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PLC控制步进电机思路及实例分析

发布于:2021-01-05 17:42:05 来自:电气工程/工业自动化 [复制转发]
plc作为一种工业控制计算机,具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、PLC对步进电机也具有良好的控制能力,利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能,即可实现对步进电机的控制。
步进电机的概念: 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
对于那些在运行过程中移动距离和速度均确定的具体设备,小编认为采用PLC通过步进电机驱动器来控制步进电机的运转是一种理想的技术方案。
步进电机的特点:
(1)步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比,电机运转一周后没有累积误差,具有良好的跟随性。



(2)由步进电机与驱动器电路组成的开环数字控制系统,既非常简单、廉价,又非常可靠。同时,它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数字控制系统。
(3)步进电机的动态响应快,易于启停、正反转及变速。
(4)速度可在相当宽的范围内平滑调节,低速下仍能保证获得大转矩。
(5)步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行,它不能直接使用交流电源和直流电源。
步进电机能响应而不失步的最高步进频率称为“启动频率”;与此类似,“停止频率”是指系统控制信号突然关断,步进电机不冲过目标位置的最高步进频率。而电机的启动频率、停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应。有了这些数据,就能有效地对步进电机进行变速控制。
采用PLC控制步进电机,应根据下式计算系统的脉冲当量、脉冲频率上限和最大脉冲数量,进而选择PLC及其相应的功能模块。根据脉冲频率可以确定PLC高速脉冲输出时需要的频率,根据脉冲数量可以确定PLC的位宽。


脉冲当量=(步进电机步距角×螺距)/(360×传动速比);脉冲频率上限=(移动速度×步进电机细分数)/脉冲当量;最大脉冲数量=(移动距离×步进电机细分数)/脉冲当量。
脉冲当量=(步进电机步距角×螺距)/(360×传动速比);脉冲频率上限=(移动速度×步进电机细分数)/脉冲当量;最大脉冲数量=(移动距离×步进电机细分数)/脉冲当量。
PLC对步进电机的控制首先要确立坐标系,可以设为相对坐标系,也可以设为绝对坐标系。坐标系的设置在DM6629字中,00—03位对应脉冲输出0,04—07位对应脉冲输出1。设置为0时,为相对坐标系;设置为1时,为绝 对坐标系。

采用PLC通过步进驱动器来控制步进电机的运转,从而达到了PLC在步进电动控制中应用更加广泛。例如,在对单双轴运动的控制过程中,在控制面板上设定移动距离、速度和方向等参数。

PLC读入这些设定值后,通过运算产生脉冲、方向信号,控制步进电动机驱动,达到对距离、速度、方向控制的目的。并通过实测证明系统运行结果具有可靠性、可行性、有效性。

在组合数控机床自动线中,由于加工精度的不同,滑台的设置也不同,一般设置三种滑台:
1、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;
2、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;
3、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。
PLC控制器具有通用性强、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,因此广泛应用于工业自动控制中。而它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70~90%,甚至只占用自动线控制单元PLC的3~5个I/O接口及
PLC控制步进电机驱动的数控滑台
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PLC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,见图。
PLC控制数控滑台的方法
1、行程控制 :数控滑台的行程则采用数字控制来实现,由于滑台的行程正比于步进电机的总转角,只要控制步进电机的总转角即可,而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PLC输出的脉冲个数:
n= DL/d (1)
式中 DL——伺服机构的位移量(mm),d ——伺服机构的脉冲当量(mm/脉冲)。
2、进给速度控制 :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;因此可以根据该工序要求的进给速度,确定其PLC输出的脉冲频率:
f=Vf/60d (Hz) (2)
式中 Vf——伺服机构的进给速度(mm/min)
3、进给方向控制
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正反转方向,也可以通过PLC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。

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