利用PLC的高速脈沖指令控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位 系統(tǒng)工作原理 步進(jìn)電機(jī)因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而成為工業(yè)控制的主要執(zhí)行元件，尤其是在精確定位場(chǎng)合中得到廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中，步進(jìn)電機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的連接有很多種，常見(jiàn)的一種是步進(jìn)電機(jī)和絲杠連接，將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成工作臺(tái)面的直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要對(duì)工作臺(tái)面移動(dòng)距離進(jìn)行定位控制時(shí)，只需要控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和角位移大小即可。在非超載的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和角位移只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的相序，則可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 目前世界上主要的PLC廠家生產(chǎn)的PLC均有專門的高速脈沖輸出指令，可以很方便地和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)定位控制系統(tǒng)。由PLC高速脈沖指令控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的實(shí)質(zhì)是PLC通過(guò)高速脈沖輸出指令PTO/PWM輸出高速脈沖信號(hào)，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)脈沖細(xì)分驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，從而推動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)到達(dá)指定的位置，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。 利用PLC控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵是對(duì)PLC產(chǎn)生的脈沖數(shù)的設(shè)定。而脈沖數(shù)與脈沖當(dāng)量、傳動(dòng)速比、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)以及脈沖頻率等都有關(guān)。 設(shè)計(jì)與實(shí)施 以貨物倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的對(duì)直線導(dǎo)軌的定位控制設(shè)計(jì)為例加以說(shuō)明。在倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中，要求由步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)直線導(dǎo)軌將料塊送到指定的倉(cāng)庫(kù)門口。假設(shè)從起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)送距離為100 mm，即要求由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)，定位距離為100 mm。 為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，系統(tǒng)采用西門子S7-200系列CPU226型PLC、四通57BYG250C混合式步進(jìn)電機(jī)和森創(chuàng)SH-20403步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等設(shè)備。其中CPU226型PLC的CPU有兩個(gè)脈沖發(fā)生器，分別是Q0.0端子和Q0.1端子。這兩個(gè)端子均可輸出PTO/PWM高速脈沖信，脈沖頻率可達(dá)20 kHz。根據(jù)控制要求，系統(tǒng)擬采用高速脈沖串輸出PTO功能，PTO功能可輸出一定脈沖個(gè)數(shù)和占空比為50%的方波信號(hào)。輸出脈沖的周期以μs或ms為增量單位。PTO功能允許多個(gè)脈沖串排隊(duì)輸出，從而形成流水線。流水線分為兩種：?jiǎn)味瘟魉�和多段流水線。 為了消除電機(jī)的低頻振蕩，提高分辨率，采用了步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)步距角為0.9°/1.8°，脈沖細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)定為4。為保證速度和定位精度要求，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一般要經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程，即啟動(dòng)加速、恒速運(yùn)行和接近定位點(diǎn)時(shí)的減速運(yùn)行。 為了維護(hù)步進(jìn)電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)設(shè)備，要求驅(qū)動(dòng)脈沖頻率也線性增大，所以，本定位控制系統(tǒng)采用多管線操作，控制電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程。設(shè)直線導(dǎo)軌起始位置在A點(diǎn)，現(xiàn)欲從A點(diǎn)移至D點(diǎn)，其中AD=100 mm。定位精度只與步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量有關(guān)，取脈沖當(dāng)量為0.11 mm/脈沖，則需要900個(gè)脈沖完成定位。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，要從A點(diǎn)加速到B點(diǎn)后恒速運(yùn)行，又從C點(diǎn)開始減速到D點(diǎn)完成定位過(guò)程用200個(gè)脈沖完成升頻加速，500個(gè)脈沖恒速運(yùn)行，200個(gè)脈沖完成降頻減速。 因此確定PTO為3段脈沖管線(AB，BC，CD)。設(shè)****脈沖頻率為1 kHz，將16#A0寫入控制字節(jié)SMB67，允許多段PTO脈沖輸出，時(shí)基為μs級(jí)，建立3段脈沖的包絡(luò)表并對(duì)各段參數(shù)分別設(shè)置，給定段的周期增量按下式計(jì)算： 給定段的周期增量=(該段結(jié)束時(shí)的周期值-該段初始的周期值)/該段脈沖數(shù) 這種控制方式屬于對(duì)步進(jìn)電機(jī)的一種開環(huán)控制，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、定位準(zhǔn)確、易于實(shí)現(xiàn)等。 控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程中的注意事項(xiàng) (1)PLC類型的選擇。首先，PLC必須是可以輸出高速脈沖的晶體管輸出形式。其次，PLC輸出****脈沖頻率大小必須滿足控制要求。 (2)步進(jìn)電機(jī)脈沖細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的選擇及參數(shù)設(shè)置。 (3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇。首先考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型選擇，其次才是品種選擇，根據(jù)系統(tǒng)要求，確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電壓值、電流值以及有無(wú)定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置，從而就可以確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)。在進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的品種選擇時(shí)，要綜合考慮速比i、軸向力F、負(fù)載轉(zhuǎn)矩Ti、額定轉(zhuǎn)矩TN和運(yùn)行頻率fy，以確定步進(jìn)電機(jī)的具體規(guī)格和控制裝置。 (4)脈沖當(dāng)量的計(jì)算。 
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