步進(jìn)式伺服系統(tǒng)的可編程序控制設(shè)計(jì)

步進(jìn)式伺服系統(tǒng)的可編程序控制設(shè)計(jì)摘要:用可編程序控制器對(duì)步進(jìn)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制，是一種簡(jiǎn)單、可靠、方便適用的控制方法。文章介紹了系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)原理以及運(yùn)行于FX系列機(jī)型上的應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞:步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；伺服系統(tǒng)；可編程序控制器1前言步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移（或線位移）的一種機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角（或位移）與輸入的電脈沖數(shù)成正比,它的速度與脈沖頻率成正比，而運(yùn)動(dòng)方向是由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電順序所決定。采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的伺服系統(tǒng)為開環(huán)伺服系統(tǒng)。其組成如圖1所示。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，可靠性高,制造成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，在中小型機(jī)床和速度、精度要求不十分高的場(chǎng)合，得到了廣泛的應(yīng)用，并適合用于發(fā)展簡(jiǎn)單功能的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和對(duì)現(xiàn)有的普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化技術(shù)改造?！腹ぷ魑?指今晾沖W■電機(jī)下」—一一驅(qū)動(dòng)電路功率步造機(jī)罔I步迎頃用研，系統(tǒng)采用可編程序控制器對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，用編程軟件取代傳統(tǒng)的環(huán)形分配器,可以大大提高系統(tǒng)的靈活性?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三相的，還有四相、五相和六相的等。選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，首先必須保證電動(dòng)機(jī)的輸出功率。而在選用功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)先計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)的矩頻特性能有一定余量以保證運(yùn)行可靠。即在實(shí)際工作中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線（如圖2所示）的范圍內(nèi)。再者應(yīng)使步矩角和機(jī)械系統(tǒng)匹配這樣可以得到機(jī)床使用時(shí)所要求的脈沖當(dāng)量。在選用功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估計(jì)機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載慣量和機(jī)床所要求的啟動(dòng)頻率,使之與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的慣頻特性相匹配還要有一定余量,并使最高連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床工作臺(tái)快速移動(dòng)的需要。

脈沖分配器選用FX系列的可編程序控制器，由編程軟件控制脈沖周期，并按一定的順序?qū)ê徒刂构β史糯笃?，使相?yīng)的繞組通電或斷電，其外部接線如圖3所示。軟件設(shè)計(jì)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制通電方式有三相三拍、三相六拍，此處采用三相六拍的控制方式?？紤]到實(shí)際控制需要速度調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)了慢速1、慢速2和快速三種速度控制，并設(shè)計(jì)了正反轉(zhuǎn)變換。再考慮到維修調(diào)試的需要設(shè)置了點(diǎn)動(dòng)單步控制和10步、100步控制及暫停在當(dāng)前步的控制。其梯形圖程序如圖4所示。圖4梯形圖

圖4圖4梯心圖程序運(yùn)行過(guò)程4.1 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制接通快速開關(guān)S1,在接通啟動(dòng)開關(guān)S0。脈沖控制器產(chǎn)生周期為0.01S的控制脈沖,使移位寄存器移位，產(chǎn)生六拍時(shí)序脈沖，通過(guò)三相六拍分配器使三個(gè)輸出繼電器Y000、丫001、Y002按照單雙六拍的通電方式接通，驅(qū)動(dòng)功率放大器。再由功率放大器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)。其接通順序?yàn)?順序?yàn)?斷開輸入開關(guān)S1、S0,接通慢速開關(guān)S2（或S3）,再接通啟動(dòng)開關(guān)S0。脈沖控制器產(chǎn)生周期為0.1S（或1.0S）的控制脈沖，電動(dòng)機(jī)慢速步進(jìn)。4.2 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制反轉(zhuǎn)控制是必須首先接通正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)S4，然后按正轉(zhuǎn)控制操作過(guò)程進(jìn)行操作，可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)運(yùn)行的快速、慢速1、慢速2的三種速度的運(yùn)行。此時(shí)三個(gè)輸出繼電器的接通順序?yàn)椋?YCC1?YOOLYOOO?YOOO?YOO0.YDO21 W0EYW1—皿 4.3 步數(shù)控制先接通步數(shù)控制開關(guān)S7（10步）或S6（100步）,再接通轉(zhuǎn)速控制開關(guān)S1（S2或S3），然后接通啟動(dòng)開關(guān)S0，啟動(dòng)脈沖控制器，六拍時(shí)序脈沖及三相六拍環(huán)形分配器開始工作，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)走完預(yù)定步數(shù)，計(jì)數(shù)器動(dòng)作，其動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開移位寄存器的移位輸入端，六拍時(shí)序脈沖、三相六拍環(huán)形分配器及正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)停止工作，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。4.4 暫?？刂飘?dāng)電動(dòng)機(jī)在正常步進(jìn)時(shí)，若合上暫停開關(guān)S8，則電動(dòng)機(jī)停在當(dāng)前步，斷開S8時(shí),則電動(dòng)機(jī)從所停時(shí)的步開始繼續(xù)步進(jìn)。5結(jié)束語(yǔ)本文的電路和控制程序經(jīng)在FX系列機(jī)型上調(diào)試通過(guò)，運(yùn)行正常。但實(shí)際控制中，一般要求正反轉(zhuǎn)控制和速度變換應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行，這只要根據(jù)工藝要求將程序稍作修改，便可實(shí)現(xiàn)。值得注意的是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)快速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其脈沖頻率較高。這時(shí)若用繼電器方式輸出模塊，其響應(yīng)速度太慢，控制會(huì)失