PLC步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)

盛 彬

（山西大同大學(xué) 煤炭工程學(xué)院，大同 037006）

PLC步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)

盛 彬

（山西大同大學(xué) 煤炭工程學(xué)院，大同 037006）

科技的進(jìn)步和發(fā)展使電機(jī)得到了更好地改善和創(chuàng)新，尤其步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用更促使電機(jī)的定位更加精準(zhǔn)，誤差更小，其已成為運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的重要元件之一。PLC與步進(jìn)電機(jī)的結(jié)合更加促進(jìn)其優(yōu)勢(shì)的展現(xiàn)?；诖?，本文對(duì)PLC步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行深入探討，為電機(jī)的發(fā)展提供借鑒。 關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī) PLC EM253 電機(jī)發(fā)展

引言

步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已十分廣泛，其具有轉(zhuǎn)子慣量低、無(wú)累積誤差、定位精準(zhǔn)、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，已成為運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的重要元件之一。步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)化系統(tǒng)領(lǐng)域的表現(xiàn)尤為突出，更加促進(jìn)了機(jī)電一體化體系的形成。PLC作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)在配置方面極具靈活性，并具有高速的處理速度，精確的處理能力，在控制功能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。將PLC與步進(jìn)電機(jī)結(jié)合在一起，可更好地促進(jìn)兩者優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，并將其模塊的功能更加豐富化，在應(yīng)用中具有極高的性價(jià)比。因此，相關(guān)人員應(yīng)積極探索PLC步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，使其價(jià)值在控制裝置領(lǐng)域得到更好地發(fā)揮。

1 工作原理及特性

步進(jìn)電機(jī)是一種利用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，使其角位移或線位移能夠進(jìn)行最佳化應(yīng)用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用主要是利用脈沖進(jìn)行控制，其轉(zhuǎn)子的角位移移量和速度都需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其做到與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率呈正相關(guān)關(guān)系，通過(guò)對(duì)脈沖數(shù)量的控制達(dá)到對(duì)角位移量的控制。此控制方式能達(dá)到極為精確地定位需要。通過(guò)控制脈沖頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)還能夠?qū)ν婍樞蜻M(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而對(duì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，達(dá)到更好地控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的目的。

步進(jìn)電機(jī)具有的特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。首先，步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖呈現(xiàn)嚴(yán)格的正相關(guān)關(guān)系，電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)一周后也能保持沒(méi)有積累誤差的要求，在跟隨性方面具有很好的應(yīng)用效應(yīng)。其次，步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器電路形成開(kāi)環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，在成本支出上十分節(jié)省，同時(shí)在應(yīng)用上又非常可靠，還能與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，促進(jìn)應(yīng)用的效能。第三，步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)速度是其他控制設(shè)備無(wú)法取代的，在啟動(dòng)、關(guān)停等方面反應(yīng)靈敏。第四，步進(jìn)電機(jī)的速度能夠達(dá)到平滑調(diào)節(jié)，即使在低速的情況下，依然能夠保持較大的轉(zhuǎn)矩。第五，步進(jìn)電機(jī)不能直接使用交流電源和直流電源，僅能夠使用脈沖電源進(jìn)行供電。第六，步進(jìn)電機(jī)村鎮(zhèn)震蕩和失步現(xiàn)象，需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控。第七，步進(jìn)電機(jī)本身的工作噪音較大，且工作中產(chǎn)生較大的震動(dòng)，帶慣性的負(fù)載能力較差。

2 PLC直接控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)控制方式

傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，主要如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制方式

該方法主要通過(guò)控制器產(chǎn)生控制命令，通過(guò)環(huán)形分配器產(chǎn)生一系列的脈沖串，按照質(zhì)量將其分配到步進(jìn)電機(jī)的各個(gè)繞組功率放大器中進(jìn)行脈沖分配，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，最終得以依照質(zhì)量進(jìn)行控制。此種方式的控制，在設(shè)計(jì)、借口匹配、選型等方面都耗費(fèi)大量的人力物力，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的疏忽還有可能造成整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。

2.2 PLC直接控制方式

PLC應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域后，在控制器方面有很好質(zhì)量的提升，功能的強(qiáng)化也更加節(jié)省相應(yīng)的人力物力，并提高了控制系統(tǒng)的性能。為更好地對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，PLC內(nèi)部配備了相應(yīng)的脈沖輸出功能，并設(shè)置了相應(yīng)的控制指令，從而更好地控制電機(jī)。PLC進(jìn)行電機(jī)控制最大的特點(diǎn)就是可減少系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作量，在接口信號(hào)匹配方面進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于系統(tǒng)可靠性的提升具有極大的幫助作用。

PLC步進(jìn)電機(jī)主要由PLC和步進(jìn)電機(jī)組成，PLC使用的是實(shí)時(shí)刷新技術(shù)，其所輸出的信號(hào)能達(dá)到數(shù)千赫茲甚至更高，可更好地對(duì)脈沖進(jìn)行分配，并在分配速度上有所提升，將步進(jìn)電機(jī)的反應(yīng)速度進(jìn)行充分地利用，加快了整個(gè)系統(tǒng)的反應(yīng)速度。而且，PLC主要采用大功率晶體管的輸出端口，在步進(jìn)電機(jī)各項(xiàng)繞組數(shù)10V級(jí)脈沖電壓方面給予了滿足，并達(dá)到1A脈沖電流的驅(qū)動(dòng)要求。

PLC對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的控制主要通過(guò)三個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行衡量，即脈動(dòng)當(dāng)量、脈沖頻率上限和最大脈沖數(shù)量，三個(gè)參數(shù)的設(shè)置于PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制產(chǎn)生一定的影響。

依照不同的脈沖輸出頻率，對(duì)PLC高速脈沖輸出頻率和脈沖數(shù)量進(jìn)行確定，從而對(duì)PLC的位寬進(jìn)行確定。為更好地提升步進(jìn)電機(jī)的反應(yīng)速度，延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命，最好對(duì)PLC選擇晶體管輸出型進(jìn)行運(yùn)用。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)可以分為2、5、10、25等，能最大化地避開(kāi)電機(jī)的共振功率，因此，在進(jìn)行程序設(shè)置時(shí)，要對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)的買沖量、步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)、反向間隙等參數(shù)變量進(jìn)行設(shè)定，從而能更好地使電機(jī)適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)使用要求，隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行調(diào)整。

2.3 程序創(chuàng)建流程

對(duì)于PLC步進(jìn)電機(jī)的流程創(chuàng)建如圖2所示。

圖2 PLC步進(jìn)電機(jī)的流程創(chuàng)建圖

程序編制、調(diào)試、編譯后，即可下載到PLC中。此時(shí)，程序的整體流程創(chuàng)建完畢，可在進(jìn)行控制過(guò)程中進(jìn)行應(yīng)用。其創(chuàng)建流程如圖2所示。通過(guò)此圖可看出此，流程創(chuàng)建已對(duì)原流程進(jìn)行簡(jiǎn)化，其應(yīng)用效果更好。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的分析和研究，可了解PLC步進(jìn)電機(jī)工作的原理和多種控制方式，并了解PLC步進(jìn)電機(jī)的工作流程創(chuàng)建。PLC步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用可最大化地降低編程的錯(cuò)誤率，提高系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)率，優(yōu)化計(jì)算機(jī)的控制發(fā)展。相信通過(guò)PLC與步進(jìn)電機(jī)的結(jié)合，電機(jī)的控制程序?qū)?huì)越來(lái)越準(zhǔn)確，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用也將會(huì)得到質(zhì)的飛躍。

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PLC Stepper Motor Control Technology

SHENG Bin
(Coal Engineering College, Shanxi Datong University, Datong 037006)

The progress and development of science and technology to make the motor get better improvement and innovation, especially the application of the stepping motor has prompted the motor more accurately, the error is smaller, it has become one of the important components in the motion control field. The combination of PLC and stepping motor to promote the display of its advantages. Based on this, this paper deeply discusses the control technology of PLC stepper motor, and provides reference for the development of the motor.

stepper motor, PLC, EM253, motor development