PLC在準(zhǔn)確定位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

作者：時(shí)間：2011-07-12 來源：網(wǎng)絡(luò)

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2 利用PLC的高速脈沖指令控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位
2．1 系統(tǒng)工作原理
步進(jìn)電機(jī)因其具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低、定位精度高、無累積誤差和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而成為工業(yè)控制的主要執(zhí)行元件，尤其是在精確定位場合中得到廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中，步進(jìn)電機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的連接有很多種，常見的一種是步進(jìn)電機(jī)和絲杠連接，將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成工作臺(tái)面的直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要對工作臺(tái)面移動(dòng)距離進(jìn)行定位控制時(shí)，只需要控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和角位移大小即可。在非超載的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和角位移只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的相序，則可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。
目前世界上主要的PLC廠家生產(chǎn)的PLC均有專門的高速脈沖輸出指令，可以很方便地和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)定位控制系統(tǒng)。由PLC高速脈沖指令控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的實(shí)質(zhì)是PLC通過高速脈沖輸出指令PTO／PWM輸出高速脈沖信號(hào)，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)脈沖細(xì)分驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，從而推動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)到達(dá)指定的位置，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。工作臺(tái)移動(dòng)的距離與PLC脈沖數(shù)之間的關(guān)系為：

式中：N為PLC發(fā)出的控制脈沖的個(gè)數(shù)；n為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖細(xì)分?jǐn)?shù)(如果步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有脈沖細(xì)分驅(qū)動(dòng))；θ為步進(jìn)電機(jī)的布距角，即步進(jìn)電機(jī)每收到一個(gè)脈沖變化，軸所轉(zhuǎn)過的角度；d為絲杠的螺紋距，它決定了絲杠每轉(zhuǎn)過一圈，工作臺(tái)面前進(jìn)的距離；δ為脈沖當(dāng)量(定位精度)；i為傳動(dòng)速比；L為工作臺(tái)移動(dòng)的距離。
顯然，利用PLC控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵是對PLC產(chǎn)生的脈沖數(shù)的設(shè)定。而脈沖數(shù)與脈沖當(dāng)量、傳動(dòng)速比、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)以及脈沖頻率等都有關(guān)。
2．2 設(shè)計(jì)與實(shí)施
以貨物倉儲(chǔ)系統(tǒng)中的對直線導(dǎo)軌的定位控制設(shè)計(jì)為例加以說明。在倉儲(chǔ)系統(tǒng)中，要求由步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)直線導(dǎo)軌將料塊送到指定的倉庫門口。假設(shè)從起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)送距離為100 mm，即要求由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)，定位距離為100 mm。為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，系統(tǒng)采用西門子S7-200系列CPU226型PLC、四通57BYG250C混合式步進(jìn)電機(jī)和森創(chuàng)SH-20403步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等設(shè)備。其中CPU226型PLC的CPU有兩個(gè)脈沖發(fā)生器，分別是Q0．0端子和Q0．1端子。這兩個(gè)端子均可輸出PTO／PWM高速脈沖信，脈沖頻率可達(dá)20 kHz。根據(jù)控制要求，系統(tǒng)擬采用高速脈沖串輸出PTO功能，PTO功能可輸出一定脈沖個(gè)數(shù)和占空比為50％的方波信號(hào)。輸出脈沖的周期以μs或ms為增量單位。PTO功能允許多個(gè)脈沖串排隊(duì)輸出，從而形成流水線。流水線分為兩種：單段流水線和多段流水線。
為了消除電機(jī)的低頻振蕩，提高分辨率，采用了步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)步距角為0．9°／1．8°，脈沖細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)定為4。為保證速度和定位精度要求，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一般要經(jīng)歷三個(gè)過程，即啟動(dòng)加速、恒速運(yùn)行和接近定位點(diǎn)時(shí)的減速運(yùn)行。為了維護(hù)步進(jìn)電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)設(shè)備，要求驅(qū)動(dòng)脈沖頻率也線性增大，所以，本定位控制系統(tǒng)采用多管線操作，控制電機(jī)的運(yùn)行過程。設(shè)直線導(dǎo)軌起始位置在A點(diǎn)，現(xiàn)欲從A點(diǎn)移至D點(diǎn)，其中AD=100 mm。定位精度只與步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量有關(guān)，取脈沖當(dāng)量為0．11 mm／脈沖，則需要900個(gè)脈沖完成定位。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過程中，要從A點(diǎn)加速到B點(diǎn)后恒速運(yùn)行，又從C點(diǎn)開始減速到D點(diǎn)完成定位過程用200個(gè)脈沖完成升頻加速，500個(gè)脈沖恒速運(yùn)行，200個(gè)脈沖完成降頻減速。如圖2所示。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/161837.htm

因此確定PTO為3段脈沖管線(AB，BC，CD)。設(shè)最大脈沖頻率為1 kHz，將16#A0寫入控制字節(jié)SMB67，允許多段PTO脈沖輸出，時(shí)基為μs級，建立3段脈沖的包絡(luò)表并對各段參數(shù)分別設(shè)置，給定段的周期增量按下式計(jì)算：
給定段的周期增量=(該段結(jié)束時(shí)的周期值-該段初始的周期值)／該段脈沖數(shù)
包絡(luò)表結(jié)構(gòu)如表1所示。