步進電機的PLC直接控制

4 PLC的軟件控制邏輯

由滑臺的PLC控制方法可知，應使步進電機的輸入脈沖總數(shù)和脈沖頻率受到相應的控制。因此在控制軟件上設置一個脈沖總數(shù)和脈沖頻率可控的脈沖信號發(fā)生器；對于頻率較低的控制脈沖，可以利用PLC中的定時器構成，如圖2所示。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)控制則可以設置一脈沖計數(shù)器C10。當脈沖數(shù)達到設定值時，計數(shù)器C10動作切斷脈沖發(fā)生器回路，使其停止工作。伺服機構的步進電機無脈沖輸入時便停止運轉，伺服執(zhí)行機構定位。當伺服執(zhí)行機構的位移速度要求較高時，可以用PLC中的高速脈沖發(fā)生器。不同的PLC其高速脈沖的頻率可達4000~6000Hz。對于自動線上的一般伺服機構，其速度可以得到充分滿足。

圖2

5 伺服控制、驅(qū)動及接口

5.1 步進電機控制系統(tǒng)的組成

步進電機的控制系統(tǒng)由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器和步進電機功率驅(qū)動器組成，其結構見圖1。

控制系統(tǒng)中PLC用來產(chǎn)生控制脈沖；通過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進電機的轉角進而控制伺服機構的進給量；同時通過編程控制脈沖頻率——既伺服機構的進給速度；環(huán)行脈沖分配器將可編程控制器輸出的控制脈沖按步進電機的通電順序分配到相應的繞組。PLC控制的步進電機可以采用軟件環(huán)行分配器，也可以采用如圖1所示的硬件環(huán)行分配器。采用軟環(huán)占用的PLC資源較多，特別是步進電機繞組相數(shù)M>4時，對于大型生產(chǎn)線應該予以充分考慮。采用硬件環(huán)行分配器，雖然硬件結構稍微復雜些，但可以節(jié)省占用PLC的I/O口點數(shù)，目前市場有多種專用芯片可以選用。步進電機功率驅(qū)動器將PLC輸出的控制脈沖放大到幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅(qū)動能力。一般PLC的輸出接口具有一定的驅(qū)動能力，而通常的晶體管直流輸出接口的負載能力僅為十幾~幾十伏特、幾十~幾百毫安。但對于功率步進電機則要求幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅(qū)動能力，因此應該采用驅(qū)動器對輸出脈沖進行放大。

5.2 可編程控制器的接口

如伺服機構采用硬件環(huán)行分配器，則占用PLC的I/O口點數(shù)少于5點，一般僅為3點。其中I口占用一點，作為啟動控制信號；O口占用2點，一點作為PLC的脈沖輸出接口，接至伺服系統(tǒng)硬環(huán)的時鐘脈沖輸入端，另一點作為步進電機轉向控制信號，接至硬環(huán)的相序分配控制端，如圖3所示；伺服系統(tǒng)采用軟件環(huán)行分配器時，其接口如圖4。

6 應用實例與結論

將PLC控制的開環(huán)伺服機構用于某大型生產(chǎn)線的數(shù)控滑臺，每個滑臺僅占用4個I/O接口，節(jié)省了CNC控制系統(tǒng)，其脈沖當量為0.01~0.05mm,進給速度為Vf=3~15m/min,完全滿足工藝要求和加工精度要求。