ＰＬＣ控制步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王嘯東　闞子振

摘要：步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，在工業(yè)自動(dòng)化中有著廣泛的應(yīng)用。本文介紹了可編程控制器（PLC）控制步進(jìn)電機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)方法，包括硬件接線圖、系統(tǒng)流程圖和梯形圖程序等。此系統(tǒng)在實(shí)際工程應(yīng)用中取得很好的效果。

關(guān)鍵詞：PLC 步進(jìn)電機(jī) 控制電路 梯形圖

0 引言

作為一種數(shù)字伺服執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、控制方便、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)化儀表等領(lǐng)域。為了實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)易運(yùn)動(dòng)控制，一般采用PLC控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度和位置定位控制。

1 系統(tǒng)要求

此控制系統(tǒng)由42BYG4503混合式步進(jìn)電機(jī)、豐煒VH-10MT的PLC、ST-25HB二相混合式細(xì)分驅(qū)動(dòng)器和光感應(yīng)器等組成。系統(tǒng)要求步進(jìn)電機(jī)速度、方向、進(jìn)給距離、進(jìn)給次數(shù)可調(diào)，且要求PLC和計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信以實(shí)現(xiàn)傳送機(jī)構(gòu)與檢測(cè)設(shè)備協(xié)調(diào)工作。

2 系統(tǒng)硬件

本系統(tǒng)采用軟件驅(qū)動(dòng)，大量工作由軟件完成。硬件電路較為簡(jiǎn)單，如圖1所示。

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)PLC發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行?？梢酝ㄟ^(guò)控制PLC發(fā)送脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制PLC發(fā)送脈沖的頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到有效控制的目的，此系統(tǒng)采用開環(huán)控制。

3 系統(tǒng)軟件

該系統(tǒng)的核心是PLC程序部分，程序的編寫主要圍繞步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制進(jìn)行展開的，系統(tǒng)控制流程圖如圖2所示。

步進(jìn)電機(jī)的速度取決于輸入控制脈沖的頻率，步進(jìn)電機(jī)的定位取決于輸入控制脈沖的數(shù)量。在豐煒VH系列PLC中，利用高速處理脈沖輸出指令PLSY來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖頻率和數(shù)量的控制。指令格式PLSY S1 S2 D，PLSY表示脈沖輸出助記符，S1表示脈沖輸出頻率，S2表示脈沖輸出數(shù)目，D表示脈沖輸出點(diǎn)，此指令適用于晶體管輸出型PLC，對(duì)于繼電器輸出，頻繁的脈沖輸出不但會(huì)縮短使用壽命，由于機(jī)械觸點(diǎn)的影響，還會(huì)使輸出脈沖波形嚴(yán)重畸變。在VH系列PLC中輸出點(diǎn)只能采用Y0，頻率最高可以達(dá)到7K，能夠滿足步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用多數(shù)場(chǎng)合的速度需求。為確保晶體管輸出PLC脈沖輸出的質(zhì)量，負(fù)載電流必須大于200mA，還需外加一上拉電阻。

步進(jìn)電機(jī)由于其電氣特性，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感，即震動(dòng)感。為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，減小震動(dòng)，可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波，以減小步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角，提高電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，為了防止因慣性而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑，則需采用合適的鎖定波形，產(chǎn)生鎖定磁力矩，鎖定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。程序在升降頻過(guò)程中，涉及到“最優(yōu)化升降頻曲線”如圖3所示。

4 PLC梯形圖

下面是步進(jìn)電機(jī)控制軟件系統(tǒng)中的部分PLC梯形圖，如圖4所示，其中51-65行是脈沖輸出控制指令部分，82-96行是比較指令，用于判斷進(jìn)給是否達(dá)到目標(biāo)次數(shù)，是整個(gè)程序的核心部分。

5 結(jié)束語(yǔ)

PLC控制步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)應(yīng)用在自動(dòng)化檢測(cè)儀器的傳送機(jī)構(gòu)中，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高了生產(chǎn)效率?？刂葡到y(tǒng)硬件之間的連線簡(jiǎn)潔，降低了故障發(fā)生率。程序中采用了升降頻設(shè)計(jì)使得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，穩(wěn)定。在實(shí)際工程應(yīng)用中，證明該系統(tǒng)實(shí)用、可靠、性能優(yōu)良，適合生產(chǎn)需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳隆昌.控制電機(jī)[M].西安:西北電訊工程學(xué)院出版社.1984.

[2]宮淑貞.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社.2002.

[3]鐘肇新，彭侃編譯.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社.2000.