適用PLC系統(tǒng)使用的步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動器

       本文介紹了一種新型步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動器。該驅(qū)動器充分利用了單片機(jī)軟件控制靈活和PLC的ΔC門控制方便的主要特點，將傳統(tǒng)的PLC步進(jìn)電機(jī)控制模塊與驅(qū)動電源合二為一，是一種新型的運動控制產(chǎn)品。

        傳統(tǒng)上，在用PLC控制步進(jìn)電機(jī)時，通常在PLC中附加一塊專用的步進(jìn)電機(jī)控制智能模塊，再與驅(qū)動電源相連接實現(xiàn)控制功能。在市場上，一片PLC的價格在2000元左右，而一塊控制智能模塊也值2000元，再加上驅(qū)動電源在1500到2500元左右，在一些小型控制中顯得成本過高。本文介紹的一種控制驅(qū)動器產(chǎn)品，采用單片機(jī)內(nèi)置式控制軟件，接收PLC的OC門信息，將步進(jìn)電機(jī)控制模塊與驅(qū)動電源合二為一，省去了步進(jìn)電機(jī)控制智能模塊，使成本大為降低。該驅(qū)動器適用于各種二相、小于3A的步進(jìn)電機(jī)。

       一、系統(tǒng)硬件

       本系統(tǒng)采用軟件環(huán)分驅(qū)動，大量工作由軟件完成。硬件電路十分簡單。如圖1所示。

        二、系統(tǒng)工作原理

       眾所周知，普通的PLC可編程控制器，輸入為OC門或繼電器，很少有高速脈沖輸出口，但一般有脈沖計數(shù)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(jī)械運動的過程或位置控制。

       在機(jī)械運動機(jī)構(gòu)上安裝過程控制使用的長光柵，并在運動機(jī)構(gòu)一端設(shè)定限位開關(guān)為機(jī)械原點(可用光電、霍爾元件)，遠(yuǎn)離限位開關(guān)為步進(jìn)電機(jī)運行的正方向。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)通電后，首先向機(jī)械原點運行，當(dāng)碰到限位開關(guān)時，PLC內(nèi)部的計數(shù)器自動清零。如我們要進(jìn)行機(jī)械運動的過程控制，通過光柵與步進(jìn)電機(jī)帶動的機(jī)械部件相連，確定步進(jìn)電機(jī)與光柵的脈沖當(dāng)量值之后，即可在PLC可編程控制器上編程實現(xiàn)高速高效的過程控制了。例如：步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量為01001mm，與之配合的光柵反饋脈沖也選配輸出每個脈沖為01001mm，這樣步進(jìn)電機(jī)每走一步，光柵反饋一次信號到PLC內(nèi)，計數(shù)器則加(或減)一。

       由于該步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)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(dāng)運行到確定的位置后，停止步進(jìn)電機(jī)即可。同時，控制驅(qū)動器內(nèi)還自帶升降頻控制、整步/細(xì)分切換等功能，所以PLC的控制使用十分方便。

       三、系統(tǒng)軟件

      該系統(tǒng)的核心是單片機(jī)軟件部分。

      軟件由以下幾個主要模塊組成。如圖3所示。

      初始化模塊：清理程序中所需的標(biāo)志位，判斷是否需要啟動電機(jī)并復(fù)位電機(jī)。

       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(qū)動電機(jī)，參見表1。INT4決定運動方向(1表示正轉(zhuǎn)，0表示反轉(zhuǎn))。

       升降頻模塊：此模塊包括升降頻數(shù)據(jù)表和查詢數(shù)據(jù)表并給計數(shù)器T0賦值兩個子模塊。它保證在兩種頻率之間切換時平穩(wěn)圓滑過渡且不失步。程序在升降頻過程中，涉及到“最優(yōu)化升降頻曲線”如圖4所示，這條曲線的方程由電機(jī)參數(shù)決定。詳細(xì)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(yīng)的頻率f構(gòu)成一張表，并對應(yīng)生成一頁MCS-51匯編語言數(shù)據(jù)表(計時器T0的初值)，以查詢數(shù)據(jù)表的方式來擬合這條曲線，實現(xiàn)優(yōu)化升降頻過程。
   

       整步/細(xì)分切換模塊：程序確定將七種常用頻率以細(xì)分形式驅(qū)動電機(jī)，以滿足電機(jī)處以不同工作狀態(tài)時的不同需要；并將最高頻率設(shè)置成以整步驅(qū)動電機(jī)，使電機(jī)能高速空走。本模塊負(fù)責(zé)完成從整步到細(xì)分、從細(xì)分到整步的切換。

        輸出模塊：此模塊包括脈沖環(huán)分和環(huán)分脈沖輸出(T0中斷完成)兩個子模塊。本系統(tǒng)按二相二十拍編寫程序。改變此模塊可以廣泛適用于二相各拍步進(jìn)電機(jī)。

       四、總結(jié)

       同傳統(tǒng)驅(qū)動器相比，該控制驅(qū)動器以軟件代替硬件步進(jìn)電機(jī)控制器和硬件脈沖環(huán)分電路，結(jié)構(gòu)簡單，成本節(jié)約。采用閉環(huán)控制，根據(jù)位置傳感器的不同種類和精度，可廣泛適用于坐標(biāo)測量儀、比長儀等各種不同精度的精密儀器和機(jī)床設(shè)備。