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PLC控制步进电机应用系统设计

作者:jnscsh   时间:2022-04-14 08:44:28   浏览次数:

摘要:步进电机作为执行元件,是实现机电一体化的关键产品之一,在工业自动化中有着广泛的应用。本文介绍了可编程控制器(PLC)控制步进电机的软硬件设计方法,包括硬件接线图、系统流程图和梯形图程序等。此系统在实际工程应用中取得很好的效果。

关键词:PLC 步进电机 控制电路 梯形图

0 引言

作为一种数字伺服执行元件,步进电机具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点,广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。为了实现步进电机的简易运动控制,一般采用PLC控制驱动器驱动步进电机,实现步进电机的速度和位置定位控制。

1 系统要求

此控制系统由42BYG4503混合式步进电机、丰炜VH-10MT的PLC、ST-25HB二相混合式细分驱动器和光感应器等组成。系统要求步进电机速度、方向、进给距离、进给次数可调,且要求PLC和计算机进行实时通信以实现传送机构与检测设备协调工作

2 系统硬件

本系统采用软件驱动,大量工作由软件完成。硬件电路较为简单,如图1所示。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当PLC发送一个脉冲信号到驱动器,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行。可以通过控制PLC发送脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制PLC发送脉冲的频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到有效控制的目的,此系统采用开环控制。

3 系统软件

该系统的核心是PLC程序部分,程序的编写主要围绕步进电机驱动器的控制进行展开的,系统控制流程图如图2所示。

步进电机的速度取决于输入控制脉冲的频率,步进电机的定位取决于输入控制脉冲的数量。在丰炜VH系列PLC中,利用高速处理脉冲输出指令PLSY来实现脉冲频率和数量的控制。指令格式PLSY S1 S2 D,PLSY表示脉冲输出助记符,S1表示脉冲输出频率,S2表示脉冲输出数目,D表示脉冲输出点,此指令适用于晶体管输出型PLC,对于继电器输出,频繁的脉冲输出不但会缩短使用寿命,由于机械触点的影响,还会使输出脉冲波形严重畸变。在VH系列PLC中输出点只能采用Y0,频率最高可以达到7K,能够满足步进电机应用多数场合的速度需求。为确保晶体管输出PLC脉冲输出的质量,负载电流必须大于200mA,还需外加一上拉电阻。

步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感,即震动感。为了使电机转动平滑,减小震动,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波,以减小步进电机的步进角,提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑,则需采用合适的锁定波形,产生锁定磁力矩,锁定步进电机的转轴,使步进电机转轴不能自由转动。程序在升降频过程中,涉及到“最优化升降频曲线”如图3所示。

4 PLC梯形图

下面是步进电机控制软件系统中的部分PLC梯形图,如图4所示,其中51-65行是脉冲输出控制指令部分,82-96行是比较指令,用于判断进给是否达到目标次数,是整个程序的核心部分。

5 结束语

PLC控制步进电机开环伺服系统应用在自动化检测仪器的传送机构中,简化了系统的结构,提高了生产效率。控制系统硬件之间的连线简洁,降低了故障发生率。程序中采用了升降频设计使得电机转动平滑,稳定。在实际工程应用中,证明该系统实用、可靠、性能优良,适合生产需要。

参考文献:

[1]陈隆昌.控制电机[M].西安:西北电讯工程学院出版社.1984.

[2]宫淑贞.可编程控制器原理及应用[M].北京:人民邮电出版社.2002.

[3]钟肇新,彭侃编译.可编程控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社.2000.

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