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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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6ES7368-3BF01-0AA0详细说明
保持转矩也叫静力矩，是指通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。由于步进电机低速运转时的力矩接近保持转矩，而步进电机的力矩随着速度的增大而快速衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以说保持转矩是衡量步进电机负载能力较重要的参数之一。
一、选择保持转矩
保持转矩也叫静力矩，是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。由于步进电机低速运转时的力矩接近保持转矩，而步进电机的力矩随着速度的增大而快速衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以说保持转矩是衡量步进电机负载能力较重要的参数之一。比如，一般不加说明地讲到1n.m的步进电机，可以理解为保持转矩是1n.m。
二、选择相数
两相步进电机，步距角较少1.8 度，低速时的震动较大，高速时力矩下降快，适用于高速且对精度和平稳性要求不高的场合；三相步进电机步距角较少1.2度，振动比两相步进电机小，低速性能好于两相步进电机，较高速度比两相步进电机高百分之30至50，适用于高速且对精度和平稳性要求较高的场合；5相步进电机步距角更小，低速性能好于3相步进电机，但成本偏高，适用于中低速段且对精度和平稳性要求较高的场合。
三、选择步进电机
应遵循先选电机后选驱动器原则，先明确负载特性，再通过比较不同型号步进电机的静力矩和矩频曲线，找到与负载特性较匹配的步进电机；精度要求高时，应采用机械减速装置，以使电机工作在效率较高、噪音较低的状态；避免使电机工作在振动区，如若必须则通过改变电压、电流或增加阻尼的方法解决；电压方面，建议57电机采用直流24v-36v、86电机采用直流46v、110电机采用**直流80v；大转动惯量负载应选择机座号较大的电机；大惯量负载、工作转速较高时，电机而应采用逐渐升频提速，以防止电机失步、减少噪音、提高停转时的定位精度；鉴于步进电机力矩一般在 40nm以下，**出此力矩范围，且运转速度大于1000rpm时，即应考虑选择，一般交流伺服电机可正常运转于3000rpm，直流伺服电机可可正常运转于10000rpm。
四、选择驱动器和细分数
较好不选择整步状态，因为整步状态时振动较大；尽量选择小电流、大电感、低电压的驱动器；配用大于工作电流的驱动器、在需要低振动或高精度时配用细分型驱动器、对于大转矩电机配用高电压型驱动器，以获得良好的高速性能；在电机实际使用转速通常较高且对精度和平稳性要求不高的场合，不必选择高细分数驱动器，以便节约成本；在电机实际使用转速通常很低的条件下，应选用较大细分数，以确保运转平滑，减少振动和噪音；总之，在选择细分数时，应综合考虑电机的实际运转速度、负载力矩范围、减速器设置情况、精度要求、振动和噪音要求等。
作为一种数字式执行元件，在运动控制系统中得到广泛的应用。许多用户朋友在使用步进电机的时候，感觉电机工作时有较大的发热，心存疑虑，不知这种现象是否正常。实际上发热是步进电机的一个普遍现象，但怎样的发热程度才算正常，以及如何尽量减小步进电机发热.
1，步进电机为什么会发热？
任何电机都会发热，只是发热程度不同罢了。对于各种步进电机而言，内部都是由铁芯和绕组线圈组成的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗；铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。
2，步进电机发热的合理范围。
电机发热允许到什么程度，主要取决于电机内部绝缘等级。内部绝缘性能在高温下（130度以上）才会被破坏。所以只要内部不**过130度，电机便不会损坏，而这时表面温度会在90度以下。所以，步进电机表面温度在70-80度都是正常的。简单的温度测量方法有用点温计的，也可以粗略判断：用手可以触摸1-2秒以上，不**过60度；用手只能碰一下，大约在70-80度；滴几滴水迅速气化，则90度以上了。
3，步进电机工作方式不同，发热也不同。
遇采用恒流驱动技术时，步进电机在静态和低速下，电流会维持相对恒定，以保持恒力矩输出。速度高到一定程度，电机内部反电势升高，电流将逐步下降，力矩也会下降。因此，因铜损带来的发热情况就与速度相关了。静态和低速时一般发热高，高速时发热低。但是铁损（虽然占的比例较小）变化的情况却不尽然，而电机整个的发热是二者之和，所以上述只是一般情况。
4，步进电机发热会影响步进电机的工作寿命吗？
电机发热虽然一般不会影响电机的寿命，对大多数客户来说没必要理会。但是，严重的发热会带来一些负面影响。如电机内部各部分热膨胀系数不同导致结构应力的变化和内部气隙的微小变化，会影响电机的动态响应，高速会容易失步。又如有些场合不允许电机的过度发热，如医疗器械和高精度的测试设备等。因此对电机的发热应当进行必要的控制。我们的步进电机用在钢铁机器人上，环境温度100多度，至今工作正常。
5，步进电机发热问题的解决方案？
如果步进电机驱动器有自动半流模式，尽量让其工作在半流状态，因为此时步进电机全流工作发热较大 。
如果负载力矩范围允许的情况下，可以把电机额定电流降下来，比如5a电机，让其工作在4a状态下；
选择低电阻，低电流的步进电机，减少铜损和铁损。
加装风机，强制散热。
1、应该这样说，的步距可以是“角度/步”，也可以是工件移动的距离“mm/步”；
2、如果给步进电机套上一个解析度131072的编码器，那么步进电机的步距还可以表示成“脉冲/步”；
3、是连续运行的，在一个连续运行期间内，只有一个启动一个停车，是一大步；
4、伺服电机是连续运行的，在一个连续巡行期间内，只有一个启动一个停车，是一大步；套在电机轴上的编码器的反馈脉冲数，是由启动到停车的累积数，等于“编码器的解析度×转数”；
5、伺服电机旋转一周，解析度131072的编码器，一个反馈脉冲所对应的角度即“脉冲当量”是360°/131072，这个电机不管它怎么运动，“脉冲当量”都是360°/131072 ，与电机没关系，与电机怎么运动也没有关系！
6、把“脉冲当量”与步进电机“步距”的概念混淆在一起，只能是笨鸟这样知识结构的人想得出说得出口的
1背景
φ3500立式机床是一种自动化程度要求较高的机电设备，一般应用于冶金行业，车制各种大型工件；它通常采用继电器逻辑控制方式，设备的电控系统故障，检修周期长。随着技术的进步，这类控制系统已显示出越来越多的弊端。近年来PLC机在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势，是其它工控产品难以比拟的。如果用PLC控制技术对这些系统实施改造，则具有普遍的技术及经济意义。
2 方案选择
原设备为手动操作，根据使用部门的建议，在改造方案上维持改造前设备人一机界面的原始性，这样可以有效减少设备使用人员的误操作，不至于使设备的事故率在技术改造后有所增加。
系统的工作台变速单元依靠液压电磁阀来实现，并由机械传动部件不断地改变传输 比，达到改变工作台转速目的。其变速操作相当繁琐，必须先让主机停车，选好速度后，微动使齿轮重新啃合再挂挡，最后重新启动。根据现场负载计算与理论分析，保留主拖动方式，用一台FRN15G95-4JE电压型通用变频器，对工作台电机进行速度换向控制。FRN15G954JE电压型通用变频器具有转矩矢量控制、转差补偿、电AVR自整定、负载转矩自适应等一系列先进功能，在无速度传感器的开环运行条件下，采用磁通矢量控制和电机参数自动测试等功能后，其调速性能达到甚**于传统晶闸管供电的双闭环直流调速系统。原系统还有左右两个架，可纵向横向移动，通过电磁离合器与左右驱动电机连接。左右驱动电机有Y/△变换，因此有两级工作进给速度：I级0.29- 45.6m/min，II级0.58-91.2m/min。改造时，仍维持原方式。
3 PLC机型选择
3．1 输入输出点数
PLC控制系统的输入信号包括操作台控制输入、工作台和架各速度信号、分布在机床上各部分行程开关及变频器投入信号。共有64个输入点。
PLC的控制负载主要分成三类：一是10台交流电机正反转主接触器；二是用于左右架调速的离合器线圈（电磁离合器直接由PLC驱动）；三是显示、报警负载（包括显示灯、声光报警器等）；四是工作台调速输出（到变频器）。共56个输出点。
3．2 PLC选型
确定输入输出点后，还要进行PLC选型，本系统除了与变频器连接需模拟量外，全部为开关量，再考虑到性能价格比及输入输出点数，选用德维森公司ATCS系列PPC31型机, PPC31为模块化结构，系统配置灵活，编程功能强，性能价格比高。
4 系统设计
4．1 变频器设计
系统所有动作都有PLC控制。当PLC输出继电器out1=ON时，工作台正转；输出继电器out2=ON时，工作台反转。工作台共有16级速度。操作时，首先将二进制值存储在PLC数据区，当正反转时，操作台输入速度值，而PLC输出一路二进制值，经D/A转换到变频器的12号输入端，满足工作台调速要求。当out1 and out3=O N时，工作台点动正转；当out2 and out 3=ON时，工作台点动反转。点动速度用变频器提供的多段速指令选择。当电机过载缺相时，热继电器FR动作，使变频器THR端子OFF，可在瞬间封锁 U.V.W输出，同时闭合故障继电器30A-30C触点，经PLC输入继电器产生系统故障报警。
在快速制动过程中，一但电机反馈“泵升”电压使变频器母线电压达到800V时，制动单动BU功率模块立即导通，接入电阻R迅速释放电机储能，实现安全快速的制动。
4．2 软件设计
PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。由于PLC工作过程是循环，程序执行速度快，在架进给双速电机时，需要通过Y/△变换实现变速，因此为了避免Y/△变换中电源短路，除了用互锁外，还必须设置切换延时，定为1S。同样，在横梁下降（反转）时，还需要回升（正转），因此也需要设置切换延时，以防电源短路。
5 结束语
实践证明，用PLC改造传统继电器控制系统是很好的方法。它可以充分发挥PLC高可靠性、高抗干扰的特点，寿命长、维修量少、查找外部线路简单。同时采用变频器改善了原系统工作台启动调速性能，有利于节能（原系统机械变速，低速时电机功率损耗大），提高了效率，为企业创造较好的经济效益。
2 原SCR 系统故障分析及改造方案的提出
胜利九号钻井平台的SCR系统是1978 年设计制造，由于设备老化，元件陈旧等原因多次出现故障，主要表现为：控制系统运行不可靠，灵敏度低，引起设备误动作；保护功能不完善，缺乏电流限制和功率限制，曾发生过烧毁可控硅的严重事故；在大负荷时造成憋车现象，给柴油机的正常运行造成较大的压力，给日常设备检修带来很大的不便，容易造成井下复杂情况，不能很好地满足钻井生产的需妥。此外，由于这些原因给**部驱动钻井系统的安装和调试也会带来麻烦。
鉴于以上原因，作者提出了利用可编程控制器对SCR系统改造的设想，并与电器中心协商论证，拟订了可编程计算机控制器为**的SCR系统改造方案。经过一年时间的系统分析，考证及试验，在准确掌握各种工况的基础资料后，于1998 年3 月对平台的SCR系统进行了改造。
采用可编程计算机控制器（Programmahle computer controlle ，简称PCC）控制的智能化控制系统，其较大优点是可靠性强、灵敏度高；具有故障自诊断和数据显示功能，便于排除故障，电流限制合理，准确；保护停机与报警功能完善。大大提高了安全生产效率。
3 改造后的SCR系统介绍
这次SCR 系统主要改造了控制系统，包括PCC 控制、触发电路、电压电流反馈电路等，下面将分别介绍。
3.1 可编程计算机控制器（PCC）
可编程计算机控制器（PCC）选用上海贝加莱工业自动化（上海）公司的2000 系列产品。可编程计算机控制器代表着一个全新的控制概念，它集成了 可编程控制器（Programmable Logical controller ，简称PLC ）的标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统功能。它能方便地处理开关量、模拟量，进行回路调节，并能用高级语言编程，具备大型机的分析运算能力。其硬件具有*特新颖的插拔式模块结构，可使系统得到灵活多样的扩展和组合。软件也具备模块结构，系统扩容时只需在原有基础上叠加应用软件模块，其应用可从简单的逻辑控制直到复杂的分散化控制。可以说，PCC是这次改造后的SCR 系统的大脑**。在SCR系统中起了非常重要的作用。
B&R2003 系统是一种紧凑型的可编程计算机控制器，是这次改造的主要元件。它兼有*智能和远程智能，既能以自己的CPU 作独立的控制器，并进行远程扩展，又能和现场总线连接，作远程I / O 模块。B＆R2003 系统的结构也是模块式的，所有的模块尺寸都相同，扩展和应用非常灵活。还能提供不同的功能，如I / 0 模块电压监控、站电压监控、排障监控、空闲周期监控、输出监控等。
B＆R2003 系统的硬件包括以下几个方面：
（ 1 ）处理器：Motorola+RISC ;
（ 2 ）一个CPU 存储容量：带EPROM 和FLASHPROM 的模块（100K ～16MRAM 和256K ～16MROM ） ;
（ 3 ）数字I / 0 模块：每个模块八点（晶体管或继电器）;
（ 4 ）模拟I / O 模块；每个模块四个通道（电压、电流等）;
（ 5 ）基板，较多可放九个模块；
（ 6 ）网络及现场总线接口：CAN 、RS232 / RS485 / RS422 。
3.2 触发电路
触发电路板是根据SCR ON桥对触发脉冲的要求而设置的。本次系统改造触发电路采用CA6100数字型触发板。CA6100触发桥具有通用特性，用于控制可控硅的门较延迟触发角，从而实现移相控制。
CA6100通用可控硅触发板是以40 芯CMOS 大规模集成电路（**芯片）为核心，利用锁相关技术（PLL）和多芯片合成技术（ MCM ） ，根据压控振荡器（VCO ）锁定的三相同步信号间的逻辑关系设计出的一种可控硅触发系统。0～5V 的直流输入电压信号，可以控制输出脉冲的移相范围从5° 一175°可调。任何可调或手动输出的电压都可以很方便的与其连接，以控制大功率可控硅的工作。它在计算机、模拟或数字调节器与大功率可控硅之间形成了一个很好的缓冲界面，一方面，保可靠而且有效的传输控制信号，实现系统设定的控制功能；另一方面，大大减轻了主电路对控制电路的干扰，在计算机及控制电路失控时能够自动保证主电路安全，提高了系统工作的可靠性。
CA6100触发电路板具有以下的优点：
（ l ）输出的三相触发脉冲通过高频同步脉冲分频计数输出，因而具有高度的对称性、均衡性和良好的控制线性度；
（ 2 ）触发板*同步变压器，同步信号直接用高值电阻取自与可控硅相连的主回路，自动实现与电网同步；
（ 3 ）触发板集缺相保护、软启停等功能于一体，功能密集程度较高；
（ 4 ）具备相序自动测控核对能力，从而使其在主电路与调节器的联线上变得简单、可靠，*作任何调测便能投入运行；
（ 5 ）主触发板与辅助触发板相结合，可以很方便的实现输出12 个门较脉冲信号，而不再需要另外一个独立的门较延迟发生器。
3.3 其他元件
该系统的电流取样信号采用1500A / 0.1A 三相全桥整流，并带有微分反馈。电压取样信号是把主回路直流电压分压后取得。
4 功能介绍
这次SCR 系统改造，较过去增加了电流限制、闪光报警、数据显示、保护等功能、使SCR系统更为完善、安全、可靠。
4.1 电流限制
电流限制功能可由外部电位器设定，也可以由计算机内部设定。对于不同的设备，根据负载情况不同，而电流限制不同。带动泥浆泵时，双电机电流限定为1400 A ，由PCC 内部设定。带动绞车时，单电机限定电流900A ，带双电机电流限定为1800 A，脚踏时减半，由PCC 内部设定。转盘或**驱为活动限制，由钻台通过手轮电位器给定，通过PCC处理以后输出响应。
4.2 报警和保护功能
（1）当主可控硅柜内冷却风机故障时，钻台和可控硅室内SCR ON 指示灯同时频闪（l 秒／次）。此时仍可强制使用，但只能维持10 分钟（以手轮或脚踏启动时计）, 10 分钟以后触发板并闪光报警（0.5 秒／次）。
（2）具有可靠的手轮封锁功能，当手轮和脚踏均不启动时，或启动时手轮没有回到零位，触发板均锁，绝不产生失控间题。
（3）泥浆泵运行时，当电流**过1200 A时，钻台和可控硅室内SCR ON指示灯频闪（1 秒／次）警示。
（4）具有合理的脚踏功能。当脚踏启动时，较大电流限制为电机电流的50 % ，不会产生憋车现象。手轮和脚踏可以并用，当绞车手轮启动以一定的速度运行时，踩下脚踏开关，绞车在原速度的基础上加速运行，并且脚的“感觉”很好，即当手轮的速度为V 时，记手轮的百分比速度为VH % ，则余下的（1 一VH % ）可由脚踏按行程均匀分担。
（5）当各路开关选择正确，但回路开路时，SCR 系统报警（l 秒／次）或停机并报警（0.5 秒／次）:
电流反馈回路开路时，报警；
电压反馈回路开路时，报警；
手轮给定回路开路时，停机并报警；
脚踏给定回路开路时，报警，并使该回路无效；
转盘或**驱电流限制回路开路时，停机并报警。
（6）PCC 面板可显示可控硅所带负载，可控硅的电压、电流，风机运行情况及报警原因，且报警有记忆功能。
5 结束语
改造后的可控硅系统经过两个钻井井组的实验运行，各项性能指标均达到了预期设计要求，改造取得了成功。这次可控硅系统改造实现了钻井平台模拟控制到数字智能化控制的飞跃，为国内钻井平台可控硅系统数字化控制探索出了一条新途径。