西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8性能参数

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一、选用指南：

1、 怎么确定步进电机的型号，要注意那几个主要参数？混合式步进电机中的静力矩，引线数，电感等参数如何理解？

一般是根据您的负载选电机， 主要是参考步进电机的力矩，详细的还涉及到电机的转速和额定电流，传动机构等，起动的转速和正常运行的转速，另外还有电机的精度。

静力矩或者叫保持转矩（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*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*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。

定位力矩 （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。由于detent torque 在国内没有统一的翻译方式，不知道你说的定位力矩是不是这个，我认为是了。

从上面可以看出，静力矩和定位力矩的区别就是电机通电和不通电定子锁住转子的力矩的区别了。

引线数：

引线数就比较直观了，就是电机接线引脚的数目。2相双极型电机是4根引线。2相单极型电机是5线或者6线的。

电感：

电感的参数一般而言不是电机重点参数，但是它和电机有非常密切的关系，电感通电产生电磁感应才有电磁力。不过因为电磁力还和电机内部其他东西有很大关系，很难从电感上看出什么，看电机力气还是得看静力矩和矩频曲线。电感只是和驱动电路设计上有点关系。

2、 步进电机选型注意事项

a、步进电机应用于低速场合-----每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666pps)，*好在1000-3000pps(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。

b、步进电机*好不使用整步状态，整步状态时振动大。

c、除了标称为12v电压的电机使用12v外，其他电机可根据驱动器选择驱动电压（建议：57byg采用直流24v-36v，86byg采用直流46v，110byg采用高于直流80v）。当然，12伏电压的电机也可以采用其他驱动，不过要考虑温升。

d、转动惯量大的负载应选择机座号较大的电机。

e、工作转速较高的电机在带动大惯量负载时，一般不要在工作转速下起动，而应该采用逐渐升频提速，这样一来电机不会失步，二来可以减少噪音，还可以提高停转时的定位精度。

f、精度要求高时，应通过采用机械减速、提高电机速度以及选用高细分数的驱动器来解决。电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或增加阻尼的方法解决。

g、电机工作在600pps（0.9度）以下，应选择小电流、大电感、低电压的驱动器。

h、应遵循先选电机后选驱动器的原则。

3、 步进电机原理

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，电机的转速和停止位置只取决于脉冲 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。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性误差而无累积误 差的特点，使得其控制速度和位置非常简单。步进电机与普通直流电机或交流电机在使用上的区别是，它不可以直接连接电源，必须在双环形脉冲信号和功率驱动电 路等组成的控制系统中使用。

4、 步进电机的分类

混合式步进电机、反应式步进电机、永磁式步进电机

5、 2相/3相步进电机的区别

2相电机，但在低速时的震动较大，高速时力矩下降快；3相电机振动较小，高速性能好，比2相电机的速度高百分之30~50，2相步进电机步距角多为1.8 度，3相多为1.5度

6、 步进电机和的区别

力矩范围：步进电机系统一般为中小力矩（一般在40nm以下）范围；伺服电机系统可实现全范围。

速度范围：步进电机系统速度低（一般在2000rpm以下，大力矩电机小于1000rpm）；伺服电机系统速度高（交流伺服可达5千rpm，直流伺服电机可达1~2万rpm）。

控制方式：步进电机系统主要是位置控制， 也可实现智能化的位置/转速/转矩控制方式，低速时有振动（但使用高细分驱动器可明显改善）；伺服电机系统闭环控制，运行平滑。

精度：步进电机系统一般精度较低，使用高细分驱动器时较高；伺服电机系统的精度取决于反馈装置的分辨率。

矩频特性：步进电机系统高速时力矩下降快；伺服电机系统的矩频特性好，特性较硬。

过载特性：步进电机系统过载时会失步；伺服电机系统短时可承受3~10倍过载。

反馈方式：步进电机系统大多数为开环控制，也可接编码器反馈，防止失步；伺服电机系统为闭环方式，编码器反馈。

编码器类型：步进电机系统开环控制时不用编码器；伺服电机系统一般采用光电型旋转编码器（增量型/绝对值型），旋转变压器型。

响应速度：步进电机系统相应速度一般；伺服电机系统相应速度快。

耐振动：步进电机系统耐振动好；伺服电机系统耐振动一般 （旋转变压器型耐振动好）。

温升：步进电机系统运行温升较高；伺服电机系统一般。

维护性：步进电机系统基本可以免维护；伺服电机系统维护性较好。

价格：步进电机系统价格低；伺服电机系统价格高。

7、 如何配用步进电机驱动器？

根据电机的电流，配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时，可配用细分型驱动器。对于大转矩电机，尽可能用高电压型驱动器，以获得良好的高速性能。

二、步进电机驱动器：

1、使用步进电机驱动器注意事项

1）电源电压要合适（过压可能造成驱动模块的损坏），直流输入的+/-极性不得接错，驱动控制器的电流设定值应该合适（开始时不要太大）；

2）控制信号线接牢靠，工业环境下应考虑屏蔽问题（如采用双绞线）；

3）不要一开始就把所有线全接上，可先进行*基本系统的连接，确认运行良好后再完成全部连接。

4）必须事先确认好接地端和浮空端。

5）刚开始运行时，仔细观察电机的声音和温升情况，发现异常应立即停机调整。

2、一般步进电机驱动器识别的*低脉冲脉宽和2细分下的*高接受频率

一般识别的*低脉冲脉宽不少于2微秒，2细分下的*高接受频率为40khz左右

3、步进电机驱动器的一般故障现象

不工作，丢步（也可能电机力不够），时走时停，大小步，震动大，抖动明显，乱转，缺相等。

三、步进电机控制器：

1、步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由（或其它如等）产生。其基本原理作用如下：

(1)控制换相顺序

通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为a-b-c－d，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制a，b，c，d相的通断。

(2)控制步进电机的转向

如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

(3)控制步进电机的速度

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

2、plc与步进电机驱动器接线指南：

q0.0 ---------->;控制脉冲 q0.2----------->;控制方向 l+ ------------>;共阳端 l+与pul+、dir+相接

q0.0 ---------->;控制脉冲与pul-连接 q0.2----------->;控制方向与dir-连接

注意脉冲和方向均串1k电阻

两相在定子上只有2个绕组，4根引出线，一般整步步距角为1.8度，半步步距角为0.9度，驱动器只须通过 对两相绕组电流通断进行控制就可以了；而4相步进电机在定子上有四个绕组，8根引出线，整步为o.9度，半步为0.45度，驱动器需要对4个绕组进行控 制，电路的复杂性和成本都会增加。因此，一般两相步进电机配两相驱动器，需要更小的步距角时，可以采用细分驱动器。

有些公司将两相4线和四相8线的步进电机通称为两相步进电机，驱动器也似乎只有两相的。这是因为，四相绕组两两并联 或串联后就成为两相绕组，四相电机就变成两相电机了，但串联或并联会使电机绕组电阻和电感成倍变化，电机运行性能也会有明显变化。一般来说，四相并联成两 相使用时，电机有较好的加速性能，高速力矩保持得好，但是电机电流会是四相时的2倍，发热较大，对驱动器输出能力的要求相应提高；而四相串联成两相使用 时，电机有较好的低速稳定性，噪声和发热较小，对驱动器要求不高 但是高速力矩损失较大。有些公司的驱动器全部安两相设计，四相步进电机必须改接成两相才能使用。所以这些公司往往要问客户，希望电机接成串联的还是并联 的。以往，当8线步进电机严格标成四相时，客户自然会认为四相电机和两相驱动器不匹配，因此很多公司干脆将四相步进电机和两相步进电机均标成两相。“两相 步进电机和四相步进电机实质上是一回事”的真正道理就在于此。

由于体积精巧、价格低廉、运行稳定，在低端应用广泛，步进电机运动控制实现全闭环，是行业的一大难题。

主要问题有两个，原点的不确定性和失步，目前，采用高速光电开关作为步进系统的原点，这个误差在毫米级，所以在精确控制领域，是不能接受的。另外，为了提高运行精度，步进电机系统的驱动采用多细分，有的大于16，如用在往复运动过程中，误差大的惊人。已经不能适应加工领域。

为此，提出步进电机全闭环控制系统，以适应目前运动控制领域的需求。

1、 硬件连接

硬件连接加装编码器，根据细分要求，采用不同等级的解析度编码器进行实时反馈。

2、 原点控制

根据编码器的z信号，识别、计算坐标原点，同数控系统相同，精度可以达到2/编码器解析度×4。

3、 失步控制

根据编码器的反馈数据，实时调整输出脉冲，根据失步调整程度，采取相应办法。

4、 电路原理描述

电路采用超大规模电路fpga,输入、输出可以达到兆级的相应频率，3.3v,利用2596，将24v转为3.3v,方便实用。

输入脉冲与反馈脉冲进行4倍频正交解码后计算，及时修正输出脉冲量和频率。

5、 应用描述

本电路有两种模式，返回原点模式和运行模式。当原点使能开关置位时，进入原点模式，反之，进入运行模式。

在原点模式，以同步于输入脉冲的频率输出脉冲，当碰到原点开关后，降低输出脉冲频率，根据编码器的z信号，识别、计算坐标原点。返回原点完成后，输出信号。此信号及其数据在不断电的情况下，永远保持。

在运行模式，以同步于输入脉冲的频率输出脉冲，同时计算反馈数据，如出现误差，及时修正。另外，大惯量运行时，加减速设置不合理的情况下，可能会及时反向修正