西门子模块6SL3120-1TE21-0AD0参数详细

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本系统的电机控制采用通用的RS 232［5］串口的异步通信。由于RS 232早期是为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准，其逻辑电平对地是对称的，与TTL、MOS逻辑电平完全不同。逻辑0电平规定为+5～+15 V之间，逻辑1电平规定为-5～-15 V之间，因此，RS 232驱动器与TTL电平连接必须经过电平转换。

    2、控制软硬件的技术参数

    本系统采用卓立汉光仪器有限公司生产的SC3步进电机控制器及平移台，实现平移台的三维控制（x，y，z）。利用RS 232串口异步通信完成对步进电机的单步和连续移动控制，并且把电机的实际位置数据反馈给PC机处理。

    电控平移台的机械指标如下：

    （1） 精密电控旋转台：型号RSA200用于x轴。转动范围>±40°；传动比180∶1；小步距0.000 312 5°；台面直径Φ200；分辨率0.001 25°；重复定位精度<0.005°；较大速度25/s；中心较大负载60 kg。

    （2） 重载型电控平移台：型号TSA300B，用于z轴。较小步距0.003 15 mm；重复定位精度<0.005 mm；加固定平移台有效行程为150 mm。

    （3） **薄型电控平移台：型号TSA30C，用于y轴。较小步距为0.002 mm；重复定位精度<0.005 mm；有效行程30 mm。SC3步进电机控制器设有手动和联动方式，手动能设置的操作有：速度设定、归零操作、方向设定、位移量设定等，联机方式可以使电机的运动直接受应用软件控制。由于是进行二次开发，因此应用程序必须嵌入原控制器的控制指令及协议。

    该指令系统主要有以下几条：

联络指令指令格式：“？R" & CHR$（13）
    该指令发出200 ms以内SC3回送：“OK”& CHR$（10），表示联络成功。

查询指令指令格式：“？V”& CHR$（13）
    SC3接到该指令后回送：“V number” & CHR$（10）。其中number为ASC码表示的SC3当前速度值。范围0～255。

坐标查询指令指令格式：“？X”& CHR$（13） 或“？Y”& CHR$（13）或“？Z”& CHR$（13）
    SC3接到该指令后回送：“X+number” & CHR$（10），或“Xnumber” & CHR$（10），其他轴类似。其中number为以ASC码表示的SC3当前坐标值，正负号代表当前位置在开机位置（0位）的正负方向的位置。

速度设置指令指令格式：“V”& number & CHR$（13）
    其中number为以ASC码表示的速度设置值。范围0～255。

归零指令指令格式：“HX”& CHR$（13） 或“HY”& CHR$（13） 或“HZ”& CHR$（13） 
    SC3接到此类指令后进行归零操作。完成归零操作后回送：“OK”& CHR$（10），表示SC3归零完毕。

零状态查询指令指令格式：“？H”& CHR$（13）
    SC3接到此类指令后回送：“H000” & CHR$（10）

    其中000的含义：

    **位数值：1表示z轴归零成功，0表示z轴未归零。
    *二位数值：1表示y轴归零成功，0表示y轴未归零。
    *三位数值：1表示x轴归零成功，0表示x轴未归零。

运行指令指令格式：“Xdirectionnumber”& CHR$（13）或“Y directionnumber”& CHR$（13）或“Z directionnumber”& CHR$（13）
3、软件实现

    3.1 利用VC++提供的串行通信控件MSComm实现串行通信

    首先，在VC++［5］的对话框中创建通信控件，若Control工具栏中缺少该控件，可通过菜单Project→Add toProject→Components and Control插入即可，再将该控件从工具箱拉到对话框中。此时，你只需要关心控件提供的对bbbbbbs通信驱动程序的API函数的接口，即只需要设置和监视MSComm控件的属性和事件。

    在ClassWizard中为新建的通信控件定义成员对象（CMSComm m_Serial），通过该对象便可以对串口属性进行设置，MSComm控件共有27个属性，其中主要包括：

    Commport：设置并返回通信端口号，缺省为COM1。
    Settings：以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位。
    PortOpen：设置并返回通信端口的状态，也可以打开和关闭端口。
    bbbbb：从接收缓冲区返回和删除字符。
    Output：向发送缓冲区写入字符串。
    bbbbbLen：每次设置bbbbb读入的字符个数，缺省值为0，表明读取接收缓冲区中的全部内容。
    InBufferCount：返回接收缓冲区中已接收到的字符数，将其置0可以接收缓冲区。
    bbbbbMode：定义bbbbb属性获取数据的方式（为0：文本方式；为1：二进制方式）。
    RThreshold和SThreshold属性，表示在OnComm事件发生之前，接收缓冲区或发送缓冲区中可接收的字符数。

    以下是通过设置控件属性对串口进行初始化的实例：
    
    打开所需串口后，需要考虑串口通信的时机。在接收或发送数据过程中，可能需要监视并响应一些事件和错误，所以事件驱动是处理串行端互作用的一种非常有效的方法。使用OnComm事件和CommEvent属性捕捉并检查通信事件和错误的值。发生通信事件或错误时，将触发OnComm事件，CommEvent属性的值将被改变，应用程序检查CommEvent属性值并作出相应的反应。在程序中用ClassWizard为CMSComm控件添加OnComm消息处理函数：
    
    3.2 系统初始化

    在执行应用程序时首先必须进行初始化

    运行程序时，视图执行初始化操作函数OnInitialUpdate（），该函数内要先打开串口1，通过设置对象m_ContrCom各成员函数，设置好各通信参数：
    
    然后经过一个位置选择对话框，通常选“保持原来的位置”，然后就发出询问各轴的坐标值的指令。流程如图2所示。除x轴是直接发送坐标询问指令获得坐标数据外，其他2个轴都是通过连续的2个定时器来坐标的，定时器响应后执行图3的程序。此后就进入待操作画面。

    3.3 运行操作的编程

    在电机运动操作区的各文本框内输入某一轴向的位移值、速度值，按下“运行”按钮，则程序会把位移值转化为字符型的实际要运行的步数，通过串口送到SC3步进电机控制器，控制对应的轴的电机运行相应的步数。运行结束后，SC3会返回一个“OK”字符至串口，PC机接受到这个字符后，就知道电机运行结束，然后向串口发送坐标询问指令，SC3会回送有关坐标数据，PC机接到这些数据后进行处理运算并在文本框中显示出来。这样就结束了一个完整的运行操作。

    所有主要的PC机和SC3控制器的有关数据通信程序都在MSComm控件内。包括所有的接受、识别返回字符，各轴向坐标的运算和显示。

    当步进运动完毕后，返回到PC机的数据为步进电机已经运行的步数，根据这个步数要计算相应的坐标，必须知道各轴的脉冲当量。步进电机每走一步，电移台的位移等于脉冲当量，即分辨率。

    坐标值=初始坐标+运行步数＊脉冲当量
    平移台脉冲当量=丝杠导程mm＊步距角/（360＊细分数）
    旋转台（x轴）的脉冲当量（度）=步进电机步距角/（传动比＊细分数）

    其中细分数是由控制器后面板拨码开关设置的。

    步进电机的步距角都为1.8°，纵轴的丝杠导程为1 mm，横轴为4 mm，旋转轴传动比为180∶1，细分数为2，则根据以上公式可得出：

    纵轴（z）脉冲当量=1/100
    横轴（y）脉冲当量=1/400
    旋转轴（x）脉冲当量=1/200

    4、结语

    在PC机和单片机之间实现串行通信控制是近几年很受欢迎、较为流行的方法。本文介绍的运用MSComm控件来编制的由PC机对步进电机直接控制的应用软件具有友好的人机交互界面，且编程简便、工作可靠，是一种切实有效的方法。同时，这种串行控制方法和技术还可运用于相应的工业控制场合。

步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机是一种将电脉冲转化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(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为**)的特点，广泛应用于各种开环控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。

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7.5度或15度；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1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

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：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用较为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。

步进电机的一些基本参数：

电机固有步距角：

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。

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°、五相的为0.36°/0.72° 。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。

保持转矩（HOLDING TORQUE）：

是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机较重要的参数之一，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较重要的参数之一。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。

DETENT TORQUE：

是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。

步进电机的一些特点：

1．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

2．步进电机外表允许的较高温度。

步进电机温度过高首先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较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**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。

3．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。

4．步进电机低速时可以正常运转,但若**一定速度就无法启动,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**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，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。

步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。