步進(jìn)電機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

1、一、引言 隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍，它與計算機(jī)有效結(jié)合，可進(jìn)行模擬量控制，具有遠(yuǎn)程通信功能等。有人將其稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（即PLC，機(jī)器人，CAD/CAM）之一。目前可編程序控制器（Programmable Controller）簡稱PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域，為工業(yè)自動化提供了有力的工具。 二、PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC采用了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括CPU、RAM、ROM和輸入/輸出接口電路等。如果把PLC看作一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量-PLC-輸出變量組成，外部的各種開關(guān)信號、

2、模擬信號、傳感器檢測的信號均作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC外部端子輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其它各種運(yùn)算、處理后送到輸出端子，它們是PLC的輸出變量，由這些輸出變量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。 三、控制方法及研究 1、FP1的特殊功能簡介 (1) 脈沖輸出 FP1的輸出端Y7可輸出脈沖，脈沖頻率可通過軟件編程進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出頻率范圍為360Hz5kHz。 (2) 高速計數(shù)器（HSC） FP1內(nèi)部有高速計數(shù)器，可同時輸入兩路脈沖，最高計數(shù)頻率為10kHz，計數(shù)范圍-+。 (3) 輸入延時濾波 FP1的輸入端采用輸入延時濾波，可防止因開關(guān)機(jī)械抖動帶來的不可靠性，其延時時間可根據(jù)需要

3、進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為1ms128ms。 (4) 中斷功能 FP1的中斷有兩種類型，一種是外部硬中斷，一種是內(nèi)部定時中斷。 2、步進(jìn)電機(jī)的速度控制 FP1有一條SPD0指令，該指令配合HSC和Y7的脈沖輸出功能可實現(xiàn)速度及位置控制。速度控制梯形圖見圖1，控制方式參數(shù)見圖2，脈沖輸出頻率設(shè)定曲線見圖3。圖1 速度控制梯形圖圖2 控制方式參數(shù)圖3 脈沖輸出頻率設(shè)定曲線 3、控制系統(tǒng)的程序運(yùn)行圖4 控制系統(tǒng)原理圖 圖4是控制系統(tǒng)的原理接線圖，圖4中Y7輸出的脈沖作為步進(jìn)電機(jī)的時鐘脈沖，經(jīng)驅(qū)動器產(chǎn)生節(jié)拍脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時Y7接至PLC的輸入接點X0，并經(jīng)X0送至PLC內(nèi)部的HSC。HSC計數(shù)Y

4、7的脈沖數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時發(fā)生中斷，使Y7的脈沖頻率切換至下一參數(shù)，從而實現(xiàn)較準(zhǔn)確的位置控制。實現(xiàn)這一控制的梯形圖見圖5。圖5 控制梯形圖 控制系統(tǒng)的運(yùn)行程序：第一句是將DT9044和DT9045清零，即為HSC進(jìn)行計數(shù)做準(zhǔn)備;第二句第五句是建立參數(shù)表，參數(shù)存放在以DT20為首地址的數(shù)據(jù)寄存器區(qū);最后一句是啟動SPD0指令，執(zhí)行到這句則從DT20開始取出設(shè)定的參數(shù)并完成相應(yīng)的控制要求。 由第一句可知第一個參數(shù)是K0，是PULSE方式的特征值，由此規(guī)定了輸出方式。第二個參數(shù)是K70，對應(yīng)脈沖頻率為500Hz，于是Y7發(fā)出頻率為500Hz的脈沖。第三個參數(shù)是K1000，即按此頻率發(fā)1000個脈沖后

5、則切換到下一個頻率。而下一個頻率即最后一個參數(shù)是K0，所以當(dāng)執(zhí)行到這一步時脈沖停止，于是電機(jī)停轉(zhuǎn)。故當(dāng)運(yùn)行此程序時即可使步進(jìn)電機(jī)按照規(guī)定的速度、預(yù)定的轉(zhuǎn)數(shù)驅(qū)動控制對象，使之達(dá)到預(yù)定位置后自動停止。 三、結(jié)束語 利用可編程序控制器可以方便地實現(xiàn)對電機(jī)速度和位置的控制，方便可靠地進(jìn)行各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作。它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動化革命，加速了機(jī)電一體化的實摘要：在PLC步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，輸入到其線圈繞組中的脈沖數(shù)或脈沖頻率可控制步進(jìn)電動機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)速，在給步進(jìn)電機(jī)的各線圈繞組輸入脈沖時需要進(jìn)行脈沖分配器分配脈沖，脈沖分配可以由軟件進(jìn)行設(shè)計，也可以由硬件組成。以O(shè)MRON的C系列

6、P型機(jī)為例，討論步進(jìn)電機(jī)的PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法。關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC）；步進(jìn)電動機(jī)；接線圖；梯形圖在對傳統(tǒng)機(jī)床的數(shù)控化改造中，用可編程控制器PLC作為控制器對機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的改造越來越突出。其主要部分是對數(shù)控機(jī)床的典型執(zhí)行元件步進(jìn)電機(jī)的控制。我們知道步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)每輸入一個電脈沖就前進(jìn)一步，其輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，因此只要控制輸入到其線圈繞組中的脈沖數(shù)或者脈沖頻率即可控制步進(jìn)電動機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)速，但給步進(jìn)電動機(jī)的各線圈繞組輸入的脈沖還需要進(jìn)行脈沖分配器的分配。利用PLC控制步進(jìn)電動機(jī)，其脈沖分配可以由軟

7、件進(jìn)行設(shè)計，還可以由硬件來組成。本文作者以O(shè)MRON的C系列P型機(jī)為例，討論步進(jìn)電動機(jī)用軟件分配脈沖的設(shè)計方法。一、步進(jìn)電動機(jī)PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖設(shè)計步進(jìn)電動機(jī)以最常用的三相六拍通電方式工作，并要求步進(jìn)電動機(jī)設(shè)有快速、慢速控制、正反轉(zhuǎn)及單步控制4種控制方式。根據(jù)要求，可選用C28PCDTD的PLC進(jìn)行控制并設(shè)計出步進(jìn)電動機(jī)的PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖（圖1）。圖1 步進(jìn)電動機(jī)的PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖二、步進(jìn)電動機(jī)PLC控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計據(jù)控制要求設(shè)計了PLC控制系統(tǒng)梯形圖見圖2。圖2 步進(jìn)電動機(jī)的PLC控制系統(tǒng)梯形圖（1）用移位寄存器SFT1010的10001005產(chǎn)生六拍的時序脈沖

8、，在CP端的移位脈沖信號1106的作用下，將IN端的信號依次移入10001005，每移1位為1拍，6拍為1循環(huán)，移位時所產(chǎn)生的時鐘脈沖頻率由移位脈沖信號頻率決定。（2）輔助繼電器1200、1201、1202組成三相六拍環(huán)形分配器。在10001005產(chǎn)生的六拍時序脈沖作用下，1200、1201、1202的通電順序見圖3。圖3通電順序（3）由0500、0501、0502實現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)驅(qū)動控制。當(dāng)正反轉(zhuǎn)按鈕SB5常開時，輸入點0005斷開，步進(jìn)電動機(jī)的通電順序為：0500（A相）0500、0501（A、B相）0501（B相）0501、0502（B、C相）0502（C相）0502、0500（C

9、、A相）0500（A）.，此時步進(jìn)電動機(jī)正轉(zhuǎn);按SB5時，輸入點0005接通，則通電次序是BB、AAA、CCC、BB.，此時電機(jī)反轉(zhuǎn)。按SB1起動銨鈕時，輸入點0001接通，步進(jìn)電動機(jī)可以實現(xiàn)三相六拍通電。（4）脈沖控制器由1105、1106、1107組成。步進(jìn)電動機(jī)的脈沖頻率控制按4種控制方式的要求可分為：快速方式由輔助繼電器1105的常閉接點和其線圈構(gòu)成的振蕩器，該振蕩器產(chǎn)生的快速振蕩脈沖，其周期為程序的1個掃描周期;慢速方式由特殊繼電器1900產(chǎn)生011s的時鐘脈沖;單步方式利用前沿微分指令（DIFU），由輔助繼電器產(chǎn)生單步脈沖，其脈沖頻率由SB6控制;脈沖控制器1107產(chǎn)生不同頻率的脈

10、沖，作為移位寄存器的移位信號。PLC控制步進(jìn)電機(jī)的實例(圖與程序采用絕對位置控制指令(DRVA)，大致闡述FX1S控制步進(jìn)電機(jī)的方法。由于水平有限，本實例采用非專業(yè)述語論述，請勿引用。FX系列PLC單元能同時輸出兩組100KHZ脈沖，是低成本控制伺服與步進(jìn)電機(jī)的較好選擇！PLS+，PLS-為步進(jìn)驅(qū)動器的脈沖信號端子，DIR+，DIR-為步進(jìn)驅(qū)動器的方向信號端子。所謂絕對位置控制(DRVA),就是指定要走到距離原點的位置，原點位置數(shù)據(jù)存放于32位寄存器D8140里。當(dāng)機(jī)械位于我們設(shè)定的原點位置時用程序把D8140的值清零，也就確定了原點的位置。實例動作方式：X0閉合動作到A點停止，X1閉合動作到

11、B點停止，接線圖與動作位置示例如左圖(距離用脈沖數(shù)表示)。程序如下圖：(此程序只為說明用，實用需改善。)說明：在原點時將D8140的值清零(本程序中沒有做此功能)32位寄存器D8140是存放Y0的輸出脈沖數(shù)，正轉(zhuǎn)時增加，反轉(zhuǎn)時減少。當(dāng)正轉(zhuǎn)動作到A點時，D8140的值是3000。此時閉合X1，機(jī)械反轉(zhuǎn)動作到B點，也就是-3000的位置。D8140的值就是-3000。當(dāng)機(jī)械從A點向B點動作過程中，X1斷開(如在C點斷開)則D8140的值就是200，此時再閉合X0，機(jī)械正轉(zhuǎn)動作到A點停止。當(dāng)機(jī)械停在A點時，再閉合X0，因為機(jī)械已經(jīng)在距離原點3000的位置上，故而機(jī)械沒有動作！ 把程序中的絕對位置指令

12、(DRVA)換成相對位置指令(DRVI)：當(dāng)機(jī)械在B點時(假設(shè)此時D8140的值是-3000)閉合X0，則機(jī)械正轉(zhuǎn)3000個脈沖停止，也就是停在了原點。D8140的值為0當(dāng)機(jī)械在B點時(假設(shè)此時D8140的值是-3000)閉合X1，則機(jī)械反轉(zhuǎn)3000個脈沖停止，也就是停在了左邊距離B點3000的位置(圖中未畫出)，D8140的值為-6000。一般兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器端子示意圖：FREE+，F(xiàn)REE-：脫機(jī)信號，步進(jìn)電機(jī)的沒有脈沖信號輸入時具有自鎖功能，也就是鎖住轉(zhuǎn)子不動。而當(dāng)有脫機(jī)信號時解除自鎖功能，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)并且不響應(yīng)步進(jìn)脈沖。V+，GND：為驅(qū)動器直流電源端子，也有交流供電類型。A+，

13、A-，B+，B-分別接步進(jìn)電機(jī)的兩相線圈。此主題相關(guān)圖片如下：此主題相關(guān)圖片如下：步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用1 概 述 在組合機(jī)床自動線中，一般根據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑臺（1）液壓滑臺，用于切削量大，加工精度要求較低的粗加工工序中；（2）機(jī)械滑臺，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）數(shù)控滑臺，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中?？删幊炭刂破鳎ê喎QPLC）以其通用性強(qiáng)、可靠性高、指令系統(tǒng)簡單、編程簡便易學(xué)、易于掌握、體積小、維修工作少、現(xiàn)場接口安裝方便等一系列優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動控制中。特別是在組合機(jī)床自動生產(chǎn)線的控制及CNC機(jī)床的S、T、M功能控制

14、更顯示出其卓越的性能。PLC控制的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用于組合機(jī)床自動生產(chǎn)線上的數(shù)控滑臺控制，可省去該單元的數(shù)控系統(tǒng)使該單元的控制系統(tǒng)成本降低7090%，甚至只占用自動線控制單元PLC的35個I/O接口及4時，對于大型生產(chǎn)線應(yīng)該予以充分考慮。采用硬件環(huán)行分配器，雖然硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)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(jìn)電機(jī)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(fù)載能力僅為十幾幾十伏特、幾十幾百毫安。但對于功率步進(jìn)電機(jī)則要求幾十上百伏特、幾安十幾安的驅(qū)動能力，因此應(yīng)該采用驅(qū)動器對輸出脈沖進(jìn)行放大。5.2 可編程控制器的接口 如伺服機(jī)構(gòu)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