步进电动机的PLC控制

　　0　引言

　　步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制,并将脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移的执行器。步进电动机的输出位移量与输入脉冲个数成正比、转速与脉冲频率成正比、转向与脉冲分配到步进电机各相绕组的相序有关。所以只要控制脉冲数量、频率和电机绕组通电顺序便可控制步进电动机的角位移、转速、转向。这使得步进电动机具有转动惯量低、定位精确度高、无累积误差、控制简单方便等特点。步进电动机在自动控制装置中作为执行元件,广泛应用于各种自动化控制系统和机电一体化设备中。

　　可编程控制器(简称PLC)是目前广泛应用的工业控制装置之一。PLC对步电动机也有良好的控制能力,通过对PLC内置脉冲输出功能和设置相应的控制指令可以很好地控制步进电机。本文以日本欧姆龙公司生产的C系列P型机为例,探讨了应用PLC控制步进电动机的硬件和软软件的设计方法。

　　1　步进电动机的工作原理和特性

　　1. 1　步进电动机的工作原理

　　三相反应式步进电机的结构如图1所示:

　　定子、转子是用硅钢片或其他软磁材料制成的。定子的每对极上都绕有一对绕组,构成一相绕组,共三相称为A、B、C三相。在定子磁极和转子上都开有齿分度相同的小齿,采用适当的齿数配合,当A相磁极的小齿与转子小齿一一对应时, B相磁极的小齿与转子小齿相互错开1/3齿距, C相则错开2/3齿距。如图2所示:

　　图中A相绕组与齿1、5一一对应,而此时B相绕组与齿2错开1/3齿距,而与齿3错开2/3齿距,C相绕组与齿3错开2/3齿距,而与齿4错开1/3齿距。电机的位置和速度由绕组通电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而转动方向由绕组通电的顺序决定。

　　1. 2　步进电动机的工作特性

　　a.输入脉冲数严格和电动机角位移成正比,电动机运转一周后没有累积误差,因此具有良好的跟随特性;

　　b.步进电动机可以与驱动器组成开环数字控制系统,同时也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数字控制系统;

　　c.步进电动机的动态响应快,易于起动、停止、正反转和变速;

　　d.步进电动机的速度可以在相当宽的范围内平滑调节,在低速状态下仍能获得很大的转矩。

　　2　步进电动机的PLC控制系统

　　2. 1　步进电动机的控制要求

　　由于步进电动机具有无累积误差、跟踪性能好等优点,步进电动机的控制主要采用开环数字控制系统的方式。在对步进电机进行控制时,常常会采用步进电机驱动器对其进行控制。步进电机驱动器采用超大规模的硬件集成电路,具有高度的抗干扰性以及快速的响应性,不易出现死机或丢步现象。使用步进电机驱动器控制步进电机,可以不考虑各相的时序问题(由驱动器处理),只要考虑输出脉冲的频率(控制驱动器CP端),以及步进电机的方向。在使用步进电机驱动器时,往往需要较高频率的脉冲。因此PLC是否能产生高频脉冲成为能否成功控制步进电机驱动器以及步进电机的关键。