PLC—步进电机控制系统及其在轴温检测中的应用.docx

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1、PLC步进电机控制系统及其在轴温检测中的应用PLC步进电机控制系统及其在轴温检测中的应用yangliu导语：针对火车轴温检测，设计了基于可编程控制器和步进电机的火车轴承拍照系统。给出了系统设计方案，阐述了拍照系统的组成原理和控制系统的硬件构造及其软件实现方法。align=right/align摘要：针对火车轴温检测，设计了基于可编程控制器和步进电机的火车轴承拍照系统。给出了系统设计方案，阐述了拍照系统的组成原理和控制系统的硬件构造及其软件实现方法。实验结果说明，基于PLC的步进电机控制火车车轮拍照系统控制简单、运行稳定可靠。关键字：可编程控制器步进电机车轮拍照脉冲控制Abstract：Thep

2、aperspeciallyexpatiateontheapplicationofPLCandsteppingmotorontheTrainWheelPhotographsystemThecontrolsystemisdesignedanddescribedthehardwarestructureandsoftwarerealizeKeywords：PLCSIeppingmotorWheelphotographPulsecontrolling中图分类号TP273文献标识码B文章编号16065123200605004903目前，随着我国经济的开展，铁路运输的紧张状况将愈来愈突出，为解决铁路运输紧张

3、的场面，铁道部提出提速问题。但随着车速的进步，车轮轴承温升问题愈发重要。这就需要加强对轴承温升的监控。当有火车经过期，其自身不停地向外辐射红外热能，进而在物体外表形成一定的温度场，利用安装于钢轨两侧的热像仪吸收车轮发出的这种红外辐射能量，将其热像显示在荧光屏上，进而准确判定物体外表的温度分布情况，对温升超标的车轴实时报警，防止由于车轴热切而造成列车脱轨或者颠覆等事故的发生。本文采用PLC控制步进电机驱动热像仪来检测车轮轴温。2系统设计当代的运动控制方法主要有直流伺服驱动、沟通伺服驱动、步进伺服驱动。其中沟通伺服驱动的性能最好，但价格较高。随着步进伺服驱动控制技术迅速开展，步进伺服驱动细分精度日

4、益进步，且逐步克制了振荡，失步的缺乏，其性价比大幅度进步。步进电机可直接用数字信号控制，无需反应可开环工作，无累积定位误差，控制精度高，因此被广泛用于数字控制和计算机控制等精细定位的控制系统中。可编程序控制器PLC是一种适于工业现场控制的技术平台。PLC综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术，使用面向经过、面向用户的简单编程语言，用户可通过软件设计，实现各种复杂的逻辑控制。PLC具有较好的实时刷新功能，可以产生一定频率的脉冲信号，而且PLC具有大功率的晶体管输出接口，可以知足步进电机绕组的电压和电流要求。因此，本系统采用可编程控制器PLC为控制核心，步进电动机为执行元件、传感器为检测元件的新

5、型系统，实现对温升的检测，系统的构造如图1所示。当有火车驶来时，传感器将检测到的速度脉冲信号送入PLC接口X0，PLC根据这个脉冲信号计算出相应的火车速度，并输出一个相应的速度脉冲信号给步进电机驱动器，驱动器控制步进电机，使其驱动热像仪做半圆周运动，当热象仪速度与火车速度一样或者相近时，对火车车轮进展跟踪拍照，进而确定车轮轴温。红外探测器沿铁轨进展布置；热像仪安放在离车轨间隔约1m的架子上。用于步进电机的角位移与输入脉冲的个数成正比；转速与脉冲频率成正比；转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。因此利用PLC可产生一定周期的控制脉冲，使移位存放器移位，产生相应时序，通过环形分配器使输出继

6、电器按时序接通驱动步进电机并由计数器控制脉冲个数，使步进电机按一定速度，转动一定的角度。根据功能要求，综合考虑步进电机的性能，选择两相混合步进电动机2S42Q-03848，步距角，相电流1.2A，保持力矩0.32Nm，用于驱动热象仪；步进电机驱动器选用2M412，电源电压DC为18V一36V，它根据PLC的控制指令对电机实现脉冲和方向控制。PLC对电机的控制有两种方式，一种是脉冲+方向控制Y0、Y2输出脉冲、Yl、Y3输出方向，一种是正反向脉冲输出Y0输出CW脉冲，Yl输出CCW脉冲，我们采用第一种方法。3控制系统的实现在本系统中，怎样使PLC根据脉冲宽度计算出火车的相应速度是特别关键的。我们

7、选用台达PLCDVPl6EH00T，共8点输入X0一X7，8点输出Y0一Y7，控制步进电机的工作状态和转速；除具有一般逻辑控制与运算功能、PLSY脉冲直接输出等外，更重要的是它的SPD脉冲速度侦测功能，可以方便的用来测量车速。SPD的控制格式：当控制信号为ON时，D1计算由X0所输入的高速脉波，40ms之后自动停顿计算，结果被存于D0中，40ms计时完毕时，Dl内容被去除为0，当控制信号再度为ON时，D1重新承受计数。sPD指令主要目的在求出回转速度的比例值，而测得之D0的结果与回转速度成比例，由以下公式求得电机转速sup2/sup。式中：N：转速；n：旋转设备转一圈所产生的脉波数；t：侦测时

8、间ms。系统的控制接线图如图2所示，IO口及其功能如表1所示。 align=center/align4系统软件设计步进电机工作都要经过加速高速减速低速停顿的经过，它的脉冲频率特性如图3示。其中0a段为加速阶段，由0加速到fl；ab段为高速匀速运行阶段；bc段为减速运行阶段，由fl减速到f2；cd段为低速运行阶段，直至到d点停顿。PLSR指令为附加减速功能的脉冲输出指令，通过设定脉冲输出的最大频率值，全部脉冲输出的总脉冲数和加减速的时间，来控制步进电机的速率及转向。该指令的加减速的变速段数固定为l0段，输出时以每次增加S110的频率开场输出脉冲，每个频率输出脉冲的时间都是固定S39。图4是根据电

9、气控制原理，结合PLC的程序设计方法和消费工艺要求，设计的控制软件程序流程图。5完毕语本文针对火车车轮轴温检测，设计的基于可编程控制器和步进电机的控制系统，实现了对火车车轮轴承的自动拍照，具有控制简单、运行稳定可靠、开发周期短等优点，是一种实在可行的步进电机控制方案。参考文献：【1】周奉磊PLC和步进电机在梳理机改造中的应用PLCFA，20054：100-101，136【2】台达PLC使用手册【3】宋健，袁驰等PLC控制步进电机在农用车齿牙加工铣床上的应用农机化研究，2003，42：221一222【4】陈益飞，薛迎成PLC模糊神经网络变频调速系统电气传动自动化，2004，261：3638，47【5】王滨生，孙晶PLC在步进电机驱动系统中的应用机床电器，20012潘资男工程师研究方向：控制系统的软硬件设计。0