步進電機的PLC控制系統(tǒng)

東華理工大學(xué) 機械與電子工程學(xué)院 萬智輝 余宏濤

步進電機的PLC控制系統(tǒng)

東華理工大學(xué) 機械與電子工程學(xué)院 萬智輝 余宏濤

采用PLC控制步進電機，其控制電路簡單、軟件編程方便。可以使系統(tǒng)簡化，工作可靠，而且可以獲得較高的控制精度。

步進電機 PLC 邏輯控制

引言

步進電機是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進電機的角位移與輸入脈沖個數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關(guān)。步進電機由于具有轉(zhuǎn)子質(zhì)量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點，已成為運動控制領(lǐng)域的主要執(zhí)行元件之一。步進電機是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)和機電一體化設(shè)備中。PLC是適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，簡單易懂，操作方便，可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，即可實現(xiàn)對步進電機的控制，且能夠完成較精確的位置控制。

一、控制原理

步進電機兩個相鄰磁極之間有一個夾角如圖1。線圈繞過相對的兩個磁極，構(gòu)成一相（如A-A，B-B，C-C）。磁極上有若干個均勻分布的矩形小齒，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，而有更多個小齒均勻分布在其圓周上，且相鄰兩個齒之間有更小的夾角。當(dāng)某組繞組通電時，相應(yīng)的兩個磁極就分別形成N-S極，產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。如果這時定子的小齒與轉(zhuǎn)子沒有對齊，則在磁場的作用下轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動一定的角度，使轉(zhuǎn)子齒與定子齒對齊，從而使步進電機向前“走”一步。PLC按順序給繞組施加有序的脈沖電流，就可以控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)數(shù)字角度的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)動的角度大小與施加的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動的速度與脈沖頻率成正比，而轉(zhuǎn)動方向則與脈沖的順序有關(guān)。

二、PLC直接控制

利用PLC控制步進電機，現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，PLC作為廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的控制器，它的功能越來越強，性能越來越先進。為了配合步進電機的控制，許多PLC都內(nèi)置了脈沖輸出功能，并設(shè)置了相應(yīng)的控制指令，可以很好地對步進電機進行直接控制，如圖2。這種控制方式的優(yōu)點是：大大減少系統(tǒng)設(shè)計的工作量，不存在各部分接口信號的匹配問題，提高系統(tǒng)的可靠性。整個控制系統(tǒng)由PLC和步進電機組成其脈沖分配可以由軟件實現(xiàn)，也可由硬件組成。

圖1

圖2

三、PLC的軟件邏輯控制

以PLC控制步進電機在機械系統(tǒng)中的應(yīng)用為實例，說明其軟件控制過程。如圖3所示：

一般機床自動線中的數(shù)控滑臺采用步進電機驅(qū)動的開環(huán)伺服機構(gòu)。采用PLC控制的數(shù)控滑臺由PLC、環(huán)行脈沖分配器、步進電機驅(qū)動器、步進電機和伺服傳動機構(gòu)等部分組成，見圖3所示。

圖3

欲控制滑臺的運動即控制步進電機的輸入脈沖總數(shù)和脈沖頻率，在控制軟件上只要設(shè)置一個脈沖總數(shù)和脈沖頻率可控的脈沖信號發(fā)生器。由于工作臺的移動速度較慢，可以利用PLC中的定時器進行低頻脈沖控制?？删幹瞥绦蛉缦拢?/p>

脈沖頻率可以通過定時器的定時常數(shù)控制脈沖周期，脈沖總數(shù)控制則可以設(shè)置一脈沖計數(shù)器C10。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到設(shè)定值時，計數(shù)器C10動作切斷脈沖發(fā)生器回路，使其停止工作。伺服機構(gòu)的步進電機無脈沖輸入時便停止運轉(zhuǎn)，伺服執(zhí)行機構(gòu)定位。當(dāng)伺服執(zhí)行機構(gòu)的位移速度要求較高時，可以用PLC中的高速脈沖發(fā)生器。PLC其高速脈沖的頻率可達(dá)4000～6000Hz。

四、結(jié)論

步進電動機用PLC控制通電脈沖，硬件接線簡單，程序編制也很容易?？煞奖愕貙崿F(xiàn)對電機的速度和位置進行控制，可靠地實現(xiàn)各種步進電機的操作，完成各種復(fù)雜的工作。