步进电机的PLC直接控制

黄一钫

< class=MsoNormal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left; mso-pagination: widow-orphan" align=left><SPAN lang=EN-US style="FONT-SIZE: 12pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 0pt">1&nbsp;&nbsp;</SPAN><SPAN style="FONT-SIZE: 12pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 0pt">概<SPAN lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;</SPAN>述<SPAN lang=EN-US>&nbsp;<BR></SPAN>在组合机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台（<SPAN lang=EN-US>1</SPAN>）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；（<SPAN lang=EN-US>2</SPAN>）机械滑台，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；（<SPAN lang=EN-US>3</SPAN>）数控滑台，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。可编程控制器（简称<SPAN lang=EN-US>LC</SPAN>）以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于工业自动控制中。特别是在组合机床自动生产线的控制及<SPAN lang=EN-US>CNC</SPAN>机床的<SPAN lang=EN-US>S</SPAN>、<SPAN lang=EN-US>T</SPAN>、<SPAN lang=EN-US>M</SPAN>功能控制更显示出其卓越的性能。<SPAN lang=EN-US>LC</SPAN>控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统使该单元的控制系统成本降低<SPAN lang=EN-US>70~90%</SPAN>，甚至只占用自动线控制单元<SPAN lang=EN-US>PLC</SPAN>的<SPAN lang=EN-US>3~5</SPAN>个<SPAN lang=EN-US>I/O</SPAN>接口及<SPAN lang=EN-US>&lt;1KB</SPAN>的内存。特别是大型自动线中可以使控制系统的成本显著下降。<SPAN lang=EN-US><BR>2&nbsp;&nbsp;PLC</SPAN>控制的数控滑台结构<SPAN lang=EN-US>&nbsp;<BR></SPAN>一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构。采用<SPAN lang=EN-US>PLC</SPAN>控制的数控滑台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构等部分组成，伺服传动机构中的齿轮<SPAN lang=EN-US>Z1</SPAN>、<SPAN lang=EN-US>Z2</SPAN>应该采取消隙措施，避免产生反向死区或使加工精度下降；而丝杠传动副则应该根据该单元的加工精度要求，确定是否选用滚珠丝杠副。采用滚珠丝杠副，具有传动效率高、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点，但成本较高且不能自锁。<SPAN lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<BR>3&nbsp;&nbsp;</SPAN>数控滑台的<SPAN lang=EN-US>PLC</SPAN>控制方法<SPAN lang=EN-US>&nbsp;<BR></SPAN>数控滑台的控制因素主要有三个：<SPAN lang=EN-US><BR>3.1&nbsp;&nbsp;</SPAN>行程控制<SPAN lang=EN-US>&nbsp;<BR></SPAN>一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器（行程开关<SPAN lang=EN-US>/</SPAN>死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的总转角，因此只要控制步进电机的总转角即可。由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺服机构的位移量确定<SPAN lang=EN-US>PLC</SPAN>输出的脉冲个数：<SPAN lang=EN-US><BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;n=&nbsp;DL/d&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</SPAN>（<SPAN lang=EN-US>1</SPAN>）<SPAN lang=EN-US><BR></SPAN>式中<SPAN lang=EN-US>&nbsp;DL——</SPAN>伺服机构的位移量（<SPAN lang=EN-US>mm</SPAN>）<SPAN lang=EN-US><BR>d&nbsp;——</SPAN>伺服机构的脉冲当量（<SPAN lang=EN-US>mm/</SPAN>脉冲）<SPAN lang=EN-US><BR>3.2&nbsp;&nbsp;</SPAN>进给速度控制<SPAN lang=EN-US>&nbsp;<BR></SPAN>伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率<SPAN lang=EN-US>;</SPAN>因此可以根据该工序要求的进给速度<SPAN lang=EN-US>,</SPAN>确定其<SPAN lang=EN-US>PLC</SPAN>输出的脉冲频率<SPAN lang=EN-US>:<BR>f=Vf/60d&nbsp;&nbsp;&nbsp;(Hz)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(2)&nbsp;&nbsp;<BR></SPAN>式中<SPAN lang=EN-US>&nbsp;Vf——</SPAN>伺服机构的进给速度<SPAN lang=EN-US>(mm/min)<BR>3.3&nbsp;&nbsp;</SPAN>进给方向控制<SPAN lang=EN-US>&nbsp;<BR></SPAN>进给方向控制即步进电机的转向控制。步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向<SPAN lang=EN-US>;</SPAN>如三相步进电机通电顺序为<SPAN lang=EN-US>A-AB-B-BC-C-CA-A…</SPAN>时步进电机正转<SPAN lang=EN-US>;</SPAN>当绕组按<SPAN lang=EN-US>A-AC-C-CB-B-BA-A…</SPAN>顺序通电时步进电机反转。因此可以通过<SPAN lang=EN-US>PLC</SPAN>输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实现。<SPAN lang=EN-US><BR>4&nbsp;&nbsp;PLC</SPAN>的软件控制逻辑<SPAN lang=EN-US>&nbsp;<BR></SPAN>由滑台的<SPAN lang=EN-US>PLC</SPAN>控制方法可知，应使步进电机的输入脉冲总数和脉冲频率受到相应的控制。因此在控制软件上设置一个脉冲总数和脉冲频率可控的脉冲信号发生器；对于频率较低的控制脉冲，可以利用<SPAN lang=EN-US>PLC</SPAN>中的定时器构成，如图<SPAN lang=EN-US>2</SPAN>所示。脉冲频率可以通过定时器的定时常数控制脉冲周期，脉冲总数控制则可以设置一脉冲计数器<SPAN lang=EN-US>C10</SPAN>。当脉冲数达到设定值时，计数器<SPAN lang=EN-US>C10</SPAN>动作切断脉冲发生器回路，使其停止工作。伺服机构的步进电机无脉冲输入时便停止运转，伺服执行机构定位。当伺服执行机构的位移速度要求较高时，可以用<SPAN lang=EN-US>PLC</SPAN>中的高速脉冲发生器。不同的<SPAN lang=EN-US>PLC</SPAN>其高速脉冲的频率可达<SPAN lang=EN-US>4000~6000Hz</SPAN>。对于自动线上的一般伺服机构，其速度可以得到充分满足。<SPAN lang=EN-US>&nbsp;<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-comfficeffice" /><o:p></o:p></SPAN></SPAN></P>