步進(jìn)電機(jī)如何直接控制plc?方法有哪些?
步進(jìn)電機(jī)常用來做定位控制,它可以由PLC輸出的脈沖數(shù)量控制旋轉(zhuǎn)的角度(相對(duì)來說可以是距離),脈沖的頻率控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度。但用于控制精度不是很高的場(chǎng)合,簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、控制方便;對(duì)于控制精度要求很高的場(chǎng)合,就得使用伺服控制系統(tǒng)了。
步進(jìn)系統(tǒng)=步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器+步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)由步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng),相當(dāng)于驅(qū)動(dòng)電源,且它受外部的脈沖信號(hào)和方向信號(hào)控制(這里舉例是西門子PLC輸出脈沖),進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和速度。
步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器+步進(jìn)電機(jī)+西門子PLC(CPU 222 CN)
相關(guān)的定義
1、驅(qū)動(dòng)器:用于PLC控制步進(jìn)電機(jī)的媒介,負(fù)責(zé)把PLC給的脈沖信號(hào)經(jīng)過放大后,輸給步進(jìn)電機(jī),使電機(jī)按照PLC和驅(qū)動(dòng)器給定的參數(shù)運(yùn)行。
控制過程
2、步距角:每個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度,比較普遍的是1.8°,這個(gè)一般是不可以改變的啦。
例:在未設(shè)定細(xì)分情況下,控制步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈(360°),需要PLC發(fā)出多少個(gè)脈沖?
答:360°/X=1.8°/1,所以X=200個(gè)脈沖。
3、細(xì)分:實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),步距角很大的話,每次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也就很大,會(huì)引起振動(dòng),相應(yīng)的控制誤差也會(huì)變大。所以引入了細(xì)分的功能。意思就是,通過驅(qū)動(dòng)器的DIP開關(guān)把步距角多分幾分,讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)更加平穩(wěn)。
例:步距角為1.8°,設(shè)定10細(xì)分,那么PLC每發(fā)出一個(gè)脈沖,電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)0.18°,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈(360°),需要PLC發(fā)出多少個(gè)脈沖?
答:360°/X=0.18°/1,所以X=2000個(gè)脈沖。
小結(jié):步距角越大,脈沖數(shù)越少;步距角越小,脈沖數(shù)越多。
步進(jìn)系統(tǒng)硬件介紹(以普菲德步進(jìn)電機(jī)為例)
1、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器
普菲德驅(qū)動(dòng)器說明
步進(jìn)電機(jī)的方向控制一般有兩種:
A)脈沖+方向:PUL有脈沖產(chǎn)生時(shí),電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),方向由DIR來決定。
B)正向脈沖+反向脈沖:當(dāng)PUL有脈沖產(chǎn)生時(shí),正轉(zhuǎn);當(dāng)DIR有脈沖產(chǎn)生時(shí),反正。但PUL與DIR不能同時(shí)有脈沖產(chǎn)生。
2、步進(jìn)電機(jī)
當(dāng)A.B 兩相繞組調(diào)換時(shí),可使電機(jī)反向。
在組合機(jī)床自動(dòng)線中,一般根據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑臺(tái)(1)液壓滑臺(tái),用于切削量大,加工精度要求較低的粗加工工序中;(2)機(jī)械滑臺(tái),用于切削量中等,具有一定加工精度要求的半精加工工序中;(3)數(shù)控滑臺(tái),用于切削量小,加工精度要求很高的精加工工序中??删幊炭刂破?簡(jiǎn)稱PLC)以其通用性強(qiáng)、可靠性高、指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)便易學(xué)、易于掌握、體積小、維修工作少、現(xiàn)場(chǎng)接口安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制中。特別是在組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線的控制及CNC機(jī)床的S、T、M功能控制更顯示出其卓越的性能。PLC控制的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用于組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線上的數(shù)控滑臺(tái)控制,可省去該單元的數(shù)控系統(tǒng)使該單元的控制系統(tǒng)成本降低70~90%,甚至只占用自動(dòng)線控制單元PLC的3~5個(gè)I/O接口及<1KB的內(nèi)存。特別是大型自動(dòng)線中可以使控制系統(tǒng)的成本顯著下降。
2 PLC控制的數(shù)控滑臺(tái)結(jié)構(gòu)
一般組合機(jī)床自動(dòng)線中的數(shù)控滑臺(tái)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)。采用PLC控制的數(shù)控滑臺(tái)由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成,見圖1。
伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪Z1、Z2應(yīng)該采取消隙措施,避免產(chǎn)生反向死區(qū)或使加工精度下降;而絲杠傳動(dòng)副則應(yīng)該根據(jù)該單元的加工精度要求,確定是否選用滾珠絲杠副。采用滾珠絲杠副,具有傳動(dòng)效率高、系統(tǒng)剛度好、傳動(dòng)精度高、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn),但成本較高且不能自鎖。
3 數(shù)控滑臺(tái)的PLC控制方法
數(shù)控滑臺(tái)的控制因素主要有三個(gè):
3.1 行程控制
一般液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)的行程控制是利用位置或壓力傳感器(行程開關(guān)/死擋鐵)來實(shí)現(xiàn);而數(shù)控滑臺(tái)的行程則采用數(shù)字控制來實(shí)現(xiàn)。由數(shù)控滑臺(tái)的結(jié)構(gòu)可知,滑臺(tái)的行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角,因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個(gè)數(shù);因此可以根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的位移量確定PLC輸出的脈沖個(gè)數(shù):
n= DL/d (1)
式中 DL——伺服機(jī)構(gòu)的位移量(mm),d ——伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量(mm/脈沖)
3.2 進(jìn)給速度控制
伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率;因此可以根據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度,確定其PLC輸出的脈沖頻率:
f=Vf/60d (Hz) (2)
式中 Vf——伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度(mm/min)
3.3 進(jìn)給方向控制
進(jìn)給方向控制即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向;如三相步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA-A…時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號(hào)改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來實(shí)現(xiàn),或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來改變步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。
4 PLC的軟件控制邏輯
由滑臺(tái)的PLC控制方法可知,應(yīng)使步進(jìn)電機(jī)的輸入脈沖總數(shù)和脈沖頻率受到相應(yīng)的控制。因此在控制軟件上設(shè)置一個(gè)脈沖總數(shù)和脈沖頻率可控的脈沖信號(hào)發(fā)生器;對(duì)于頻率較低的控制脈沖,可以利用PLC中的定時(shí)器構(gòu)成,如圖2所示。脈沖頻率可以通過定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)控制脈沖周期,脈沖總數(shù)控制則可以設(shè)置一脈沖計(jì)數(shù)器C10。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí),計(jì)數(shù)器C10動(dòng)作切斷脈沖發(fā)生器回路,使其停止工作。伺服機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)無脈沖輸入時(shí)便停止運(yùn)轉(zhuǎn),伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位。當(dāng)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移速度要求較高時(shí),可以用PLC中的高速脈沖發(fā)生器。不同的PLC其高速脈沖的頻率可達(dá)4000~6000Hz。對(duì)于自動(dòng)線上的一般伺服機(jī)構(gòu),其速度可以得到充分滿足。