基于PLC的步進電機轉(zhuǎn)速控制方法研究

1、基于PLC的步進電機轉(zhuǎn)速控制方法研究摘要：概述了PLC控制的優(yōu)點、步進電機的工作原理。提出了一種基于PLC的四相步進電機控制方法，介紹了系統(tǒng)的硬件組成以及相應(yīng)的IO分配。軟件設(shè)計包括脈沖產(chǎn)生和控制、脈沖分配及步數(shù)設(shè)定三大模塊，用軟件完成脈沖分配功能，可以減少硬件資源，控制參數(shù)改變方便靈活，提高了系統(tǒng)控制的可靠性和靈活性。步進電機又叫做脈沖電機，是控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。它的作用是將脈沖信號變換為相應(yīng)的位移，即給一個脈沖電信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步。由于步進電機的位移與脈沖個數(shù)成正比，因此只要控制輸入脈沖的個數(shù)IlJ，便可控制步進電機前進的位移，從而實現(xiàn)精確定位。在負載能力范圍內(nèi)，

2、這些關(guān)系不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化，因而可適用于開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡化。目前，我國已較多地將步進電機用于機械加工的數(shù)字程序控制機床中(即數(shù)控機床)，在繪圖機、軋鋼機的自動控制、自動記錄儀表和數(shù)模變換等方面也得到很多應(yīng)用睇J。可編程序控制器(programmable logic controller)簡稱PLC，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專門用于工業(yè)環(huán)境設(shè)計。它的主要特點是可靠性高、使用方便、體積小、重量輕、編程簡單易學(xué)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用【3】。1步進電機的工作原理對步進電機的控制主要包括三個方面，即步進電機的轉(zhuǎn)速控制、方向控制、步數(shù)控制。改變

3、步進電機定子繞組的通電順序，就改變步進電機的旋轉(zhuǎn)方向，改變脈沖頻率，就改變步進電機的轉(zhuǎn)速，改變脈沖個數(shù)，就改變步進電機的步數(shù)41。設(shè)步進電機為四相單四拍運行，即通電方式為ABCDA當(dāng)圖l中的A相繞組通電時，轉(zhuǎn)子的齒與定子AA上的齒對齊，相鄰兩對磁極下的齒和轉(zhuǎn)子齒會錯開l，4齒距角，即180若A相斷電，B相通電，在磁力的作用下，轉(zhuǎn)子應(yīng)按順時針方向轉(zhuǎn)過180，轉(zhuǎn)子的齒與定子BB上的齒對齊，這時AA和CC極下的齒與轉(zhuǎn)子又錯開180依此類推，控制繞組按ABCDA順序循環(huán)通電時，轉(zhuǎn)子就按順時針方向轉(zhuǎn)動。每換接一次繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過l，4齒距角。如果要使步進電機反轉(zhuǎn)，只要改通電順序，即按ADCBA順序循環(huán)通電

4、，轉(zhuǎn)子將按反時針方向轉(zhuǎn)動，步距角同樣為l，4齒距角，即180當(dāng)AB兩相同時通電時，定子繞組的通電狀態(tài)對步進電機的控制主要包括轉(zhuǎn)速控制、方向控每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過090，從而形成四相八拍，其通電順序為A·AB+BBC+C·CD·D·DAA若改變通電順序，則步進電機反轉(zhuǎn)pJ。2步進電機的控制電路步進電機的控制電路包括PLC和驅(qū)動電路兩大部分。本系統(tǒng)PLC采用西門子公司的S7200系列的CPU224，它有14輸10輸出，IO共計24點，滿足系統(tǒng)要求，并有一定的余量。PLC用來產(chǎn)生頻率連續(xù)可變的脈沖信號，驅(qū)動電路包括環(huán)形分配器和功率放大器，環(huán)形分配器的主要功能是

5、將PLC送來的一串指令脈沖，按步進電機所要求的通電順序分配給步進電機的驅(qū)動電源的各相輸入端，以控制勵磁繞組的通斷，實現(xiàn)步進電機的運行及換向。當(dāng)步進電機在一個方向上連續(xù)運行時，其各相通、斷的脈沖分配是一個循環(huán)，因此稱為環(huán)形分配器。環(huán)形分配器的輸出不僅是周期性的，又是可逆的。環(huán)形分配的功能可由硬件或軟件的方法來實現(xiàn)，分別稱為硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器。硬件環(huán)形分配器的種類很多，它可由D觸發(fā)器或JK觸發(fā)器構(gòu)成，亦可采用專用集成芯片或通用可編程邏輯器件。用軟件環(huán)形分配器只需編制不同的環(huán)形分配程序，將其存入PLC的存儲單元中即可。本文實現(xiàn)了用PLC軟件來完成脈沖的分配功能，使線路簡化，節(jié)省了硬件資源

6、，降低系統(tǒng)的成本，并可靈活地改變步進電機的控制方案。系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。步進電機的控制信號包括位置、速度、方向和啟停信號，這些信號既可以由人機界面產(chǎn)生，也可以采用手動控制方式，本文采用手動控制方式。根據(jù)對步進電機的控制要求，IO分配如表1所示。3 軟件設(shè)計對步進電機的控制主要包括轉(zhuǎn)速控制、方向控制和位置控制，所以軟件設(shè)計由三大模塊組成，即脈沖產(chǎn)生和控制模塊、脈沖分配模塊及步數(shù)設(shè)定模塊。圖3為脈沖產(chǎn)生和控制模塊，其主要功能是產(chǎn)生不同頻率的脈沖，從而實現(xiàn)對步進電機轉(zhuǎn)速的控制，此功能可以通過改變定時器T37、T38、T39的設(shè)定值實現(xiàn)。圖4為脈沖分配模塊，其功能相當(dāng)于環(huán)形分配器實現(xiàn)脈沖分配。圖5是步數(shù)設(shè)定模塊，改變計數(shù)器的設(shè)定值即可改變步進電機的位置。結(jié)束語本文采用PLC控制四相步進電機，方法簡單，控制方便，可靠性高，本文設(shè)計的軟件已經(jīng)通過調(diào)試，驗證了設(shè)計的正確性和可行性。用軟件完成脈沖分配功能，可以減少硬件資源，