PLC在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用探究

王愛民

摘? 要：在目前我國(guó)的機(jī)械領(lǐng)域中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用算得上是一個(gè)比較先進(jìn)的技術(shù)。通過對(duì)其步進(jìn)電機(jī)元件的應(yīng)用可以對(duì)電子的控制達(dá)到有效控制，對(duì)于PLC的應(yīng)用是比較廣泛普遍的。其最重要的好處就是可以幫助我國(guó)的工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)有效控制，而且可以在控制中減少難度，對(duì)于結(jié)果最后的精確性實(shí)現(xiàn)有著重要的幫助。筆者目前對(duì)PLC技術(shù)在我國(guó)步進(jìn)電機(jī)中的控制應(yīng)用做簡(jiǎn)要的探究，對(duì)其效率和質(zhì)量的方法進(jìn)行簡(jiǎn)要的談?wù)?，希望可以給我國(guó)的步進(jìn)電機(jī)技術(shù)帶來一定的幫助。

關(guān)鍵詞：PLC? 步進(jìn)電機(jī)控制? 應(yīng)用

目前步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到我國(guó)的工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，而步進(jìn)電機(jī)之所以作為工業(yè)領(lǐng)域中的控制元件，其最重要的因素是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)可以把信號(hào)進(jìn)行線位移的轉(zhuǎn)移，同時(shí)，在進(jìn)行角位移的轉(zhuǎn)移過程中，步進(jìn)電機(jī)也可以進(jìn)行相關(guān)的幫助，這就對(duì)我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域事業(yè)的推動(dòng)起著至關(guān)重要的作用。我國(guó)目前步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行的過程中，正朝著機(jī)電一體化進(jìn)行模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。雖然在轉(zhuǎn)換的過程中有著一定的難度，但是對(duì)于PLC技術(shù)在步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用是當(dāng)前我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域中的重大難題之一。PLC技術(shù)的起步時(shí)間比較晚，在近幾年它的理論才被有關(guān)學(xué)者提出來。但是PLC技術(shù)在我國(guó)步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用上所取得的成就卻是顯而易見的。PLC技術(shù)在步進(jìn)電機(jī)整個(gè)系統(tǒng)控制中作為一個(gè)邏輯控制器的存在。其特點(diǎn)不僅能使得系統(tǒng)在運(yùn)行過程中更為可靠，而且整體的邏輯性能較為高效，并且在整個(gè)系統(tǒng)中所處的體積也比較微小，最關(guān)鍵的是，PLC在進(jìn)行邏輯控制的時(shí)候?qū)τ谀M量的控制要比其他技術(shù)所測(cè)出來的數(shù)值要精確很多。所以PLC技術(shù)雖然在我國(guó)的起步時(shí)間比較晚，但是目前我國(guó)的各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中，已經(jīng)可以隨處看到PLC的身影。

1? 步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特點(diǎn)

1.1 工作原理

步進(jìn)電機(jī)的工作原理是可以把信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，也可以這么說，步進(jìn)電機(jī)在進(jìn)行工作中可以作為控制元件來實(shí)現(xiàn)它的功能價(jià)值。對(duì)于電器在運(yùn)行的過程中，往往會(huì)受到在運(yùn)行過程中的頻率和沖數(shù)的影響，從而改變其數(shù)據(jù)的精確性。而且在運(yùn)行的過程中，由于精確性的改變，整體的轉(zhuǎn)速和最后的位置會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。所以，如果可以在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)其電氣的控制，就可以對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置達(dá)到一定的控制，從而實(shí)現(xiàn)最后結(jié)果的精確性。除此之外，步進(jìn)電機(jī)在進(jìn)行運(yùn)行的過程中，可以有效地確保利用相關(guān)的電子電路，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)電脈沖信號(hào)的及時(shí)控制，減少因?yàn)樵谶\(yùn)行過程中脈沖和信號(hào)頻率所帶來的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)電極的高效控制，讓整個(gè)步距角可以在運(yùn)行過程中得到調(diào)整，而對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的電機(jī)位置和轉(zhuǎn)速來說，如果可以更好地確保整個(gè)工作的角位移量，就能確保在運(yùn)行過程中對(duì)直流電的控制。另外，對(duì)于機(jī)器相關(guān)頻率的控制在一定程度上也可以保證脈沖的個(gè)數(shù)達(dá)到準(zhǔn)確。對(duì)于目標(biāo)的定位在一定程度上可以幫助電機(jī)實(shí)現(xiàn)更快更高的效率。總而言之，步進(jìn)電機(jī)的工作原理可以理解為在對(duì)于步距角的控制下，使得兩個(gè)脈沖頻率達(dá)到一定的頻度，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的定位。

1.2 特點(diǎn)

步進(jìn)電機(jī)在整個(gè)運(yùn)行過程中，會(huì)因?yàn)槊}沖信號(hào)的改變而使得整個(gè)角位移和線位移實(shí)現(xiàn)變化。因此，在這種模式下，脈沖量會(huì)隨著角位移的角度變化而改變，步進(jìn)電機(jī)在整個(gè)機(jī)器控制系統(tǒng)中，主要扮演控制的角色，而對(duì)于控制的應(yīng)用，主要是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)可以和驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行相連，這兩個(gè)機(jī)器形成的一個(gè)較為簡(jiǎn)單的系統(tǒng)——電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以在一定程度下對(duì)脈沖信號(hào)和脈沖頻率進(jìn)行控制，而且控制操作起來比較簡(jiǎn)單方便，其系統(tǒng)的控制性能也比較優(yōu)越，而且這個(gè)系統(tǒng)最為重要的特點(diǎn)就是整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)成本比較低，所以這個(gè)系統(tǒng)在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用上比較普遍。與此同時(shí)，之所以電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用那么廣還因?yàn)槠淇梢赃M(jìn)行反饋控制，可以對(duì)角度進(jìn)行及時(shí)閉環(huán)。而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言，如果要想進(jìn)行開環(huán)，不僅天氣狀況可以作為一部分，而且在進(jìn)行操作的時(shí)候，整個(gè)環(huán)節(jié)都比較簡(jiǎn)單且迅速。

步進(jìn)電機(jī)在之前使用的過程中，不能及時(shí)地將得到的脈沖信號(hào)進(jìn)行角位移和線位移的轉(zhuǎn)移，但是隨著近幾年的不斷改革和升級(jí)，就現(xiàn)在而言，只要脈沖信號(hào)出現(xiàn)，就可以利用相關(guān)的控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，并且還可以對(duì)其速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)整個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制的來源主要是脈沖信號(hào)，只要擁有脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)操作。而脈沖電源的應(yīng)用可以在一定程度上保證系統(tǒng)的精確性。總體來說，在對(duì)其步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)用的時(shí)候，如果信號(hào)發(fā)生波動(dòng)，則會(huì)為最后的結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差，這是現(xiàn)在我國(guó)步進(jìn)電機(jī)技術(shù)應(yīng)該要解決的問題之一，同時(shí)，該技術(shù)還用一個(gè)不足電就是噪聲和振動(dòng)比較大，尤其是在步進(jìn)電機(jī)發(fā)生失步的情況下，產(chǎn)生噪音和振動(dòng)的幅度會(huì)更大。

2? 步進(jìn)電機(jī)的控制特點(diǎn)

步進(jìn)電機(jī)的控制方法有很多種，在我國(guó)比較常見的方法主要分為對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行單片機(jī)控制和工控機(jī)控制，同時(shí)，普通集成電路控制在步進(jìn)電機(jī)控制中也比較常見。我國(guó)對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的控制主要是分為這3種控制方法。對(duì)于這3種控制方法，每個(gè)方法都有自身的優(yōu)點(diǎn)和不足。在進(jìn)行開環(huán)控制的時(shí)候，如果要想達(dá)到硬件的完美結(jié)合，就需要應(yīng)用單片機(jī)控制，因?yàn)檫@種控制方法可以確保在運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)誤差，確保數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。而工控機(jī)控制方法比較適應(yīng)于那些比較先進(jìn)的電機(jī)，比如說運(yùn)用到PLC通信技術(shù)和對(duì)用戶進(jìn)行控制電機(jī)。對(duì)于普通集成電路電機(jī)來說，主要的特點(diǎn)是可以讓整個(gè)操作過程變得更加優(yōu)化，可以進(jìn)一步升級(jí)面板操作，進(jìn)一步控制步進(jìn)電機(jī)的面板操作。

我國(guó)目前引進(jìn)的PLC技術(shù)在電機(jī)中的應(yīng)用，主要在硬件配置上遵守以下幾個(gè)原則。

2.1 步進(jìn)電機(jī)

為了使得步進(jìn)電機(jī)可以在運(yùn)行控制中達(dá)到基本的控制效果，首先，就應(yīng)該要求步進(jìn)電機(jī)本身滿足需求，無論是在質(zhì)量上還是在電機(jī)的操作性能上，都要確保它的高效性和精準(zhǔn)性。其次，在選擇電機(jī)方面，一定要對(duì)電機(jī)的負(fù)載大小和精確度進(jìn)行嚴(yán)格的把控和精確的了解。并且對(duì)電機(jī)的靜力距和電流進(jìn)行分析確定，從而保證電機(jī)的型號(hào)可以滿足操作水準(zhǔn)。

2.2 驅(qū)動(dòng)器

步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)里面主要在對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器共同構(gòu)成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)，因此驅(qū)動(dòng)器的選擇是至關(guān)重要的，在選擇之前，必須要根據(jù)電機(jī)的型號(hào)、相數(shù)和電流的大小決定合適的驅(qū)動(dòng)器型號(hào)，并根據(jù)PLC的輸出信號(hào)極性，確定驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)。如果要想提高對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制精確度以及步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能，就需要對(duì)驅(qū)動(dòng)器的性能和參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪x對(duì)具體的參數(shù)進(jìn)行控制，對(duì)其功能還要進(jìn)行細(xì)分，從細(xì)節(jié)處出發(fā)，切實(shí)提高電機(jī)的精度。

2.3 軟啟動(dòng)技術(shù)

對(duì)于軟啟動(dòng)技術(shù)的原理，主要是通過控制電流的模式來帶動(dòng)整個(gè)機(jī)器的工作運(yùn)行，在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)或電源時(shí)，將軟起動(dòng)器串聯(lián)在二者之間，然后利用電路系統(tǒng)中的晶閘管，在電路回路系統(tǒng)中的單片機(jī)進(jìn)行脈沖觸發(fā)角的調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變脈沖導(dǎo)通角，從而對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行改變。 軟啟動(dòng)技術(shù)在應(yīng)用的過程中具有靈活方便的優(yōu)點(diǎn)，在啟動(dòng)時(shí)能夠通過與相關(guān)技術(shù)的結(jié)合，對(duì)于不同的設(shè)備采用不同 的軟啟動(dòng)方式，使得設(shè)備的軟件啟動(dòng)方式能夠最大限度的保 證設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)還可以避免對(duì)設(shè)備造成損壞，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備的平穩(wěn)啟動(dòng)。PLC技術(shù)在對(duì)其應(yīng)用的時(shí)候，主要分為斜坡升壓軟啟動(dòng)和斜坡恒流軟啟動(dòng)兩種方式，斜坡升壓軟這種啟動(dòng)方式不具備進(jìn)行電流閉環(huán)控制的條件，在啟動(dòng)時(shí)，可以利用PLC對(duì)其的斜率進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到控制啟動(dòng)的目的，這種控制方法在應(yīng)用的過程中，而對(duì)于斜坡恒流軟啟動(dòng)方式，主要是通過斜坡的信號(hào)是與PLC的功能有直接關(guān)系，二者的有斜坡恒流軟啟動(dòng)在啟動(dòng)時(shí)，控制器能夠通過緩慢增加電流的方式，直至電流達(dá)到最高值，然后完成啟動(dòng)，只有保證在機(jī)器在運(yùn)行過程中的電流達(dá)到最大值，才能確保工作的效率。由于在該過程中，電流會(huì)呈現(xiàn)出斜坡的曲線形狀，所以被稱為斜坡恒流軟啟動(dòng)。在啟動(dòng) 的過程中，PLC能夠?qū)﹄娏鞯淖兓俣冗M(jìn)行調(diào)節(jié)，也就是調(diào)節(jié)曲線的速率，同時(shí)參考電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)載，保證電機(jī)的有效啟動(dòng)，而啟動(dòng)速度是與電流的上升速率呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。這兩種模式是當(dāng)前PLC技術(shù)應(yīng)用最廣的，也是效率值最高的。

3? 步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用

步進(jìn)電機(jī)主要的應(yīng)用是在電子元件中得到配置，步進(jìn)電機(jī)在電子元件中以執(zhí)行元件的角色執(zhí)行其功能，在機(jī)電一體化的工程中步進(jìn)電機(jī)扮演了一項(xiàng)重要的角色，為其實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的準(zhǔn)確性起著至關(guān)重要的作用。其次，步進(jìn)電機(jī)還應(yīng)用在我們?nèi)粘５募译姰a(chǎn)品當(dāng)中執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，比如說我們?nèi)粘Ｓ玫拇蛴C(jī)、錄像器和雨刷等。除此之外，在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域中，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用也比較廣泛，為了能達(dá)到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，對(duì)于脈沖個(gè)數(shù)的控制也進(jìn)行了相關(guān)的改革，并且對(duì)于角度的轉(zhuǎn)換在近幾年的應(yīng)用中也控制了誤差。步進(jìn)電機(jī)對(duì)于頻率的控制也可以讓其設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)和加速，從而使得在數(shù)據(jù)出差的情況下可以實(shí)現(xiàn)任意更換的情況。

4? 結(jié)語

在如今的工業(yè)化時(shí)代，要想機(jī)械設(shè)備能夠得到高效率合理的運(yùn)用，就必須加大對(duì)新技術(shù)的引進(jìn)。在對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候，除了要對(duì)其控制進(jìn)行嚴(yán)格把控，還要對(duì)相關(guān)的技術(shù)人員按時(shí)進(jìn)行培訓(xùn)，從而讓他們可以更好地掌握目前的先進(jìn)技術(shù)，便于PLC技術(shù)在步進(jìn)電機(jī)中的進(jìn)一步應(yīng)用。

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