張 嘎

（濱州渤?；钊邢薰?， 山東 濱州 256600）

引言

步進(jìn)電機(jī)是一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在PLC（Programmable Logic Controller）的控制下，控制系統(tǒng)中的電脈沖和信號(hào)都會(huì)被發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器會(huì)根據(jù)傳來(lái)的數(shù)值進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和程序輸出，從而達(dá)到借助于驅(qū)動(dòng)器的控制來(lái)完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)發(fā)布各種指令任務(wù)的目的。步進(jìn)電機(jī)只是一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需要背后的驅(qū)動(dòng)控制來(lái)完成對(duì)其的指令的發(fā)布，所以步進(jìn)電機(jī)中驅(qū)動(dòng)控制這部分的作用就很重要。而西門(mén)子S7-200PLC可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)下達(dá)更加精確的指令，從而可以推動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的工作，提高其工作的準(zhǔn)確性和工作效率。

1 硬件選型及設(shè)計(jì)

1.1 PLC的型號(hào)選擇

PLC想要控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，就需要借助于高速脈沖，因?yàn)殡娒}沖的數(shù)量是可以控制步進(jìn)電機(jī)的角位移。電脈沖數(shù)量越多，控制步進(jìn)電機(jī)的角位移就越大，二者之間呈現(xiàn)正向比例關(guān)系。PLC對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字輸出分為兩種，即繼電器輸出和晶體管輸出這兩種。對(duì)于開(kāi)關(guān)頻率低的情況一般是由繼電器來(lái)負(fù)責(zé)完成輸出工作的，對(duì)于開(kāi)關(guān)頻率高的情況則是由晶體管輸出來(lái)完成的。兩種輸出方式對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)都是適用的，PLC中的各種程序會(huì)根據(jù)實(shí)際的數(shù)值情況，有目的選擇其中一種輸出方式來(lái)完成工作指令。所以進(jìn)行各種情況分析之后，可以選擇西門(mén)子S7-200CPU226型號(hào)下的PLC就可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。S7-200CPU226型號(hào)下的PLC對(duì)于設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，不僅滿(mǎn)足以上所分析的各種情況，而且性?xún)r(jià)比高，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，適用于自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中。工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)上選擇應(yīng)用此款機(jī)器設(shè)備，不管是從電流情況還是在其他情況來(lái)說(shuō)，都是比較實(shí)際的[1]。

1.2 步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)選擇

對(duì)于如何選擇合適的步進(jìn)電機(jī)，需要考慮到的因素：電流情況，步矩角，靜力矩。

步矩角指的是一個(gè)脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度，而它的大小是由步進(jìn)電機(jī)所能承受的負(fù)載精確度來(lái)決定的。而靜力矩的大小確定則是要看整個(gè)步進(jìn)電機(jī)的承載負(fù)荷大小，靜力矩只要大于整個(gè)步進(jìn)電機(jī)的承載負(fù)荷大小就可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求了。至于電流要求，則是需要根據(jù)整個(gè)步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)情況來(lái)設(shè)定，只要電流量足夠步進(jìn)電機(jī)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作工作正常，就可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)正常工作不需要太大的電流，電流太大反而容易引發(fā)事故狀況的發(fā)生。而且對(duì)于工廠(chǎng)自動(dòng)化生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，車(chē)間本就已經(jīng)存在較大的電流通過(guò)量，為了安全起見(jiàn)，步進(jìn)電機(jī)的電流合適就行，不需要太大。在各個(gè)方面進(jìn)行了分析之后，86BYG250兩相步進(jìn)電機(jī)是可以符合步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)要求的[2]。

1.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)選擇

步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)于一個(gè)次核心軟件，從主要核心軟件控制系統(tǒng)處接受到指令信息后，就進(jìn)行和指令相關(guān)的一系列操作來(lái)完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，使得步進(jìn)電機(jī)可以按照指令去完成工作任務(wù)。由于驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)二者之間存在著控制和被控制的關(guān)系，因此二者的型號(hào)必須匹配才能完成協(xié)合工作。根據(jù)和驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的程度劃分情況來(lái)看，驅(qū)動(dòng)器的選擇還應(yīng)該考慮脈沖的頻率和步進(jìn)電機(jī)的方向。此外，為了提高對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制程度，可以選擇攜帶細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器。綜合以上情況，最終可以選擇SH-20806N-D型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

2 PLC控制程序設(shè)計(jì)

PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)所實(shí)行的程序控制是根據(jù)自動(dòng)計(jì)量落科裝置的要求而設(shè)計(jì)的，整個(gè)流程都是根據(jù)各個(gè)部件的功能串連起來(lái)完成一系列工作的。首先，會(huì)計(jì)算出需要的總料量和下料量多少，根據(jù)這兩個(gè)數(shù)值就可以計(jì)算出落料器會(huì)旋轉(zhuǎn)多少圈。其次是根據(jù)計(jì)算出來(lái)的落料器轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來(lái)進(jìn)一步確定步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)量。最后是要借助于PLC的控制作用，需要PLC把脈沖的數(shù)量通過(guò)繼電器輸出或者晶體管的輸出傳達(dá)到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器中，驅(qū)動(dòng)器則會(huì)根據(jù)指令對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相關(guān)的執(zhí)行工作，步進(jìn)電機(jī)會(huì)在得到指令后完成任務(wù)，最終可以達(dá)到精確的計(jì)量目的。在S7-200PLC中的脈沖數(shù)量處理上，特意在兩個(gè)脈沖輸出端口上輸出了兩種可以調(diào)節(jié)寬度的PWN脈沖和PTO脈沖。此外，為了給PLC中的包絡(luò)表程序提供多種選擇，增加執(zhí)行系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。在整個(gè)S7-200PLC系統(tǒng)中還設(shè)置了PTO的兩種輸出方式。一個(gè)是單段線(xiàn)的PTO輸出方式，另外一個(gè)是多段線(xiàn)的PTO輸出方式。因?yàn)閱味尉€(xiàn)的PTO輸出方式比較有限，只能針對(duì)于脈沖個(gè)數(shù)的脈沖值輸出；而多段線(xiàn)的PTO輸出方式功能比單段線(xiàn)的PTO輸出方式齊全。它一次的輸出量可以堪比多次單段線(xiàn)的PTO輸出的總量，最重要的是也可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)周期值進(jìn)行一定的設(shè)置改變[3]。

3 S7-200PLC應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)

在PLC的控制系統(tǒng)下主要包含四個(gè)大方面上的程序，即初始化程序、方向控制程序、包絡(luò)表程序。上位機(jī)接受轉(zhuǎn)換程序等。其中初始化程序是可以用來(lái)控制字節(jié)的，如果字節(jié)數(shù)不符合、或者字符地址出現(xiàn)問(wèn)題，都可以用初始化程序進(jìn)行控制改變；而方向控制程序則是用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的工作方向的，對(duì)于上級(jí)傳達(dá)的指令方向，借助于方向程序控制可以準(zhǔn)確地規(guī)范步進(jìn)電機(jī)的工作方向；包絡(luò)表程序主要是負(fù)責(zé)執(zhí)行脈沖輸出指令的，負(fù)責(zé)脈沖數(shù)量的數(shù)量輸出，從而可以確定步矩角的大小值；對(duì)于上位機(jī)接受轉(zhuǎn)換程序可以根據(jù)上一個(gè)環(huán)節(jié)傳來(lái)的數(shù)值，進(jìn)行一系列的轉(zhuǎn)換后，使得字節(jié)可以變成字符。再進(jìn)行數(shù)值計(jì)算后，得到下一個(gè)計(jì)量數(shù)值，并傳輸給下一個(gè)部件，進(jìn)行指令傳輸?shù)?。這四個(gè)程序之間的相互合作和相互作用，可以使得S7-200PLC應(yīng)用程序的得以實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

借助于PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，不僅程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且操作起來(lái)也很方便，容易上手。對(duì)于不同型號(hào)、不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)只需根據(jù)實(shí)際相關(guān)對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行一個(gè)科學(xué)合理的調(diào)整，就可以應(yīng)用。PLC控制下的步進(jìn)電機(jī)，不僅操作準(zhǔn)確性度高，而且工作效率也高，這種設(shè)計(jì)方法，在很大程度上提高了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性和靈活性。