如何选择Kinco步进电机及驱动器

1.步进电机及驱动器

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步距角)。根据步进电机的工作原理，步进电机工作时需要满足一定相序的较大电流的脉冲信号，生产装备中使用的步进电机都配备有专门的步进电机驱动装置，来直接控制与驱动步进电机的运转工作。

步进电机受脉冲的控制，其转子的角位移量和转速与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比，可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机及驱动器的外观如图9－52所示。

图9-52　步进电机及驱动器的外观

本任务中，选用Kinco 步进电机2S42Q－0348，步进电机的步距角为1.8°，相电流为1 A，电机轴径为5mm。Kinco 步进驱动器为2CM525，在驱动器侧面有一个蓝色的8 位DIP功能设定开关，可以设定驱动器的工作方式和参数，在更改拨码开关的设定前要切断电源。DIP 开关的细分设置决定了驱动器控制步进电机转一圈所需的脉冲数。8 个DIP 开关分别标记为SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8。前4 个细分设定表，SW5 为ON 时自动半流功能有效，SW5 为OFF 时自动半流功能禁止。后3 个为输出电流设定表，具体开关对应的ON、OFF 对应的细分值和输出电流值，步进驱动器上有详细说明。

本任务中选择电机每转的脉冲数为1 600，根据步进驱动器的细分表，这里设置SW1、SW2 为OFF，SW3、SW4 为ON。SW8 为OFF，SW5、SW6、SW7 为ON，输出电流有效值为0.8 A。

2.伺服电机及驱动器

伺服电机又称执行电机，其功能是把输入的电压信号变换成电机转轴的角位移或角速度输出。输入的电压信号又称控制信号或控制电压，改变控制电压的大小和电源的极性，就可以改变伺服电机的转速和转向。其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器。伺服的控制模式主要有三种:位置控制模式、速度控制模式、转矩控制模式。位置控制模式是伺服中最常用的控制方式，它一般是通过外部输入脉冲的频率来确定伺服电机转动的速度，通过脉冲数来确定伺服电机转动的角度，所以一般用于定位装置。伺服电机及驱动器的外观如图9－53所示。

3.工艺对象“轴”

S7－1200 在运动控制中使用了轴的概念，“轴”工艺对象是用户程序与驱动器之间的接口，用于接收用户程序中的运动控制命令，执行这些命令并监视其运行情况。通过对轴的组态，包括硬件接口、位置定义、动态特性、机械特性等，与相关的指令块组合使用，可实现绝对位置、相对位置、点动、转速控制及自动寻找参考点的功能。

驱动器由“轴”工艺对象通过CPU S7－1200 的脉冲发生器控制。西门子S7－1200 PLC对运动控制需要先进行硬件配置，具体步骤包括:选择设备组态；选择合适的PLC、定义脉冲发生器为PTO。

4.运动控制相关指令

运动控制指令使用相关工艺数据块和CPU 的专用PTO 来控制轴上的运动，通过指令库的工艺指令，可以获得运动控制指令，如图9－54所示。具体指令有:MC_Power 启动/禁用轴；MC_Reset 确认错误；MC_Home 使轴回原点，设置参考点；MC_Halt 停止轴；MC_MoveAbsolute 绝对定位轴；MC_MoveRelative 相对定位轴；MC_MoveVelocity 以速度预设值移动轴；MC_MoveJog 在点动模式下移动轴；MC_CommandTable 按运动顺序运行轴命令；MC_ChangeDynamic 更改轴的动态设置；MC_Write Param 写入工艺对象的参数；MC_ReadParam读取工艺对象的参数。

图9-53　伺服电机及驱动器的外观

图9-54　运动控制指令

1)MC_Power 指令

轴在运动之前必须先被使能，使用运动控制指令“MC_Power”可集中启用或禁用轴。如果启用了轴，则分配给该轴的所有运动控制指令都将被启用。如果禁用了轴，则用于该轴的所有运动控制指令都将无效，并将中断当前的所有作业。

MC_Power 指令的具体输入端说明如下:

EN:MC_Power 指令的使能端，不是轴的使能端。MC_Power 指令在程序里必须一直被调用，并保证MC_Power 指令在其他运动控制指令的前面被调用。

Axis:轴名称，可以有几种方式输入轴名称:用鼠标直接从博途软件左侧项目中拖拽轴的工艺对象；用键盘输入字符，则博途软件会自动显示出可以添加的轴对象；用拷贝的方式把轴的名称拷贝到指令上；用鼠标双击“Axis”，系统会出现右边带可选按钮的白色长条框，这时用鼠标单击“选择”按钮即可。

Enable:轴使能端。当Enable 端变为高电平后，CPU 就按照工艺对象中组态好的方式使能外部驱动器；当Enable 端变为低电平后，CPU 就按照Stop Mode 中定义的模式进行停止。Stop Mode 为0，紧急停止，按照组态好的急停曲线停止；Stop Mode 为1，立即停止，输出脉冲立刻封锁；Stop Mode 为2，带有加速度变化率控制的紧急停止。MC_Power 指令需要生成对应的背景数据块，其指令符号如图9－55 (a)所示。

2)MC_Reset 指令

MC_Reset 指令为错误确认，即如果存在一个需要确认的错误，则可通过上升沿激活Execute 端进行复位。其指令符号如图9－55 (b)所示。(www.xing528.com)

输入端:

EN:MC_Reset 指令的使能端；Axis:轴名称；Execute:MC_Reset 指令的启动位，用上升沿触发；Restart:Restart ＝0，用来确认错误；Restart ＝1，将轴的组态从装载存储器下载到工作存储器(只有在禁用轴的时候才能执行该命令)。

输出端Done:Done ＝1 时表示轴的错误已被确认。Error ＝1 时表示任务执行期间出错。

3)MC_Home 指令

轴回原点由运动控制指令“MC_Home”启动，在回原点期间，参考点坐标设置在定义的轴机械位置处。其指令符号如图9－55 (c)所示。Execute 出现上升沿时开始任务，Mode回原点模式，数据类型为Int，共有4 种回原点模式。

Mode ＝0，绝对式直接回原点。无论参考凸轮位置如何，都设置轴位置，不取消其他激活的运动。立即激活“MC_Home”指令中“Position”参数的值可作为轴的参考点和位置值。轴必须处于停止状态时，才能将参考点准确分配到机械位置。

Mode ＝1，相对式直接回原点。无论参考凸轮位置如何，都设置轴位置，不取消其他激活的运动。适用参考点和轴位置的规则:新的轴位置＝当前轴位置＋ “Position”参数的值。

Mode ＝2，被动回原点。在被动回原点模式下，“MC_Home”不执行参考点逼近，不取消其他激活的运动。逼近参考点开关必须由用户通过运动控制语句或由机械运动执行。

Mode ＝3，主动回原点。在主动回原点模式下，“MC_Home”执行所需要的参考点逼近，将取消其他所有激活的运动。

4)MC_Halt 指令

MC_Halt 指令为停止轴的运动。每个被激活的运动指令都可由该指令停止。为了使用MC_Halt 指令，必须先启用轴。上升沿使能Execute 后，轴会立即按照组态好的减速曲线停止。各参数含义与上述的指令类似，其指令符号如图9－55 (d)所示。

图9-55　指令符号

(a)MC_Power；(b)MC_Reset；(c)MC_Home；(d)MC_Halt

5)MC_MoveAbsolute 指令

MC_MoveAbsolute 指令是绝对位置移动指令。它需要在定义好参考点、建立起坐标系后才能使用，通过指定参数Position 和Velocity 可到达机械限位内的任意一点，当上升沿使能Execute 选项后，系统会自动计算当前位置与目标位置之间的脉冲数，并加速到指定速度，在到达目标位置时，减速到启动/停止速度。其指令符号如图9－56 (a)所示。

6)MC_MoveRelative 指令

MC_MoveRelative 指令是相对位置移动指令。它的执行不需要建立参考点，只需要定义运行距离、方向及速度。当上升沿使能Execute 端后，轴按照设置好的距离与速度运行，其方向由距离值的符号决定。

绝对位置移动指令与相对位置移动指令的主要区别在于:是否需要建立坐标系统。绝对位置移动指令需要知道目标位置在坐标系中的坐标，并根据坐标自动决定运动方向而不需要定义参考点；相对位置移动指令只需要知道当前点与目标位置的距离，由用户给定方向，不需要建立坐标系。其指令符号如图9－56 (b)所示。

7)MC_MoveVelocity 指令

MC_MoveVelocity 指令是速度运行指令，使轴以预设的速度运行。Velocity:指定轴运动的速度，限值为启动/停止速度≤︱Velocity︱≤最大速度。Direction :为0 时，旋转方向取决于参数Velocity 值的符号；为1 时，正方向旋转；为2 时，负方向旋转。Current 数据类型为Bool，当Current 为FALSE 时，禁用 “保持当前速度”，使用参数 “Velocity”和“Direction”的值，当Current 为TRUE 时，激活“保持当前速度”，不考虑参数“Velocity”和“Direction”的值。其指令符号如图9－56 (c)所示。

8)MC_MoveJog 指令

MC_MoveJog 指令，即在点动模式下以指定的速度连续移动轴。在使用该指令的时候，正向点动和反向点动不能同时触发。JogForward:正向点动，不是用上升沿触发；JogForward为1 时，轴运行；JogForward 为0 时，轴停止。JogBackward:反向点动。在执行点动指令时，保证JogForward 和JogBackward 不会同时触发，可以用逻辑进行互锁。Velocity:点动速度。其指令符号如图9－56 (d)所示。

图9-56　指令符号

(a)MC_MoveAbsolute；(b)MC_MoveRelative；(c)MC_MoveVelocity；(d)MC_MoveJog

MC_CommandTable 指令是按照运动顺序运行轴命令的指令，可将多个单独的轴控制命令组合到一个运动顺序中。“MC_CommandTable”适用于采用通过PTO 驱动器连接的轴。MC_ChangeDynamic 指令是更改动态参数指令，即更改轴的动态设置参数，包括加速时间(加速度)值、减速时间(减速度)值、急停减速时间(急停减速度)值、平滑时间(冲击)值等。MC_Write Param 指令是写参数指令，可在用户程序中写入或更改轴工艺对象和命令表对象中的变量；MC_ReadParam 指令是读参数指令，可在用户程序中读取轴工艺对象和命令表对象中的变量。