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適用PLC係統使用的步進電機控製驅動器

2018-01-10 12:33

本文介紹了一種新型步進電機控製驅動器。該驅動器充分利用了單片機軟件控製靈活和PLC的ΔC門控製方便的主要特點,將傳統的PLC步進電機控製模塊與驅動電源合二為一,是一種新型的運動控製產品。

  傳統上,在用PLC控製步進電機時,通常在PLC中附加一塊專用的步進電機控製智能模塊,再與驅動電源相連接實現控製功能。在市場上,一片PLC的價格在2000元左右,而一塊控製智能模塊也值2000元,再加上驅動電源在1500到2500元左右,在一些小型控製中顯得成本過高。本文介紹的一種控製驅動器產品,采用單片機內置式控製軟件,接收PLC的OC門信息,將步進電機控製模塊與驅動電源合二為一,省去了步進電機控製智能模塊,使成本大為降低。該驅動器適用於各種二相、小於3A的步進電機。


一、係統硬件

  本係統采用軟件環分驅動,大量工作由軟件完成。硬件電路十分簡單。


二、係統工作原理

  眾所周知,普通的PLC可編程控製器,輸入為OC門或繼電器,很少有高速脈衝輸出口,但一般有脈衝計數輸入接口。我們利用這一特征點,通過以下配置可方便的完成機械運動的過程或位置控製。

  在機械運動機構上安裝過程控製使用的長光柵,並在運動機構一端設定限位開關為機械原點(可用光電、霍爾元件),遠離限位開關為步進電機運行的正方向。當步進電機通電後,首先向機械原點運行,當碰到限位開關時,PLC內部的計數器自動清零。如我們要進行機械運動的過程控製,通過光柵與步進電機帶動的機械部件相連,確定步進電機與光柵的脈衝當量值之後,即可在PLC可編程控製器上編程實現高速高效的過程控製了。例如:步進電機的脈衝當量為01001mm,與之配合的光柵反饋脈衝也選配輸出每個脈衝為01001mm,這樣步進電機每走一步,光柵反饋一次信號到PLC內,計數器則加(或減)一。

  由於該步進電機控製驅動器有7種速度可選,在不同的運動情況下選不同的速度,當運行到確定的位置後,停止步進電機即可。同時,控製驅動器內還自帶升降頻控製、整步/細分切換等功能,所以PLC的控製使用十分方便。


三、係統軟件

  該係統的核心是單片機軟件部分。

  軟件由以下幾個主要模塊組成。

  初始化模塊:清理程序中所需的標誌位,判斷是否需要啟動電機並複位電機。

  輸入模塊:CPU接收來自INT1到INT4的電平信號。其中INT1到INT3的各種不同組合用以選擇7種常用頻率來驅動電機,參見表1。INT4決定運動方向(1表示正轉,0表示反轉)。

  升降頻模塊:此模塊包括升降頻數據表和查詢數據表並給計數器T0賦值兩個子模塊。它保證在兩種頻率之間切換時平穩圓滑過渡且不失步。程序在升降頻過程中,涉及到“最優化升降頻曲線”如圖4所示,這條曲線的方程由電機參數決定。詳細說明查閱其他資料。

  在處理這條曲線時,由時間t每遞增△t所對應的頻率f構成一張表,並對應生成一頁MCS-51匯編語言數據表(計時器T0的初值),以查詢數據表的方式來擬合這條曲線,實現優化升降頻過程。

  整步/細分切換模塊:程序確定將七種常用頻率以細分形式驅動電機,以滿足電機處以不同工作狀態時的不同需要;並將最高頻率設置成以整步驅動電機,使電機能高速空走。本模塊負責完成從整步到細分、從細分到整步的切換。

  輸出模塊:此模塊包括脈衝環分和環分脈衝輸出(T0中斷完成)兩個子模塊。本係統按二相二十拍編寫程序。改變此模塊可以廣泛適用於二相各拍步進電機。


四、總結

  同傳統驅動器相比,該控製驅動器以軟件代替硬件步進電機控製器和硬件脈衝環分電路,結構簡單,成本節約。采用閉環控製,根據位置傳感器的不同種類和精度,可廣泛適用於坐標測量儀、比長儀等各種不同精度的精密儀器和機床設備。


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