PCL839在步進(jìn)電機控制中的應用
步進(jìn)電機是一種將電能轉變?yōu)閯?dòng)能的基本部件,它在多種機電設備中得到了廣泛地應用,如工業(yè)生產(chǎn)中的各種機床、生產(chǎn)線(xiàn)上的傳送帶、農業(yè)生產(chǎn)中的灌溉機械、粉碎機等。如今,隨著(zhù)控制技術(shù)的發(fā)展與完善,對步進(jìn)電機的控制方法也層出不窮,從早期純粹依賴(lài)電路設計控制,到如今的計算機、PLC等先進(jìn)控制方式的涌現,大大提供了步進(jìn)電機的控制精度和設計的簡(jiǎn)單性、靈活性,因而也促進(jìn)了步進(jìn)電機在生產(chǎn)中獲得更加廣泛地應用。
晶體生長(cháng)控制系統是一種高精度的控制系統,其中對晶體生長(cháng)過(guò)程中坩堝的升降、旋轉和耔晶桿的升降的控制尤為重要。同時(shí),晶體生長(cháng)控制系統具有控制速度范圍要求廣、低速段的速度要求低(一般低速與高速之比超過(guò)10000倍以上)等特點(diǎn)。因此,在設計這種控制系統時(shí),就要充分利用硬件和軟件資源,來(lái)達到良好的控制功能。作者在為臺灣某大學(xué)設計的晶體生長(cháng)控制系統中,就利用了研華PCL839三軸步進(jìn)電機控制卡、研祥多功能板卡711B和北京亞控自動(dòng)化公司的組態(tài)王6.03軟件來(lái)達到精確的控制精度。
2、 控制系統組成
由于晶體生長(cháng)控制系統中對步進(jìn)電機的控制提出了很高的要求,其中對兩臺步進(jìn)電機的控制精度要求在低速達到0.01mm/Hr---10mm/Hr(Hr代表小時(shí)),在高速達到10—1000mm/Hr。對于要求如此高的控制系統,作者設計了如下的控制系統硬件配置圖:

圖1 控制系統硬件配置圖
系統主要由研華PCL839步進(jìn)控制卡、研祥711B及端子板785、782、880和減速器、步進(jìn)電機驅動(dòng)器所構成。其中711B主要是通過(guò)端子板輸入開(kāi)關(guān)量、模擬量和輸出開(kāi)關(guān)量來(lái)實(shí)現報警顯示、A/D轉換和步進(jìn)驅動(dòng)器控制輸出等功能;PCL839是本系統的關(guān)鍵設備,因為它通過(guò)軟件設置脈沖數量(頻率)和電機運轉方向,去控制步進(jìn)電機的運行和停止。PCL839是一塊具有三路獨立步進(jìn)控制功能的運動(dòng)控制卡,其脈沖數可以設置在1-16382PPS(每秒脈沖數),而且可以控制步進(jìn)電機的正反向運轉。
3、 脈沖數的計算
步進(jìn)電機控制中脈沖數(頻率)的計算是關(guān)鍵,通過(guò)設置步進(jìn)控制卡的頻率就可以達到改變步進(jìn)電機的運行速度。而脈沖數(頻率)的計算涉及到螺距(步進(jìn)電機轉一圈所行走的直線(xiàn)距離)、設定的速度等,其計算可以按如下的步驟進(jìn)行:
?、?、 假設步進(jìn)電機每個(gè)脈沖轉過(guò)的角度為np
?、?、 確定電機旋轉一周所需要的脈沖數值nr,則 nr=360/np;
?、?、 如果步進(jìn)電機驅動(dòng)器存在細分nc,則nr=360*nc/np;
?、?、 假設電機旋轉一周,運動(dòng)的直線(xiàn)距離為D(mm),則運動(dòng)每毫米需要的脈沖數nt,nt=360*nc/np/D
?、?、 若存在減速器且假設減速比為nb,則nt=360*nc*nb/np/D
?、?、 假設要求達到的速度為V(mm/Hr)時(shí),則可以計算出脈沖周期Td為T(mén)d=3600/nt/V=10*np*D/nc/nb/V
?、?、 可以計算出要求達到V(mm/Hr)時(shí),其頻率 f=1/Td=nc*nb*V/10/np/D,式中各參數的意義如下: nc―――驅動(dòng)器細分數
nb―――機械減速比
V―――速度,單位mm/Hr
np―――每個(gè)脈沖,步進(jìn)電機運動(dòng)的角度,單位度
D――――步進(jìn)電機旋轉一周所運行的直線(xiàn)距離,單位mm
現假設D=5, np=1.8, nc=200, nb=50,要求達到0.01mm/Hr的速度,則可以計算出f=200*50*0.01/10/1.8/5≈1,即在步進(jìn)控制卡的頻率為1HZ時(shí),速度可以達到0.01mm/Hr。由此就可以控制步進(jìn)電機了。
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