利用PLC控制步进电动机的启动与停止

2015-02-03杨胜利

中小企业管理与科技·中旬刊 2014年10期

关键词：程序

杨胜利

摘要：在一些小型设备和设计精度不高的设备中常常会用到步进电动机，如何让步进电动机启动和停止，是需要我们解决的问题，可以通过不同种方式完成对电机的控制。

关键词：步进电动机 PLC 步进驱动器程序

2013年山东省高级技师实训操作试题一：运料小车由步进电动机控制。这说明步进电动机在一些控制精度不高的设备中已经得到广泛应用。例如：线切割、简易自动生产线设备都使用步进电动机来完成设备的直线运动。

步进电动机是如何能够旋转的，步进电机是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构，一般电动机都是连续旋转的，而步进电机的转动是一步一步进行的，每输入一个脉冲电信号，步进电机就转动一个角度，通过改变脉冲频率和数量，可实现步进电机的调速和控制转动的角位移大小，具有较高的定位精度，其最小步距角可达0.75，转动、停止、反转反应灵敏可靠。而步距角是每输入一个电脉冲信号时转子转过的角度称为步距角，步距角的大小可直接影响电机的运行精度。

步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号，加以放大以驱动步进电机。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进电机脉冲信号的频率，可以对电机精确调速;控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位。整步：最基本的驱动方式，这种驱动方式的每个脉冲使电机移动一个基本步矩角。例如：标准两相电机的一圈共有200个步矩角，则整步驱动方式下，每个脉冲可以使电机移动1.8°，而半步是在单相激磁时，电机转轴停至整步位置上，驱动器收到下一个脉冲后，如给另一相激磁且保持原来相继续处在激磁状态，则电机转轴将移动半个基本步矩角，停在相邻两个整步位置的中间。如此循环地对两相线圈进行单相然后两相激磁，步进电机将以每个脉冲半个基本步矩角的方式转动。步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°至1.8°、三相的为0.75°至1.5°、五相的为0.36°至0.72°。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分设置数就可以改变步距角。步进电机的拍数指的是电机转过一个齿距角所需的脉冲数。

①细分：细分就是指电机运行时的实际步矩角是基本步矩角的几分之一。如：驱动器工作在10细分状态时，其步矩角只为电机固有步矩角的十分之一，也就是说：当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°，而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18。细分功能完全是由驱动器靠精度控制电机的相电流所产生的，与电机无关。细分是控制精度的标志，通过增大细分能改善精度。步进电机都有低频振荡的特点，如果电机需要工作在低频共振区，细分驱动器是很好的选择。此外，细分和不细分相比，输出转矩对各种电机都有不同程度的提升。②硬件准备。S7-200 PLC、步进驱动器KINCO9（步科）3M458、步进电机3S57Q-

04056和连线。电机的连线：由于步进电机是三相步进电动机需要把电机接成三角形。整步方式下步距角是1.8°，半步方式下步距角为0.9°，相电流为5.8A。③步进驱动器接线及接点的解释：PLS+和PLS-为脉冲信号的接点：脉冲信号的数量、频率与步进电机的位移和速度成正比;DIR+和DIR-为方向信号的接点：它的高低电平决定电动机的旋转方向;FREE+和FREE-为脱机信号：当为ON时，驱动器将断开输入到步进电动机的电源回路;当为OFF时，步进电动机在上电后，即使静止时也保持自动半流的锁紧状态。步进驱动器主要解决的问题是：脉冲的分配和功率放大。脉冲分配（环形脉冲分配器）：用来控制步进电动机的通电运行方式，其作用是把控制器送来的一串指令脉冲按照一定的顺序和分配方式控制各相绕组的通断，由于步进电动机的工作原理是各绕组必须按一定的顺序通电变化才能正常工作，完成这种通电顺序变化的规律我们称为环形分配器。驱动器采用的是细分驱动电源：这里的细分表示为每送给步进电动机一相或几相绕组一个脉冲信号的电压，步进电动机就旋转一步即步距角，如果在一拍中通电相的电流不是一次直接到达最大值，而是分成多次，每次增加都会使转子转动一小步;同样的绕组电流的下降也是分成几次完成，这样的方式称为细分，这样步进电机由原来的一步到达便分成许多微步来完成实现了步进的细分。在实际应用中，步进驱动器的侧面有一个红色的8位开关我们称为功能设定开关，主要用来设定驱动器的工作方式和工作参数。其中开关1至3用来表示细分设置用，如果开关打在ON，表示使用，如果打在OFF表示此开关不用，加细分设置表。

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DIP4：ON表示静态电流全流，OFF表示静态电流半流。

DIP5至DIP8：表示输出相电流设置用，加输出相电流的设置表。

电路的整体接线图（图1）。

步进电机的控制方式：

①利用字节控制步进电机。在主程序中调用初始化子程序，在子程序中设置：

a设置PTO/PWM控制字节（Q0.0对应的是字节SMB67;Q0.1对应的是字节SMB77）。b写入周期值：（Q0.0对应的是字节SMW68;Q0.1对应的是字节SMW78）。c写入脉冲串计数值：（Q0.0对应的是字节SMD72;Q0.1对应的是字节SMD82）。d连接中断事件和中断服务程序，允许中断（可选）。e执行PLS指令，使S7-200CPU对PTO硬件编程。（图2）

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图2 图3

②利用包络控制步进电机（图3）。

③利用库控制步进电机（图4）。

Velocity_ss：启动/停止频率（最低速度），单位：pulse/Second

Velocity_max：最大频率（最高速度），单位：pulse/Second。

Accel_dec_time：加减速时间 Fwd_limit：正向限位开关

Rev_limit：反向限位开关 C_pos：当前的脉冲数值

Num_pulses：脉冲数值（必须大于1）

velocity：预设的频率（预设的速度）direcition：预设的方向（0表示反向，1表示正向）。

Done：完成位

步进电动机最大的优势在于它控制简单，投资成本低，所以很多小型设备在设计上优先选择步进电机，而步进电动机的型号非常全。但是其缺点是其控制精度不高，在一些高精尖的设备已不再采用，而是用交流伺服电机来驱动。