-300/400系列PLC，共9组。在考虑经济性的前提下，同时采用MPI及以太网两种协议与上位机通讯，既11#电磁站PLC及6台锯钻组合机床PLC通过自身的MPI口与上位机CP5611通讯卡连接，组成MPI通讯网络，节约7块CP通讯板;矫直机PLC及4#电磁站PLC通过以太网通讯板CP443-1与上位机网卡连接，组成以太网。众所周知，普通的PLC 可编程控制器，输入为OC 门或继电器，很少有高速脉冲输出口，但一般有脉冲计数输入接口。我们利用这一特征点，通过以下配置可方便的完成机械运动的过程或位置控制。
 
传统上，在用PLC 控制步进电机时，通常在PLC中附加一块专用的步进电机控制智能模块，再与驱动电源相连接实现控制功能。
 
供应闭环控制步进电机和步进电机驱动器产品的山社电机介绍的一种控制驱动器产品，采用单片机内置式控制软件，接收PLC 的OC 门信息，将步进电机控制模块与驱动电源合二为一，省去了步进电机控制智能模块，使成本大为降低。该驱动器适用于各种二相、小于3A 的步进电机。
 
由于该步进电机控制驱动器有7种速度可选，在不同的运动情况下选不同的速度，当运行到确定的位置后，停止步进电机即可。同时，控制驱动器内还自带升降频控制、整步/细分切换等功能，所以PLC 的控制使用十分方便。
 
在机械运动机构上安装过程控制使用的长光栅，并在运动机构一端设定限位开关为机械原点(可用光电、霍尔元件) ，远离限位开关为步进电机运行的正方向。当步进电机通电后，首先向机械原点运行，当碰到限位开关时，PLC 内部的计数器自动清零。如我们要进行机械运动的过程控制，通过光栅与步进电机带动的机械部件相连，确定步进电机与光栅的脉冲当量值之后，即可在PLC可编程控制器上编程实现高速的过程控制了。
 
例如：步进电机的脉冲当量为01001mm ，与之配合的光栅反馈脉冲也选配输出每个脉冲为01001mm ，这样步进电机每走一步，光栅反馈一次信号到PLC内，计数器则加(或减)一。
 

同传统驱动器相比，该控制步进驱动器以软件代替硬件步进电机控制器和硬件脉冲环分电路，结构简单，成本节约。采用闭环控制，根据位置传感器的不同种类和精度，可广泛适用于坐标测量仪、比长仪等各种不同精度的精密仪器和机床设备。

 1、引言

 

大型轴承内、外套上的分度、打孔是轴承中的关键工序 ,它的工艺水平和质量的高低直接影响轴承的质量、寿命和制造成本。目前轴承行业大型轴承内、外套的分度方式普遍采用人工分度方式 ,其分度精度低、累积误差大 、工作效率低、工人劳动强度大，对轴承性能的提高造成很大的影响。我们所研制的大型数控分度头,采用PLC可编程控制器 ,控制步进电机驱动蜗轮蜗杆对执行工件进行自动分度， 结构简单、制造费用低，较好地解决了生产中的实际问题。

 

2、总体设计方案

 

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。其重要特点是只有周期性的误差而无累积误差。步进电机的运行要有步进电机驱动器这一电子装置进行驱动，这种装置就是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说: 控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。因此，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速;控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位。

 

在我们所设计的数控分度头中，就是利用这一线性关系，用PLC进行电气控制、编写分度算法程序，控制脉冲信号的频率和脉冲数，步进电机驱动蜗轮蜗杆对执行工件进行精确分度，并可实现调整、手动分度、自动分度等多种电气控制。

 

电气控制方案为PLC+步进电机及可细分驱动器+数显尺。PLC选用DVP20EH00T，AC220伏供电20点 200HZ晶体管输出类型;根据分度精度要求考虑，选用可细分驱动器及步进电机，考虑分度时对工件的扭矩M=FR=fNR ,计算出最大扭矩为27Nm。按矩频特性选取步进电机 ,选130BYG350A型三相混合式步进电机及配套细分驱动器MS-3H130M。

 

PLC的I/O配置如下表：

 

 

 

该数控分度头在径向安装数显尺来控制径向分度尺寸;由PLC控制步进电机轴向分度。操作人员启动电源 ,输入分度数后 ,调整/分度开关置于分度位置即可实现手动或自动分度。在自动分度中可实现分度机构的松开、上升、分度、下降、卡紧再松开的顺序控制

 

3、分度算法

 

设总孔数为D2,总脉冲数D0，分度脉冲可计算为 :D0/D2=D4 +D5(余数)。若D5=0时 ,步进电机每转动一次,电机转角控制脉冲均为D4。若D5≠0时 ,将D5与孔数的一半(D2/2=D8)进行比较，若小于孔数的一半，步进电机先按D4个脉冲分度，步进电机每转过一个分度角，余数D5累积一次，当累积数大于D8时，步进电机则按D4+1个脉冲分度一次，此时累积数减去D4+1脉冲的余数即D2-D5，然后再按D4个脉冲分度，依次类推直至分度完毕;若余数大于孔数的一半，步进电机先按D4+1个脉冲分度，余数按D2-D5累积，当累积数大于D8时，步进电机则按D4个脉冲分度一次，此时累积数减去D4脉冲的余数D5，然后再按D4+1个脉冲分度，依次类推直至分度完毕。这样的分度算法，使孔与孔之间的分度误差始终小于一个脉冲当量，可以实现在3600转角误差为0的分度精度要求。

 

    4、分度算法梯形图 

5、结束语

 

该大型数控分度头应用于1000mm～2000mm的轴承内、外套的分度 。主要优点为 :(1)分度精度高。驱动器在最高细分10000工作状态下，孔孔之间分度误差可控制在7.3μm, 可以实现3600转角误差为0的分度精度要求，满足了工件的分度要求。(2) 工作效，分度速度快。选用的PLC最高频率为200HZ，在自动分度工作状态下，50个孔的分度工作不足十分钟即可完成。(3)操作灵活、简便。该数控分度头实现调整(不分度)、手动或自动分度等电气操作。人工分度方式需要测量、画线等费工费时 ,由PLC控制的步进电机自动分度方式只需输入分度数 ,即可实现分度的多种控制。 (4)该数控分度头经济、实用。投入使用后，较好地解决了以往大型轴承内、外套的分度存在的问题，提高了轴承产品质量 ,降低工人劳动强度。

 

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