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步进电机PLC控制的研究设计

时间:2007-08-07   来源:   作者:韩志强 刘晓婷   点击:……  字体大小:【

0 引言
    步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比,其速度与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成正比,其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序,便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能,其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成,且可获得较高的控制精度,因而得到了广泛的应用。
    可编程控制器(Programmable Logic Controller,通常称PLC)是适应工业环境,简单易懂,操作方便,可靠性高的新一代通用工业控制装置。它能够完成较精确的位置控制。利用PLC控制步进电机,其脉冲分配可以由软件实现,也可由硬件组成。本文论述了采用硬件控制的方法。步进电机位置控制系统以三菱FX2N-nMT PLC为主控单元,以步进电机驱动器为驱动单元,以0.6°步距角的三相步进电机为执行单元。通过PI C控制脉冲的发生个数,从而控制步进电机的运转角度,实现对位置的精确控制。

1 步进电机PLC控制系统I/O接线图的设计
    以三相步进电机为例,步进电机通常设有加速、减速控制及正反转控制等控制方式。按控制要求可设计出步进电机的PLC控制系统I/O接图(见图1)。
 
图1 步进电机的PLC控制系统I/O接线图
图中:CP-脉冲信号输入端子;
CW-方向信号输入端子;
EN-使能信号输入端子。

2 步进电机脉冲频率的变化规律
    步进电机在启动和停止时有一个加速及减速过程,且加速速度越小则冲击越小,动作越平稳,所以步进电机工作一般要经历以下的变化过程:加速-恒速(高速)-减速-恒速(低速)-停止。因步进电机转速与脉冲频率成正比,所以输入步进电机的脉冲频率也要经历一个类似的变化过程,其变化规律见图2。
 
    可见在步进电机启动时要使脉冲升频,停车时使脉冲降频。
    由于步进电机驱动器在输入脉冲200 Hz时处于震荡区内,容易损坏内部元件,而在200 Hz以下运转速度较慢,效率较低,故一般采用350 Hz作为脉冲的低频起点。经测试,轻载时高频脉冲可达到6.8 kHz。

3 FX2N的部分指令简介
斜坡信号
 
预先将初值与目标写入数据寄存器D1、D2,启动后,D3内容从D1到D2慢慢变化,移动时间为N次扫描,传输完毕后M8029置ON。
脉冲输出
 
S1指定频率,2~20 Hz执行中可更变。S2指定发生脉冲。D指定脉冲输出Y的地址号脉冲占空比为50 ,执行完毕M8029置ON,DPLSY 为32位指令

4 控制系统的部分程序指令
LD M800 //运行监视                                        SUB D2D5D7
SET M8039                                                        SET M30
MOV K4D8039 //设定恒定扫描周期为4秒  LD M30
LD X2 //正转                                                       RST M20
OR M10                                                               RAMP D9D4D10K40 //变频
ANI X3                                                                  RST M8029
OUT M10 //反转                                                 DPLSY D10D2Y0 //脉冲输出
LD X3                                                                   OUT C235D7 //监测降额起点
OR M11                                                               AND M8029
ANI X2                                                                  RST C235
RST Y1                                                                LD C235
OUT M11                                                             MOVP D4D9
MUI DOK8D2                                                      MOVP K350D4
SET Y2
SET M20
LD M20
MOVP K6500D4
MOVP K1100D5

5 结论
    利用可编程控制器可方便地实现对电机的速度和位置进行控制,可靠地实现各种步进电机的操作,完成各种复杂的工作。它是一种先进的工业自动化设备,可广泛地在造纸、食品、包装以及其他轻工机械中得到应用。


Tags:PLC   步进电机    
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