组态王及研华PCL839在步进电机控制中的应用

　　1、 引言

　　步进电机是一种将电能转变为动能的基本部件，它在多种机电设备中得到了广泛地应用，如工业生产中的各种机床、生产线上的传送带、农业生产中的灌溉机械、粉碎机等。如今，随着控制技术的发展与完善，对步进电机的控制方法也层出不穷，从早期纯粹依赖电路设计控制，到如今的计算机、PLC等先进控制方式的涌现，大大提供了步进电机的控制精度和设计的简单性、灵活性，因而也促进了步进电机在生产中获得更加广泛地应用。

　　晶体生长控制系统是一种高精度的控制系统，其中对晶体生长过程中坩埚的升降、旋转和耔晶杆的升降的控制尤为重要。同时，晶体生长控制系统具有控制速度范围要求广、低速段的速度要求低(一般低速与高速之比超过10000倍以上)等特点。因此，在设计这种控制系统时，就要充分利用硬件和软件资源，来达到良好的控制功能。作者在为台湾某大学设计的晶体生长控制系统中，就利用了研华PCL839三轴步进电机控制卡、研祥多功能板卡711B和北京亚控自动化公司的组态王6.03软件来达到精确的控制精度。

　　2、 控制系统组成

　　由于晶体生长控制系统中对步进电机的控制提出了很高的要求，其中对两台步进电机的控制精度要求在低速达到0.01mm/Hr——-10mm/Hr(Hr代表小时)，在高速达到10—1000mm/Hr。对于要求如此高的控制系统，作者设计了如下的控制系统硬件配置图：

　　图1 控制系统硬件配置图

　　系统主要由研华PCL839步进控制卡、研祥711B及端子板785、782、880和减速器、步进电机驱动器所构成。其中711B主要是通过端子板输入开关量、模拟量和输出开关量来实现报警显示、A/D转换和步进驱动器控制输出等功能;PCL839是本系统的关键设备，因为它通过软件设置脉冲数量(频率)和电机运转方向，去控制步进电机的运行和停止。PCL839是一块具有三路独立步进控制功能的运动控制卡，其脉冲数可以设置在1-16382PPS(每秒脉冲数)，而且可以控制步进电机的正反向运转。

　　3、 脉冲数的计算

　　步进电机控制中脉冲数(频率)的计算是关键，通过设置步进控制卡的频率就可以达到改变步进电机的运行速度。而脉冲数(频率)的计算涉及到螺距(步进电机转一圈所行走的直线距离)、设定的速度等，其计算可以按如下的步骤进行：

　　①、 假设步进电机每个脉冲转过的角度为np

　　②、 确定电机旋转一周所需要的脉冲数值nr，则 nr=360/np;

　　③、 如果步进电机驱动器存在细分nc，则nr=360*nc/np;

　　④、 假设电机旋转一周，运动的直线距离为D(mm)，则运动每毫米需要的脉冲数nt，nt=360*nc/np/D