范俊
摘 要:可編程邏輯控制器,又稱“PLC控制系統(tǒng)”,是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),是為了實現(xiàn)工業(yè)環(huán)境下的控制而設(shè)計的。它可以代替繼電器等完成邏輯運算、順序控制和定時計算,并且可以通過數(shù)字或模擬信號輸出的形式實現(xiàn)工業(yè)控制。其與微型電腦的控制系統(tǒng)類似,在工程應(yīng)用中發(fā)揮著十分重要的作用。
關(guān)鍵詞:步進電機;PLC控制;工業(yè)控制;驅(qū)動模塊
中圖分類號:TM383.6 文獻標識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.142
步進電機的運行需要對應(yīng)的步進電機驅(qū)動模塊驅(qū)動,將微處理器發(fā)出的微弱脈沖信號進行信號放大,使步進電機能夠識別。步進電機的運轉(zhuǎn)速度由微處理器提供的脈沖信號直接控制,因此,只需調(diào)節(jié)未處理輸出的脈沖信號頻率就可以實現(xiàn)步進電機的準確控制。根據(jù)脈沖信號的數(shù)量,可以準確轉(zhuǎn)動精確的角位移,通過少量脈沖信號控制的方式可以實現(xiàn)電機的啟動、停止和反向運轉(zhuǎn)操作。由于其具有易于操作且控制精度高的特點,被各行各業(yè)廣泛使用。
可編程控制器(Programmable Logic Controller)是現(xiàn)代工業(yè)控制中新一代的控制系統(tǒng),其具有操作界面簡單易懂、易于上手、可操作性強等優(yōu)點。利用可編程控制系統(tǒng)可以準確地控制步進電機的轉(zhuǎn)動角度和速度,其脈沖信號既可以由軟件直接獲得,也可以通過相應(yīng)的硬件系統(tǒng)產(chǎn)生。本文將分析通過硬件系統(tǒng)產(chǎn)生脈沖信號的方式,驅(qū)動步進電機的運轉(zhuǎn),實現(xiàn)步進電機角度的準確旋轉(zhuǎn)。
1 步進電機的優(yōu)缺點
工業(yè)自動化的實現(xiàn)在很大程度上依賴于電機的精確控制,因此,電機的運動控制對現(xiàn)代工業(yè)與經(jīng)濟發(fā)展起著重要的推動作用。隨著科學(xué)技術(shù)與微電子技術(shù)的高速發(fā)展,電機的控制已經(jīng)脫離簡單的轉(zhuǎn)動與停止功能,而轉(zhuǎn)變?yōu)閷D(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、加速度等精確參數(shù)的準確控制,使得被控制的機械結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)設(shè)計者要求的方式運動。
步進電機正好能滿足設(shè)計者對機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求,滿足一定的負載要求。使用者可以通過微處理器發(fā)送脈沖信號控制電機進行角位移或線位移。通常,我們所介紹的步進電機是步進電機與相對應(yīng)的電機驅(qū)動模塊的結(jié)合。當接收到來自處理器的脈沖信號后,就轉(zhuǎn)動一個固定大小的角度。步進電機不像其他類電機,比如直流電機那樣,直接且連續(xù)地做增量轉(zhuǎn)動,而是逐步完成使用者的要求。因此,要實現(xiàn)轉(zhuǎn)動角度的變化,只需要提供相應(yīng)的脈沖信號,就可以準確地控制。在控制的過程中,可以通過改變脈沖的產(chǎn)生頻率調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速和加速度。除此之外,步進電機還具有以下多個優(yōu)點:①無刷。步進電機是典型的無刷電機,相比其他的內(nèi)部含有電刷裝置的電機而言,其轉(zhuǎn)動時更加穩(wěn)定和可靠。②與負載無關(guān)。在沒有超過負載限制時,步進電機的運行和轉(zhuǎn)動完全不受到影響,不會有轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速的偏差。③無累積誤差。盡管步進電機每一步的轉(zhuǎn)動可能存在一定的角度誤差,但當電機轉(zhuǎn)動一整周之后,其累計誤差總和為零。④步距角與環(huán)境無關(guān)。步進電機的固定轉(zhuǎn)動角度是由電機出廠設(shè)置所決定的,與使用過程中的溫度、濕度或者電流大小無關(guān)。⑤易于控制。在控制過程中,只要改變脈沖的數(shù)量與頻率就可以實現(xiàn)電機的角度確定與轉(zhuǎn)速控制。
2 步進電機的控制系統(tǒng)
步進電機的工作原理是將數(shù)字/模擬信號轉(zhuǎn)化為角度或者位移的變化量,它是一種單項數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化元器件。當步進電機獲取到來自中央處理的模擬信號輸出滯后時,驅(qū)動電機執(zhí)行相應(yīng)次數(shù)的轉(zhuǎn)動,滿足系統(tǒng)設(shè)定的角度變化值,符合生產(chǎn)時的相序規(guī)定,并且有脈沖信號的傳輸,則步進電機可以由步進電機驅(qū)動裝置直接控制運轉(zhuǎn)。目前,我們通常使用的步進電機共有3種,即反應(yīng)式(Variable Reluctance,VR)、永磁式(Permanent Magnet,PM)和混合式(Hybrid Stepping,HS)。對于可編程控制器的選擇,本文采用國產(chǎn)無錫信捷XCC-32T,其具有以下幾個優(yōu)點:①運算速度比以前的處理系統(tǒng)更快。與上一代XC系列相比,運算速度加快了3倍多。②信號輸出口更豐富。最多可支持5路IO口共同輸出,頻率也比上一代產(chǎn)品更高。③擁有豐富的外設(shè)??梢栽谕獠刻砑痈鞣N參數(shù)模塊,實現(xiàn)軟件編寫者需要實現(xiàn)的功能。④兼容性更強。能兼容上一代XC系列的產(chǎn)品。⑤支持多種運算方式??梢杂肞ID等控制算法進行算法優(yōu)化,實現(xiàn)步進電機的精確控制。
步進電機軟硬件結(jié)合的方式使得無論是軟件電路,還是硬件電路的設(shè)計都十分重要。因此,最基礎(chǔ)的步進電機的硬件電路直接決定了整個系統(tǒng)能否按照設(shè)計者的設(shè)計思路轉(zhuǎn)動。特別值得注意的是,無論是在同一個主程序流程中,還是子程序中,也無論脈沖指令是否相同,程序設(shè)計方法的實現(xiàn)都不能對同一個輸出Y編寫2條或2條以上的脈沖輸出指令。在進行多脈沖指令的執(zhí)行過程中,有以下3種方法:①書寫多個流程或子程序,但每個流程或子程序中都有且只有一條同一端口輸出的脈沖指令。②在主程序中只書寫一條脈沖指令,相關(guān)數(shù)據(jù)全部為寄存器。當使用時,提前修改好相關(guān)參數(shù)的值,再導(dǎo)通脈沖的前提條件。當然,前提是多處需要使用的是同一條脈沖輸出指令。③通過順序功能塊BLOCK,其原則是支持多條脈沖的。
3 結(jié)束語
通過可編程控制系統(tǒng)可以精確地控制步進電機的轉(zhuǎn)速與角位移變化量,穩(wěn)定地實現(xiàn)電機的各種轉(zhuǎn)動要求,實現(xiàn)復(fù)雜工程的重復(fù)運轉(zhuǎn)。作為現(xiàn)代化工業(yè)設(shè)備中重要的自動化系統(tǒng),可編程控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)零件制作及零食、包裝加工行業(yè)中??删幊炭刂葡到y(tǒng)對步進電機的精確控制分析,有助于推動現(xiàn)代化自動控制系統(tǒng)的發(fā)展。
參考文獻
[1]周洪艷,高佳瑩.智能化技術(shù)在電氣工程及其自動化中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2015(13):72-73.
[2]賀煉滔.基于LabView的步進電機控制系統(tǒng)研究[J].中國信息化,2013(14):277-278.
[3]魏志勇.基坑支護的抗彎功能微型樁應(yīng)用分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2014(24):171-173.
〔編輯:劉曉芳〕