ＰＬＣ控制步进电机应用系统设计

2009-09-05王啸东阚子振

中小企业管理与科技·下旬刊 2009年2期

关键词：步进电机梯形图控制电路

王啸东　阚子振

摘要：步进电机作为执行元件，是实现机电一体化的关键产品之一，在工业自动化中有着广泛的应用。本文介绍了可编程控制器（PLC）控制步进电机的软硬件设计方法，包括硬件接线图、系统流程图和梯形图程序等。此系统在实际工程应用中取得很好的效果。

关键词：PLC 步进电机控制电路梯形图

0 引言

作为一种数字伺服执行元件，步进电机具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点，广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。为了实现步进电机的简易运动控制，一般采用PLC控制驱动器驱动步进电机，实现步进电机的速度和位置定位控制。

1 系统要求

此控制系统由42BYG4503混合式步进电机、丰炜VH-10MT的PLC、ST-25HB二相混合式细分驱动器和光感应器等组成。系统要求步进电机速度、方向、进给距离、进给次数可调，且要求PLC和计算机进行实时通信以实现传送机构与检测设备协调工作。

2 系统硬件

本系统采用软件驱动，大量工作由软件完成。硬件电路较为简单，如图1所示。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当PLC发送一个脉冲信号到驱动器，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行。可以通过控制PLC发送脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制PLC发送脉冲的频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到有效控制的目的，此系统采用开环控制。

3 系统软件

该系统的核心是PLC程序部分，程序的编写主要围绕步进电机驱动器的控制进行展开的，系统控制流程图如图2所示。

步进电机的速度取决于输入控制脉冲的频率，步进电机的定位取决于输入控制脉冲的数量。在丰炜VH系列PLC中，利用高速处理脉冲输出指令PLSY来实现脉冲频率和数量的控制。指令格式PLSY S1 S2 D，PLSY表示脉冲输出助记符，S1表示脉冲输出频率，S2表示脉冲输出数目，D表示脉冲输出点，此指令适用于晶体管输出型PLC，对于继电器输出，频繁的脉冲输出不但会缩短使用寿命，由于机械触点的影响，还会使输出脉冲波形严重畸变。在VH系列PLC中输出点只能采用Y0，频率最高可以达到7K，能够满足步进电机应用多数场合的速度需求。为确保晶体管输出PLC脉冲输出的质量，负载电流必须大于200mA，还需外加一上拉电阻。

步进电机由于其电气特性，运转时会有步进感，即震动感。为了使电机转动平滑，减小震动，可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波，以减小步进电机的步进角，提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时，为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑，则需采用合适的锁定波形，产生锁定磁力矩，锁定步进电机的转轴，使步进电机转轴不能自由转动。程序在升降频过程中，涉及到“最优化升降频曲线”如图3所示。

4 PLC梯形图

下面是步进电机控制软件系统中的部分PLC梯形图，如图4所示，其中51-65行是脉冲输出控制指令部分，82-96行是比较指令，用于判断进给是否达到目标次数，是整个程序的核心部分。