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PLC脈沖控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)
更新時間:2018-06-23   點擊次數(shù):2483次

步進(jìn)電機(jī)、脈沖與方向信號
步進(jìn)電機(jī)作為一種常用的電氣執(zhí)行元件,廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要配備一個專門的驅(qū)動電源,驅(qū)動電源的輸出受外部的脈沖信號和方向信號控制。每一個脈沖信號可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個固定的角度,這個角度稱為步距角。脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度,脈沖的頻率決定了旋轉(zhuǎn)的速度。方向信號決定了旋轉(zhuǎn)的方向。就一個傳動速比確定的具體設(shè)備而言,無需距離、速度信號反饋環(huán),只需控制脈沖的數(shù)量和頻率即可控制設(shè)備移動部件的移動距離和速度;而方向信號可控制移動的方向。因此,對于那些控制精度要求不是很高的應(yīng)用場合,用開環(huán)方式控制是一種較為簡單而又經(jīng)濟(jì)的電氣控制技術(shù)方案。
另外,步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分運(yùn)轉(zhuǎn)方式非常實用,盡管其步距角受到機(jī)械制造的限制,不能制作得很小,但可以通過電氣控制的方式使步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)由原來的每個整步分成m個小步來完成,以提高設(shè)備運(yùn)行的精度和平穩(wěn)性。
控制步進(jìn)電機(jī)電源的脈沖與方向信號源常用數(shù)控系統(tǒng),但對于一些在運(yùn)行過程中移動距離和速度均確定的具體設(shè)備,采用PLC(可編程控制器)是一種理想的技術(shù)方案。
控制方案
在操作面板上設(shè)定移動距離、速度和方向,通過PLC的運(yùn)算產(chǎn)生脈沖、方向信號,控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源,達(dá)到對距離、速度、方向控制的目的,見圖1。操作面板上的位置旋鈕控制移動的距離,速度旋鈕控制移動的速度,方向按鈕控制移動的方向,啟/停按鈕控制電機(jī)的啟動與停止。
在實際系統(tǒng)中,位置與速度往往需要分成幾擋,故位置、速度旋鈕可選用波段開關(guān),通過對波段開關(guān)的不同跳線進(jìn)行編碼,可減少操作面板與PLC的連線數(shù)量,同時也減少了PLC的輸入點數(shù),節(jié)省了成本。一個n刀波段開關(guān)的zui多擋位可達(dá)到2n。
在對PLC選型前,應(yīng)根據(jù)下式計算系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量、脈沖頻率上限和zui大脈沖數(shù)量。
根據(jù)脈沖頻率可以確定PLC高速脈沖輸出時需要的頻率,根據(jù)脈沖數(shù)量可以確定PLC的位寬。同時,考慮到系統(tǒng)響應(yīng)的及時性、可靠性和使用壽命,PLC應(yīng)選擇晶體管輸出型。
步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)的選擇以避開電機(jī)的共振頻率為原則,一般可選擇2、5、10、25細(xì)分。
編制PLC控制程序時應(yīng)將傳動系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量、反向間隙、步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)定義為參數(shù)變量,以便現(xiàn)場調(diào)整。
應(yīng)用實例
筆者應(yīng)用PLC脈沖控制步進(jìn)電機(jī)的技術(shù),對生產(chǎn)上引法無氧銅管的設(shè)備進(jìn)行了電氣控制。
上引法無氧銅管的生產(chǎn)過程是:將電解銅加入工頻感應(yīng)爐,使其熔化成銅液,在銅液中浸入1個通有冷卻水的結(jié)晶器,流入結(jié)晶器的銅液經(jīng)過0.5~3s后,便結(jié)晶成了固態(tài)銅管。然后,一邊由引棒將固態(tài)銅管從結(jié)晶器中導(dǎo)出,一邊重復(fù)上述結(jié)晶過程,慢慢地將固態(tài)銅管牽引至摩擦壓輪,以后根據(jù)工藝間隔時間由步進(jìn)電機(jī)帶動摩擦壓輪,將固態(tài)銅管*地從結(jié)晶器中牽引出來。牽引出來的銅管依次進(jìn)入校直、軋管、盤管、冷拉等工序,生產(chǎn)出不同規(guī)格的自來水管或空調(diào)、冰箱的熱交換器用銅管。
設(shè)備應(yīng)滿足如下的生產(chǎn)工藝要求:
引管距離6擋/(mm·次-1):2、2.5、3、3.5、4、5; 
引管速度7擋/(mm·min-1):115、130、140、150、160、170、180; 
牽引與結(jié)晶時間比:1∶1; 
引管方式:間歇式; 
牽引方向:不變; 
設(shè)備運(yùn)行:連續(xù)。
可見,距離開關(guān)為6擋,速度開關(guān)為7擋,組合后共有42種牽引方式。根據(jù)計算,距離、速度信號各需3個輸入點就能達(dá)到設(shè)定的擋數(shù)要求,啟/停按鈕需1個輸入點。根據(jù)工藝要求,牽引方向不變,故操作面板上不設(shè)置方向按鈕,步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向不通過PLC來控制,而是采用直接跳線來完成設(shè)置。脈沖信號需1個輸出點,信號燈需2個輸出點。步進(jìn)電機(jī)采用25細(xì)分工作模式,以避開電機(jī)的共振頻率區(qū)。PLC選用了具有8個數(shù)字量輸入點、6個數(shù)字量輸出點的SIEMENS公司生產(chǎn)的SIMATIC S7-200 CPU 222。另外,在控制程序中用多段管線操作設(shè)計了電機(jī)的升降過程,以滿足大負(fù)載啟動的要求。
電氣控制原理
制作時,首先將面板上的距離、速度波段開關(guān)按圖2進(jìn)行跳線,完成二進(jìn)制編碼,這樣節(jié)省了7個PLC輸入點,簡化了連接,提高了系統(tǒng)可靠性,同時也降低了設(shè)備的制造成本;然后將各波段開關(guān)、按鈕的輸出與PLC相連。設(shè)備運(yùn)行時,PLC根據(jù)操作面板上各開關(guān)的設(shè)定位置,由控制程序產(chǎn)生某一頻率和數(shù)量的高速脈沖,并將其輸出至PCB,由PCB完成電平轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的電平信號送至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器,拖動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的速度旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度,zui終達(dá)到控制距離和速度的目的。
結(jié)論
該設(shè)備經(jīng)3個多月的運(yùn)行考核,證明將PLC脈沖控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于中、小功率牽引設(shè)備中,具有控制簡單、穩(wěn)定、成本低等特點,是一種切實可行的電氣控制方案。

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