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适用PLC使用的步进电机控制驱动器

2005/10/18 15:00:00

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  1. 关键词: 步进电机 可编程序控制器(PLC)  控制驱动器|适用PLC使用的步进电机控制驱动器||张良|| 可编程序控制器 伺服与运动控制|
  2. 摘要:本文介绍了一种新型步进电机控制驱动器。该驱动器充分利用了单片机软件控制灵活和PLC 的ΔC门控制方便的主要特点,将传统的PLC 步进电机控制模块与驱动电源合二为一,是一种新型的运动控制产品。
摘要
  本文介绍了一种新型步进电机控制驱动器。该驱动器充分利用了单片机软件控制灵活和PLC 的ΔC门控制方便的主要特点,将传统的PLC 步进电机控制模块与驱动电源合二为一,是一种新型的运动控制产品。

关键词
 
  步进电机 可编程序控制器(PLC)  控制驱动器

  传统上,在用PLC 控制步进电机时,通常在PLC中附加一块专用的步进电机控制智能模块,再与驱动电源相连接实现控制功能。在市场上,一片PLC的价格在2000 元左右,而一块控制智能模块也值2000 元,再加上驱动电源在1500 到2500 元左右,在一些小型控制中显得成本过高。本文介绍的一种控制驱动器产品,采用单片机内置式控制软件,接收PLC 的OC 门信息,将步进电机控制模块与驱动电源合二为一,省去了步进电机控制智能模块,使成本大为降低。该驱动器适用于各种二相、小于3A 的步进电机。

一、系统硬件

  本系统采用软件环分驱动,大量工作由软件完成。硬件电路十分简单。如图1 所示。
控制驱动器线路简图
控制驱动器线路简图

系统硬件
系统硬件

图2 所示,同PLC 配合闭环控制步进电机,是该驱动器的一种典型应用。
  
二、系统工作原理

  众所周知,普通的PLC 可编程控制器,输入为OC 门或继电器,很少有高速脉冲输出口,但一般有脉冲计数输入接口。我们利用这一特征点,通过以下配置可方便的完成机械运动的过程或位置控制。
在机械运动机构上安装过程控制使用的长光栅,并在运动机构一端设定限位开关为机械原点(可用光电、霍尔元件) ,远离限位开关为步进电机运行的正方向。当步进电机通电后,首先向机械原点运行,当碰到限位开关时, PLC 内部的计数器自动清零。如我们要进行机械运动的过程控制,通过光栅与步进电机带动的机械部件相连,确定步进电机与
光栅的脉冲当量值之后,即可在PLC 可编程控制器上编程实现高速高效的过程控制了。例如:步进电机的脉冲当量为01001mm ,与之配合的光栅反馈脉冲也选配输出每个脉冲为01001mm ,这样步进电机每走一步,光栅反馈一次信号到PLC 内,计数器则加(或减) 一。

  由于该步进电机控制驱动器有7 种速度可选,在不同的运动情况下选不同的速度,当运行到确定的位置后,停止步进电机即可。同时,控制驱动器内还自带升降频控制、整步/ 细分切换等功能,所以PLC 的控制使用十分方便。

三、系统软件

  该系统的核心是单片机软件部分。
  软件由以下几个主要模块组成。如图3 所示。
  初始化模块:清理程序中所需的标志位,判断是否需要启动电机并复位电机。
  输入模块:CPU 接收来自INT1 到INT4 的电平信号。其中INT1 到INT3 的各种不同组合用以选择7 种常用频率来驱动电机,参见表1。INT4 决定运动方向(1 表示正转,0 表示反转) 。
图3
图3  控制软件模块
表1
表1  编码信息与频率关系

  升降频模块:此模块包括升降频数据表和查询数据表并给计数器T0 赋值两个子模块。它保证在两种频率之间切换时平稳圆滑过渡且不失步。程序在升降频过程中,涉及到“最优化升降频曲线”如图4 所示,这条曲线的方程由电机参数决定。详细说明查阅其他资料。在处理这条曲线时,由时间t 每递增△t 所对应的频率f 构成一张表,并对应
  生成一页MCS - 51 汇编语言数据表(计时器T0 的初值) ,以查询数据表的方式来拟合这条曲线,实现优化升降频过程。
图4
图4  升降频曲线

  整步/ 细分切换模块:程序确定将七种常用频率以细分形式驱动电机,以满足电机处以不同工作状态时的不同需要;并将最高频率设置成以整步驱动电机,使电机能高速空走。本模块负责完成从整步到细分、从细分到整步的切换。
  输出模块:此模块包括脉冲环分和环分脉冲输出(T0 中断完成) 两个子模块。本系统按二相二十拍编写程序。改变此模块可以广泛适用于二相各拍步进电机。

四、总结

  同传统驱动器相比,该控制驱动器以软件代替硬件步进电机控制器和硬件脉冲环分电路,结构简单,成本节约。采用闭环控制,根据位置传感器的不同种类和精度,可广泛适用于坐标测量仪、比长仪等各种不同精度的精密仪器和机床设备。

参考文献

1  张培仁,刘振安1MCS 单片机应用大全,科海培训中心
2  孙育才1MCS - 51 系列单片机原理及其应用1 南京工学院出版社
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