2022年步进电机的PLC控制系统设计方案.docx

一、引言随着微电子技术和运算机技术的进展，可编程序掌握器有了突飞猛进的进展，其功能已远远超出了规律掌握、次序掌握的范畴，它与运算机有效结合，可进行模拟量掌握，具有远程通信功能等；有人将其称为现代工业掌握的三大支柱< 即 PLC ，机器人， CAD/CAM）之一；目前可编程序掌握器 <Programmable Controller）简称 PLC 已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化供应了有力的工具；二、 PLC 的基本结构PLC 采纳了典型的运算机结构，主要包括CPU 、 RAM 、ROM 和输入 /输出接口电路等；假如把 PLC 看作一个系统，该系统由输入变量-PLC- 输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的信号均作为PLC 的输入变量，它们经PLC 外部端子输入到内部寄存器中， 经 PLC 内部规律运算或其它各种运算、处理后送到输出端子，它们是PLC 的输出变量，由这些输出变量对外围设备进行各种掌握；三、掌握方法及争论1、FP1 的特殊功能简介1> 脉冲输出FP1 的输出端 Y7 可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调剂，其输出频率范畴为360Hz 5kHz ；2> 高速计数器 <HSC ）FP1 内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，最高计数频率为10kHz ，计数范畴 - 8388608 +8388607 ；3> 输入延时滤波FP1 的输入端采纳输入延时滤波，可防止因开关机械抖动带来的不行靠性，其延时时间可依据需要进行调剂，调剂范畴为1ms 128ms；4> 中断功能FP1 的中断有两种类型，一种是外部硬中断，一种是内部定时中断；2、步进电机的速度掌握FP1 有一条 SPD0 指令，该指令协作HSC 和 Y7 的脉冲输出功能可实现速度及位置掌握；速度掌握梯形图见图1，掌握方式参数见图2，脉冲输出频率设定曲线见图3；10 / 10图 1 速度掌握梯形图图 2 掌握方式参数图 3 脉冲输出频率设定曲线3、掌握系统的程序运行图 4 掌握系统原理图图 4 是掌握系统的原理接线图，图4 中 Y7 输出的脉冲作为步进电机的时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，掌握步进电机运转；同时Y7 接至 PLC 的输入接点 X0 ，并经 X0 送至 PLC 内部的 HSC ；HSC 计数 Y7 的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使Y7 的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较精确的位置掌握；实现这一掌握的梯形图见图5；图 5 掌握梯形图掌握系统的运行程序：第一句是将DT9044 和 DT9045 清零，即为 HSC 进行计数做预备；其次句第五句是建立参数表，参数存放在以DT20 为首地址的数据寄存器区；最终一句是启动SPD0 指令，执行到这句就从DT20 开头取出设定的参数并完成相应的掌握要求；由第一句可知第一个参数是K0 ，是 PULSE 方式的特点值，由此规定了输出方式；其次个参数是 K70 ，对应脉冲频率为500Hz ，于是 Y7 发出频率为500Hz 的脉冲；第三个参数是K1000 ，即按此频率发1000 个脉冲后就切换到下一个频率；而下一个频率即最终一个参数是K0 ，所以当执行到这一步时脉冲停止，于是电机停转；故当运行此程序时即可使步进电机依据规定的速度、预定的转数驱动掌握对象，使之达到预定位置后自动停止；三、终止语利用可编程序掌握器可以便利地实现对电机速度和位置的掌握，便利牢靠地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作；它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体化的实摘 要： 在 PLC 步进电机掌握系统中，输入到其线圈绕组中的脉冲数或脉冲频率可掌握步进电动机的角位移和转速，在给步进电机的各线圈绕组输入脉冲时需要进行脉冲安排器安排脉冲，脉冲安排可以由软件进行设计，也可以由硬件组成；以 OMRON的 C 系列 P 型机为例，争论步进电机的PLC 掌握系统的软件设计方法；关键词： 可编程掌握器 <PLC ）；步进电动机；接线图；梯形图在对传统机床的数控化改造中，用可编程掌握器PLC 作为掌握器对机床电气掌握系统的改造越来越突出；其主要部分是对数控机床的典型执行元件步进电机的掌握；我们知道步进电机是一种用电脉冲进行掌握，将电脉冲信 号转换成相应角位移的电机，步进电机每输入一个电脉冲就前进一步，其输出的角位移与 输入的脉冲数成正比，因此只要掌握输入到其线圈绕组中的脉冲数或者脉冲频率即可掌握 步进电动机的角位移和转速，但给步进电动机的各线圈绕组输入的脉冲仍需要进行脉冲分 配器的安排；利用PLC 掌握步进电动机，其脉冲安排可以由软件进行设计，仍可以由硬件来组成；本文作者以OMRON的 C 系列 P 型机为例，争论步进电动机用软件安排脉冲的设计方法；一、步进电动机 PLC 掌握系统 I/O 接线图设计步进电动机以最常用的三相六拍通电方式工作，并要求步进电动机设有快速、慢速控制、正反转及单步掌握4 种掌握方式；依据要求，可选用C28P CDT D 的 PLC 进行掌握并设计出步进电动机的PLC 掌握系统 I/O 接线图 <图 1）；图 1 步进电动机的 PLC 掌握系统 I/O 接线图二、步进电动机 PLC 掌握系统梯形图设计据掌握要求设计了PLC 掌握系统梯形图见图2；图 2 步进电动机的 PLC 掌握系统梯形图<1 ）用移位寄存器 SFT10 10的 1000 1005 产生六拍的时序脉冲，在CP 端的移位脉冲信号 1106 的作用下，将 IN 端的信号依次移入1000 1005 ，每移 1 位为 1 拍， 6 拍为 1 循环，移位时所产生的时钟脉冲频率由移位脉冲信号频率打算；<2 ）帮助继电器的六拍时序脉冲作1200 、1201 、1202 组成三相六拍环形安排器；在1000 1005 产生用下， 1200 、1201 、1202 的通电次序见图 3 ；图 3通电次序<3 ）由 0500 、0501 、 0502 实现步进电动机的正反转驱动掌握；当正反转按钮 SB5 常开时，输入点 0005 断开，步进电动机的通电次序为：0500<A相） 0500 、0501<A 、 B 相） 0501<B相） 0501 、0502<B 、 C 相） 0502<C 相） 0502 、0500<C 、A 相） 0500<A ），此时步进电动机正转；按 SB5 时，输入点 0005 接通，就通电次序是BB、 AAA 、CCC 、 B B. ，此时电机反转；按SB1 起动铵钮时，输入点0001 接通，步进电动机可以实现三相六拍通电；<4 ）脉冲掌握器由 1105 、1106 、1107 组成；步进电动机的脉冲频率掌握按4 种掌握方式的要求可分为：快速方式由帮助继电器1105 的常闭接点和其线圈构成的振荡器，该振荡器产生的快速振荡脉冲，其周期为程序的1 个扫描周期；慢速方式由特殊继电器1900 产生 011s 的时钟脉冲；单步方式利用前沿微分指令<DIFU ），由帮助继电器产生单步脉冲，其脉冲频率由SB6 掌握；脉冲掌握器1107 产生不同频率的脉冲，作为移位寄存器的移位信号；PLC 掌握步进电机的实例 图与程序·采纳肯定位置掌握指令 DRVA>，大致阐述 FX1S 掌握步进电机的方法；由于水平有限，本实例采纳非专业述语论述，请勿引用；·FX 系列 PLC 单元能同时输出两组 100KHZ脉冲，是低成本掌握伺服与步进电机的较好挑选！·PLS+ ， PLS- 为步进驱动器的脉冲信号端子，DIR+ ， DIR- 为步进驱动器的方向信号端子；·所谓肯定位置掌握 DRVA>,就是指定要走到距离原点的位置，原点位置数据存放于32 位寄存器 D8140里；当机械位于我们设定的原点位置时用程序把D8140的值清零，也就确定了原点的位置；·实例动作方式： X0 闭合动作到 A 点停止， X1 闭合动作到 B 点停止，接线图与动作位置示例如左图 距离用脉冲数表示 > ；·程序如下图： 此程序只为说明用，有用需改善；>·说明：·在原点时将 D8140的值清零 本程序中没有做此功能 >·32 位寄存器 D8140 是存放 Y0 的输出脉冲数，正转时增加，反转时削减；当正转 动作到 A 点时， D8140 的值是 3000 ；此时闭合 X1 ，机械反转动作到 B 点，也就是-3000的位置； D8140的值就是 -3000；·当机械从 A 点向 B 点动作过程中， X1 断开 如在 C 点断开 > 就 D8140的值就是 2 00 ，此时再闭合X0 ，机械正转动作到 A 点停止；·当机械停在 A 点时，再闭合 X0 ，由于机械已经在距离原点3000的位置上，故而机械没有动作！·把程序中的肯定位置指令 DRVA> 换成相对位置指令 DRVI> ：·当机械在 B 点时 假设此时 D8140 的值是 -3000> 闭合 X0 ，就机械正转 3000 个脉冲停止，也就是停在了原点； D8140 的值为 0·当机械在 B 点时 假设此时 D8140 的值是 -3000> 闭合 X1 ，就机械反转 3000 个脉冲停止，也就是停在了左边距离 B 点 3000 的位置 图中未画出 > ，D8140 的值为-6000 ；·一般两相步进电机驱动器端子示意图：·FREE+ ， FREE- ：脱机信号，步进电机的没有脉冲信号输入时具有自锁功能，也就是锁住转子不动；而当有脱机信号时解除自锁功能，转子处于自由状态并且不响应 步进脉冲；·V+ ，GND ：为驱动器直流电源端子，也有沟通供电类型；·A+ ，A- ， B+ ， B- 分别接步进电机的两相线圈；此主题相关图片如下：此主题相关图片如下：步进电机开环伺服机构应用1 概 述在组合机床自动线中，一般依据不同的加工精度要求设置三种滑台<1 ）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；<2 ）机械滑台，用于切削量中等，具有肯定加工精度要求的半精加工工序中；<3 ）数控滑台，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中；可编程掌握器< 简称 PLC）以其通用性强、牢靠性高、指令系统简洁、编程简便易学、易于把握、体积小、修理工作少、现场接口安装便利等一系列优点，被广泛应用于工业自动掌握中；特殊是在组合机床自动生产线的掌握及CNC 机床的 S 、T、M 功能掌握更显示出其杰出的性能；PLC 掌握的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台掌握，可省去该单元的数控系统使该单元的掌握系统成本降低7090%，甚至只占用自动线掌握单元PLC 的 35个 I/O接口及 <1KB的内存；特殊是大型自动线中可以使掌握系统的成本显著下降；2 PLC掌握的数控滑台结构一般组合机床自动线中的数控滑台采纳步进电机驱动的开环伺服机构；采纳PLC 掌握的数控滑台由可编程掌握器、环行脉冲安排器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构等部分组成，伺服传动机构中的齿轮Z1 、Z2 应当实行消隙措施，防止产生反向死区或使加工精度下降；而丝杠传动副就应当依据该单元的加工精度要求，确定是否选用滚珠丝杠 副；采纳滚珠丝杠副，具有传动效率高、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点， 但成本较高且不能自锁；3 数控滑台的 PLC 掌握方法数控滑台的掌握因素主要有三个：3.1 行程掌握一般液压滑台和机械滑台的行程掌握是利用位置或压力传感器< 行程开关 / 死挡铁）来实现；而数控滑台的行程就采纳数字掌握来实现；由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的总转角，因此只要掌握步进电机的总转角即可；由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的掌握脉冲个数；因此可以依据伺服机构的位移量确定 PLC 输出的脉冲个数：n= DL/d<1） 式中 DL 伺服机构的位移量 <mm ）d 伺服机构的脉冲当量 <mm/ 脉冲）3.2 进给速度掌握伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率；因此可以依据该工序要求的进给速度 , 确定其 PLC 输出的脉冲频率 :f=Vf/60d Hz>2>式中 Vf 伺服机构的进给速度 mm/min>3.3 进给方向掌握进给方向掌握即步进电机的转向掌握；步进电机的转向可以通过转变步进电机各绕组的通电次序来转变其转向；如三相步进电机通电次序为A-AB-B-BC-C-CA-A 时步进电机正转；当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A次序通电时步进电机反转；因此可以通过PLC 输出的方向掌握信号转变硬件环行安排器的输出次序来实现，或经编程转变输出脉冲的次序来转变步进电机绕组的通电次序实现；4 PLC的软件掌握规律由滑台的 PLC 掌握方法可知，应使步进电机的输入脉冲总数和脉冲频率受到相应的掌握；因此在掌握软件上设置一个脉冲总数和脉冲频率可控的脉冲信号发生器；对于频率较低的掌握脉冲，可以利用PLC 中的定时器构成，如图2 所示；脉冲频率可以通过定时器的定经常数掌握脉冲周期，脉冲总数掌握就可以设置一脉冲计数器C10 ；当脉冲数达到设定值时，计数器 C10动作切断脉冲发生器回路，使其停止工作；伺服机构的步进电机无脉冲输 入时便停止运转，伺服执行机构定位；当伺服执行机构的位移速度要求较高时，可以用PLC 中的高速脉冲发生器；不同的PLC 其高速脉冲的频率可达40006000Hz；对于自动线上的一般伺服机构，其速度可以得到充分满意；5 伺服掌握、驱动及接口5.1 步进电机掌握系统的组成步进电机的掌握系统由可编程掌握器、环行脉冲安排器和步进电机功率驱动器组成，掌握系统中 PLC 用来产生掌握脉冲；通过PLC 编程输出肯定数量的方波脉冲，掌握步进电机的转角进而掌握伺服机构的进给量；同时通过编程掌握脉冲频率 既伺服机构的进给速度；环行脉冲安排器将可编程掌握器输出的掌握脉冲按步进电机的通电次序安排到相应的绕组； PLC 掌握的步进电机可以采纳软件环行安排器，也可以采纳如图1 所示的硬件环行安排器；采纳软环占用的PLC 资源较多，特殊是步进电机绕组相数M>4时，对于大型生产线应当予以充分考虑；采纳硬件环行安排器，虽然硬件结构略微复杂些，但可以节约占用 PLC 的 I/O口点数，目前市场有多种专用芯片可以选用；步进电机功率驱动器将PLC 输出的掌握脉冲放大到几十 上百伏特、几安 十几安的驱动才能；一般PLC 的输出接口具有肯定的驱动才能，而通常的晶体管直流输出接口的负载才能仅为十几 几十伏特、几十 几百毫安；但对于功率步进电机就要求几十 上百伏特、几安 十几安的驱动才能，因此应当采纳驱动器对输出脉冲进行放大；5.2 可编程掌握器的接口如伺服机构采纳硬件环行安排器，就占用 PLC 的 I/O 口点数少于 5 点，一般仅为 3 点；其中 I 口占用一点，作为启动掌握信号； O 口占用 2 点，一点作为 PLC 的脉冲输出接口， 接至伺服系统硬环的时钟脉冲输入端，另一点作为步进电机转向掌握信号，接至硬环的相序安排掌握端，如图 3 所示；伺服系统采纳软件环行安排器时，6 应用实例与结论将 PLC 掌握的开环伺服机构用于某大型生产线的数控滑台，每个滑台仅占用4 个 I/O接口，节约了 CNC 掌握系统，其脉冲当量为0.010.05mm,进给速度为Vf=315m/min,完全满意工艺要求和加工精度要求