PLC步進(jìn)電動機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)

蘇先棣

摘? 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對PLC步進(jìn)電動機(jī)的需求量越來越大，很多工業(yè)生產(chǎn)都離不開PLC技術(shù)，PLC優(yōu)良的特性，為工業(yè)生產(chǎn)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益?；诖耍P者對PLC步進(jìn)電動機(jī)的工作原理及特性進(jìn)行了闡述，對PLC步進(jìn)電動機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行淺析，希望通過該文對PLC步進(jìn)電動機(jī)的相關(guān)闡述，以期能給予相關(guān)專業(yè)人士一定參考，從而促進(jìn)我國工業(yè)生產(chǎn)的蓬勃發(fā)展。

關(guān)鍵詞：PLC;步進(jìn)電動機(jī);工業(yè)生產(chǎn)

中圖分類號：TM383? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

利用 PLC 可方便地實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的速度和位置進(jìn)行控制，從而保證生產(chǎn)工作的順利開展。除此之外，PLC在步進(jìn)電動機(jī)中的具體應(yīng)用還體現(xiàn)在它能實(shí)現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的調(diào)節(jié)上，并完成相應(yīng)的后續(xù)工作?，F(xiàn)階段，基于 PLC的步進(jìn)電動機(jī)控制應(yīng)用十分廣泛，并為這些企業(yè)帶來了極其可觀的經(jīng)濟(jì)效率。

1 步進(jìn)電動機(jī)的工作原理與特性

步進(jìn)電動機(jī)是利用電脈沖信號對系統(tǒng)進(jìn)行控制的一種生產(chǎn)設(shè)備，信號元素再根據(jù)生產(chǎn)參數(shù)來控制線位移或角位移，步進(jìn)電動機(jī)是通過電脈沖信號對系統(tǒng)進(jìn)行操作的一種生產(chǎn)設(shè)備，信號元素再根據(jù)一定的生產(chǎn)參數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的線位移或角位移的執(zhí)行要塞，根據(jù)這些參數(shù)，在對步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行調(diào)試。除此之外，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度由脈沖頻率決定，因此調(diào)試設(shè)備工作速度可從這2個(gè)方面入手。簡而言之，在工業(yè)生產(chǎn)中使用步進(jìn)電動機(jī)能有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和加快生產(chǎn)效率。

步進(jìn)電動機(jī)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)決定了其在工作時(shí)必須高速運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣才能使設(shè)備突然加載高頻脈沖， 在此過程中，由于速度太快，所以電動機(jī)會產(chǎn)生嘯叫或失步; 在休息狀態(tài)時(shí)也是如此， 當(dāng)高頻突降到零時(shí)， 電動機(jī)也會出現(xiàn)一樣的情況。

2 PLC步進(jìn)電動機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)前，由于工業(yè)生產(chǎn)的步進(jìn)電動機(jī)普遍跟蹤性能良好，因此它獲得了各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域的青睞。步進(jìn)電動機(jī)的控制主要采用開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的方式，并利用驅(qū)動器對其系統(tǒng)進(jìn)行檢測與控制。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

步進(jìn)電動機(jī)的系統(tǒng)硬件電路主要由系統(tǒng)供電單元、控制電路單元和信號檢測單元組成，其具體的硬件設(shè)計(jì)如下。

2.1.1 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路

驅(qū)動設(shè)備為步進(jìn)電動機(jī)提供動力。專用的驅(qū)動器、功放電路的設(shè)計(jì)都必須以保護(hù)PLC的內(nèi)部電路為前提，提高電路運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證步進(jìn)電動機(jī)的正常運(yùn)行。

2.1.2 步進(jìn)電動機(jī)PLC控制系統(tǒng)I/0接線圖

大部分步進(jìn)電動機(jī)通常設(shè)有速度控制的選項(xiàng)，根據(jù)生產(chǎn)的相關(guān)需求，我們可設(shè)計(jì)出步進(jìn)電機(jī)的PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖（如圖1所示），圖中CP、CW和EN分別表示脈沖信號輸入端子、力向信號輸入端子和使能信號輸入端子。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)由直線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、觸摸屏設(shè)備組態(tài)、PLC控制程序編寫等部分組成，步進(jìn)電機(jī)輸出軸段加上連接微型變速箱，根據(jù)生產(chǎn)情況來設(shè)置對應(yīng)PLC程序;再利用專用軟件設(shè)定儲蓄功能和按鈕功能;PLC程序通過脈沖信號來控制系統(tǒng)。

2.2.1 基于PLC的步進(jìn)電動機(jī)控制過程

實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)控制的大致步驟如下：PLC編程輸出控制脈沖，與驅(qū)動器保持連接，從而帶動電動PLC轉(zhuǎn)動。工作人員通過觸摸屏選擇控制方式，設(shè)定相關(guān)參數(shù)，將控制參數(shù)轉(zhuǎn)化為開關(guān)量輸入和變量寄存器數(shù)值，同時(shí)調(diào)用PLC內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器HSCS對輸出脈沖數(shù)進(jìn)行存儲，將信號轉(zhuǎn)化為位移參數(shù)，在儲存器中計(jì)算出脈沖輸出的周期;再根據(jù)參數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)化為相關(guān)數(shù)據(jù)，最后對HSCS計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，進(jìn)入下一個(gè)步驟。

2.2.2 控制程序的設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)的程序控制角度出發(fā)，為了滿足相關(guān)設(shè)備的控制要求，步進(jìn)電動機(jī)必須采用RAMP指令設(shè)計(jì)控制程序，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，以此滿足機(jī)器在短時(shí)間內(nèi)加速到規(guī)定的速度的要求;幾點(diǎn)運(yùn)行停止時(shí)，也按照同樣的加速規(guī)則從高速逐漸降至零速而停止運(yùn)行，以保證步進(jìn)電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

由表1、表2可得斜坡信號和脈沖輸出的相關(guān)控制單位，初值與日標(biāo)寫入數(shù)據(jù)寄存于D1，D2中，系統(tǒng)啟動后，D3從D1到D2慢慢轉(zhuǎn)移，經(jīng) n次掃描，傳輸完畢。此后，輔助繼電器M8029設(shè)置S1，完成指定頻率;S2發(fā)生脈沖后，D指定脈沖輸出Y的信號脈沖，其比例為1/2;DPISY（脈沖輸出）完成32位指令。

2.3 步進(jìn)電動機(jī)及驅(qū)動

步進(jìn)電動機(jī)是由系統(tǒng)直接操控， 會對步進(jìn)電動機(jī)造成直接影響。此外，在實(shí)際操作過程中，還應(yīng)根據(jù)電動機(jī)的參數(shù)計(jì)算所選PLC的脈沖輸出頻率是否滿足步進(jìn)電動機(jī)的要求?？偠灾?， PLC用于控制脈沖的產(chǎn)生，并按照編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，以此達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，控制步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)角負(fù)責(zé)控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量;然后再通過編程控制脈沖頻率（伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度）。步進(jìn)驅(qū)動器主要包括環(huán)行脈沖分配器和脈沖放大器2個(gè)部分。

3 實(shí)驗(yàn)分析

（1）通過該次探究，不難發(fā)現(xiàn)，若將PLC技術(shù)引入電氣自動化控制中，可有效提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)精度，并還能在一定程度上提高電氣設(shè)備的智能化水平。除此之外，從控制字體的整體角度出發(fā)，PLC技術(shù)是依靠“串行”來正常運(yùn)行。

（2）電氣自動化控制的方式主要分為手動現(xiàn)場控制、自動現(xiàn)場控制等。在閉環(huán)控制情況下，PLC則主要負(fù)責(zé)對調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制。

（3）在設(shè)備的正常運(yùn)行中，一體化設(shè)備和自動化系統(tǒng)的耗能會逐漸增大，因此會對生產(chǎn)效益造成一定影響。根據(jù)該文的系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究不難得出，若對PLC技術(shù)的運(yùn)轉(zhuǎn)順序進(jìn)行有效控制，能有效解決控制機(jī)電設(shè)備的能耗問題。

4 結(jié)論

PLC控制的步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)將長期應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和設(shè)備，并滿足了相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)要求與加工精度。簡而言之，在生產(chǎn)設(shè)備中融入PLC脈沖控制步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)，能在一定程度上簡化設(shè)備操作步驟，控制產(chǎn)品生產(chǎn)成本。此外，若在系統(tǒng)中加上保護(hù)電路及抗干擾措施，還可有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]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.

[2]高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[3]梁耀文，余文杰.電工新技術(shù)教程[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2008.

[4]李文輝，李國強(qiáng).基于 PLC 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)，2008（10）：89-90.