適用PLC系統使用的步進(jìn)電機控制驅動(dòng)器

       本文介紹了一種新型步進(jìn)電機控制驅動(dòng)器。該驅動(dòng)器充分利用了單片機軟件控制靈活和PLC的ΔC門(mén)控制方便的主要特點(diǎn)，將傳統的PLC步進(jìn)電機控制模塊與驅動(dòng)電源合二為一，是一種新型的運動(dòng)控制產(chǎn)品。

        傳統上，在用PLC控制步進(jìn)電機時(shí)，通常在PLC中附加一塊專(zhuān)用的步進(jìn)電機控制智能模塊，再與驅動(dòng)電源相連接實(shí)現控制功能。在市場(chǎng)上，一片PLC的價(jià)格在2000元左右，而一塊控制智能模塊也值2000元，再加上驅動(dòng)電源在1500到2500元左右，在一些小型控制中顯得成本過(guò)高。本文介紹的一種控制驅動(dòng)器產(chǎn)品，采用單片機內置式控制軟件，接收PLC的OC門(mén)信息，將步進(jìn)電機控制模塊與驅動(dòng)電源合二為一，省去了步進(jìn)電機控制智能模塊，使成本大為降低。該驅動(dòng)器適用于各種二相、小于3A的步進(jìn)電機。

       一、系統硬件

       本系統采用軟件環(huán)分驅動(dòng)，大量工作由軟件完成。硬件電路十分簡(jiǎn)單。如圖1所示。

        二、系統工作原理

       眾所周知，普通的PLC可編程控制器，輸入為OC門(mén)或繼電器，很少有高速脈沖輸出口，但一般有脈沖計數輸入接口。我們利用這一特征點(diǎn)，通過(guò)以下配置可方便的完成機械運動(dòng)的過(guò)程或位置控制。

       在機械運動(dòng)機構上安裝過(guò)程控制使用的長(cháng)光柵，并在運動(dòng)機構一端設定限位開(kāi)關(guān)為機械原點(diǎn)(可用光電、霍爾元件)，遠離限位開(kāi)關(guān)為步進(jìn)電機運行的正方向。當步進(jìn)電機通電后，首先向機械原點(diǎn)運行，當碰到限位開(kāi)關(guān)時(shí)，PLC內部的計數器自動(dòng)清零。如我們要進(jìn)行機械運動(dòng)的過(guò)程控制，通過(guò)光柵與步進(jìn)電機帶動(dòng)的機械部件相連，確定步進(jìn)電機與光柵的脈沖當量值之后，即可在PLC可編程控制器上編程實(shí)現高速高效的過(guò)程控制了。例如：步進(jìn)電機的脈沖當量為01001mm，與之配合的光柵反饋脈沖也選配輸出每個(gè)脈沖為01001mm，這樣步進(jìn)電機每走一步，光柵反饋一次信號到PLC內，計數器則加(或減)一。

       由于該步進(jìn)電機控制驅動(dòng)器有7種速度可選，在不同的運動(dòng)情況下選不同的速度，當運行到確定的位置后，停止步進(jìn)電機即可。同時(shí)，控制驅動(dòng)器內還自帶升降頻控制、整步/細分切換等功能，所以PLC的控制使用十分方便。

       三、系統軟件

      該系統的核心是單片機軟件部分。

      軟件由以下幾個(gè)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志位，判斷是否需要啟動(dòng)電機并復位電機。

       輸入模塊：CPU接收來(lái)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(lái)驅動(dòng)電機，參見(jiàn)表1。INT4決定運動(dòng)方向(1表示正轉，0表示反轉)。

       升降頻模塊：此模塊包括升降頻數據表和查詢(xún)數據表并給計數器T0賦值兩個(gè)子模塊。它保證在兩種頻率之間切換時(shí)平穩圓滑過(guò)渡且不失步。程序在升降頻過(guò)程中，涉及到“最優(yōu)化升降頻曲線(xiàn)”如圖4所示，這條曲線(xiàn)的方程由電機參數決定。詳細說(shuō)明查閱其他資料。

       在處理這條曲線(xiàn)時(shí)，由時(shí)間t每遞增△t所對應的頻率f構成一張表，并對應生成一頁(yè)MCS-51匯編語(yǔ)言數據表(計時(shí)器T0的初值)，以查詢(xún)數據表的方式來(lái)擬合這條曲線(xiàn)，實(shí)現優(yōu)化升降頻過(guò)程。
   

       整步/細分切換模塊：程序確定將七種常用頻率以細分形式驅動(dòng)電機，以滿(mǎn)足電機處以不同工作狀態(tài)時(shí)的不同需要；并將最高頻率設置成以整步驅動(dòng)電機，使電機能高速空走。本模塊負責完成從整步到細分、從細分到整步的切換。

        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(gè)子模塊。本系統按二相二十拍編寫(xiě)程序。改變此模塊可以廣泛適用于二相各拍步進(jìn)電機。

       四、總結

       同傳統驅動(dòng)器相比，該控制驅動(dòng)器以軟件代替硬件步進(jìn)電機控制器和硬件脈沖環(huán)分電路，結構簡(jiǎn)單，成本節約。采用閉環(huán)控制，根據位置傳感器的不同種類(lèi)和精度，可廣泛適用于坐標測量?jì)x、比長(cháng)儀等各種不同精度的精密儀器和機床設備。