利用PLC的高速脈沖指令控制步進電機實現(xiàn)準確定位 系統(tǒng)工作原理 步進電機因其具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、轉(zhuǎn)動慣量低、定位精度高、無累積誤差和成本低廉等優(yōu)點而成為工業(yè)控制的主要執(zhí)行元件，尤其是在精確定位場合中得到廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中，步進電機和生產(chǎn)機械的連接有很多種，常見的一種是步進電機和絲杠連接，將步進電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成工作臺面的直線運動。當需要對工作臺面移動距離進行定位控制時，只需要控制步進電機的轉(zhuǎn)速和角位移大小即可。在非超載的情況下，步進電機的轉(zhuǎn)速和角位移只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(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，則可以實現(xiàn)步進電機反轉(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電機構(gòu)成運動定位控制系統(tǒng)。由PLC高速脈沖指令控制步進電機實現(xiàn)準確定位的實質(zhì)是PLC通過高速脈沖輸出指令PTO/PWM輸出高速脈沖信號，經(jīng)步進電機脈沖細分驅(qū)動器控制步進電機的運行，從而推動工作臺移動到達指定的位置，實現(xiàn)準確定位。 利用PLC控制步進電機實現(xiàn)準確定位的關(guān)鍵是對PLC產(chǎn)生的脈沖數(shù)的設(shè)定。而脈沖數(shù)與脈沖當量、傳動速比、步進電機驅(qū)動器的細分數(shù)以及脈沖頻率等都有關(guān)。 設(shè)計與實施 以貨物倉儲系統(tǒng)中的對直線導(dǎo)軌的定位控制設(shè)計為例加以說明。在倉儲系統(tǒng)中，要求由步進電機拖動直線導(dǎo)軌將料塊送到指定的倉庫門口。假設(shè)從起點到終點的運送距離為100 mm，即要求由步進電機帶動導(dǎo)軌作直線運動，定位距離為100 mm。 為實現(xiàn)準確定位，系統(tǒng)采用西門子S7-200系列CPU226型PLC、四通57BYG250C混合式步進電機和森創(chuàng)SH-20403步進電機驅(qū)動器等設(shè)備。其中CPU226型PLC的CPU有兩個脈沖發(fā)生器，分別是Q0.0端子和Q0.1端子。這兩個端子均可輸出PTO/PWM高速脈沖信，脈沖頻率可達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數(shù)和占空比為50%的方波信號。輸出脈沖的周期以μs或ms為增量單位。PTO功能允許多個脈沖串排隊輸出，從而形成流水線。流水線分為兩種：單段流水線和多段流水線。 為了消除電機的低頻振蕩，提高分辨率，采用了步進電機細分驅(qū)動器，驅(qū)動步距角為0.9°/1.8°，脈沖細分數(shù)設(shè)定為4。為保證速度和定位精度要求，步進電機運行一般要經(jīng)歷三個過程，即啟動加速、恒速運行和接近定位點時的減速運行。 為了維護步進電機以及驅(qū)動設(shè)備，要求驅(qū)動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，控制電機的運行過程。設(shè)直線導(dǎo)軌起始位置在A點，現(xiàn)欲從A點移至D點，其中AD=100 mm。定位精度只與步進電機脈沖當量有關(guān)，取脈沖當量為0.11 mm/脈沖，則需要900個脈沖完成定位。步進電機運行過程中，要從A點加速到B點后恒速運行，又從C點開始減速到D點完成定位過程用200個脈沖完成升頻加速，500個脈沖恒速運行，200個脈沖完成降頻減速。 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，時基為μs級，建立3段脈沖的包絡(luò)表并對各段參數(shù)分別設(shè)置，給定段的周期增量按下式計算： 給定段的周期增量=(該段結(jié)束時的周期值-該段初始的周期值)/該段脈沖數(shù) 這種控制方式屬于對步進電機的一種開環(huán)控制，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、定位準確、易于實現(xiàn)等。 控制系統(tǒng)在設(shè)計與實施過程中的注意事項 (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)步進電機脈沖細分驅(qū)動器的選擇及參數(shù)設(shè)置。 (3)步進電動機的選擇。首先考慮的是步進電動機的類型選擇，其次才是品種選擇，根據(jù)系統(tǒng)要求，確定步進電動機的電壓值、電流值以及有無定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，從而就可以確定步進電動機的相數(shù)和拍數(shù)。在進行步進電動機的品種選擇時，要綜合考慮速比i、軸向力F、負載轉(zhuǎn)矩Ti、額定轉(zhuǎn)矩TN和運行頻率fy，以確定步進電機的具體規(guī)格和控制裝置。 (4)脈沖當量的計算。 
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