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1 引言

隨著紡機(jī)裝備技術(shù)進(jìn)步，步進(jìn)與伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，其功能多樣性和產(chǎn)品可靠性日臻完善，正在逐步取代原來的普通電機(jī)。而且隨著可編程控制器技術(shù)的日益成熟，將二者完整地結(jié)合起來，完成對各種復(fù)雜運(yùn)動的自動控制，實行機(jī)電一體化，正在成為一種趨勢。步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比,

其速度與單位時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率) 成正比, 其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的相序, 便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和方向。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能, 其啟動、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運(yùn)行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成, 且可獲得較高的控制精度, 因而得到了廣泛的應(yīng)用。

2 步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器

在可編程控制器plc的應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)是常見的被控制對象。步進(jìn)電機(jī)是一種數(shù)字控制元件，直接接收脈沖信號，它旋轉(zhuǎn)的角度和轉(zhuǎn)速分別與輸入的脈沖數(shù)和頻率成正比，因此只要控制輸入到其線圈繞組中的脈沖數(shù)和脈沖頻率就可控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)速，但是輸入的脈沖還需要經(jīng)過脈沖分配器分配給步進(jìn)電機(jī)的各個繞組。用plc控制步進(jìn)電機(jī)，脈沖分配器的設(shè)計是一個很重要和非常靈活的問題，它可以用硬件組成，也可以用軟件組成，本文以松下fp0-c16t plc為例，討論幾種實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器的方法。

圖1 控制原理接線圖

用硬件實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器控制原理接線圖如圖1所示。由于脈沖分配器是由硬件實現(xiàn)，fp0-c16t只需提供一串脈沖，而fp0系列的plc具有脈沖輸出功能和高速計數(shù)器(hsc)功能，因此利用此功能進(jìn)行控制步進(jìn)電機(jī)非常方便。

圖2 控制梯形圖

fp0系列各型號的plc的輸出端y0或y1都具有脈沖輸出功能，其輸出脈沖的最大頻率為10khz。具體輸出脈沖頻率可以用軟件編程，y0或y1輸出的脈沖經(jīng)脈沖分配器把脈沖分配給步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，同時y0或y1接至pulse的輸入接點(diǎn)；當(dāng)達(dá)到頂定值時發(fā)生中斷，使y0或y1的脈沖頻率切換至下一參數(shù)。y2或y3是方向控制信號。vcc值為5v時，r短路；vcc值為12v時，r＝1kq(≥1/8w)；vcc值為24v時，r=2kq(≥1/8w)。圖2是實現(xiàn)這一控制的梯形圖。dt100～dt106是存放輸出脈沖頻率和個數(shù)的通用寄存器，梯形圖中所給參數(shù)是輸出脈沖初始頻率為500hz，最高頻率為5000hz，脈沖個數(shù)為10000。

3 軟件步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器設(shè)計

3.1 電原理設(shè)計

圖3 硬件接線圖

圖3是用軟件實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器plc與步進(jìn)電機(jī)的硬件接線圖。步進(jìn)電機(jī)以最常見的三相六拍通電方式工作。k0、k1、k2分別是正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止控制開關(guān)，分別接在plc的輸入繼電器x0、xl和x2上;plc的輸出繼電器y0、y1和y2分別接步進(jìn)電機(jī)的三相繞組a、b、c。軟件實現(xiàn)脈沖分配的方法很多，這里討論三種實現(xiàn)方案。

3.2 軟件實現(xiàn)方案之一

圖4 軟件方案1梯形圖

梯形圖如圖4所示。步進(jìn)電機(jī)是以相六拍通電方式工作，即三相繞組的通電順序是：

正轉(zhuǎn)：a－ab－b－bc－c－ca 反轉(zhuǎn)：a－ac－c－cb－b－ba

該方案中，時鐘可以用plc中的定時器設(shè)計一個時鐘發(fā)生器，也可以使用plc中的內(nèi)部0.01s、0.02s、0.1s、0.2s、1s、2s時鐘，它們分別由plc中的特殊內(nèi)部繼電器r9018、r9019、r901a、r901b、r901c、r901d產(chǎn)生，為了方便、在此使用plc中的特殊內(nèi)部繼電器r901a 0.1s脈沖繼電器作為控制時鐘。繼電器r0和r1分別在正反轉(zhuǎn)接通；16位移位寄存器(繼電器)wr1產(chǎn)生正反轉(zhuǎn)的六個節(jié)拍，用移位寄存器的各觸點(diǎn)r10～r15與r0、r1進(jìn)行組合,使輸出繼電器y0、y1、y2按上述正反轉(zhuǎn)的順序通電。