plc對步進電機的直接控制

ID:107593 · 發表于 2016-3-11 15:41

本文提出一種用可編程序控制器（PLC）直接控制步進電機的方法，如圖2所示。這條技術路線的優點是：大大減少系統設計的工作量，不存在各部分接口信號的匹配問題，提高系統的可靠性。整個控制系統由PLC和步進電機組成。作為一種工業控制計算機PLC的功能越來越強。不僅僅可用于開關邏輯控制，還可用于閉環過程控制，并可與其它計算機組成多級控制系統。有了PLC的強大功能的支持，各種不同控制系統的不同指令脈沖控制器的任務均可用PLC的不同控制程序來完成。對于環形脈沖分配器和功率放大器的功能則對PLC提出兩個特性要求。一是在此應用的PLC最好是具有實時刷新技術的PLC，使輸出信號的頻率可以達到數千赫芝或更高。其目的是使環形脈沖分配能有較高的分配速度，充分利用步進電機的速度響應能力，提高整個系統的快速性。二是PLC本身的輸出端口應該采用大功率晶體管，以滿足步進電機各相繞組數十伏脈沖電壓、數安培脈沖電流的驅動要求。應該指出的是采用繼電器或可控硅做輸出端口的PLC，即使軟件環形脈沖分配能達到高速要求，但由于輸出端口器件難以高速導通和關斷直流電源，不能向步進電機各相繞組提供驅動脈沖電流，故不能用于步進電機的PLC直接控制。對于滿足一、二兩個要求的PLC，如美國IPM公司的IP1612DC-220可編程序控制器，可以對步進電機進行直接控制。

圖2　步進電機的PLC直接控制

筆者已成功地將這種方法用于ZXJ1000-C型預應力復合制袋自動生產線的切袋誤差自動補償系統中。系統將傳感器測得的袋長誤差信號由PLC的輸入端口送入，如圖3所示。根據誤差與補償的算法，由PLC的程序自動算出步進電機應補償的轉向與轉角步數，并由環形分配程序通過輸出端口Y9、Y10、Y11進行環形脈沖分配，從而控制接到步進電機三相繞組的48V直流電源的依次通、斷，形成旋轉磁場，使步進電機轉動。步進電機的轉動再經機械差速器疊加到主傳動鏈中，使袋長誤差得以補償。由于步進電機是電感性負載，直流電阻很小，故接限流電阻以免脈沖電流過大損壞PLC端口，即Y9、Y10、Y11所對應的大功率晶體管。當Y9、Y10、Y11所對應的大功率晶體管按：Y9-Y9Y10-Y10-Y10Y11-Y11－Y11Y9-Y9……依次導通、斷開時，步進電機正轉。按：Y9-Y9Y11-Y11-Y11Y10-Y10-Y10Y9-Y9……依次導通、斷開時，步進電機反轉。即步進電機按三相六拍工作。每當步進電機走一步，環形脈沖分配程序的步數減一，當步數減為零時，停止環形脈沖分配，等待下一次測量誤差的輸入。

圖3　具體應用圖

結束語
采用PLC直接控制步進電機的誤差補償系統功能完善、靈活性大、可靠性高。該生產線已獲得國家科技進步獎。特別強調的是采用PLC直接控制步進電機的方法，減少了系統設計的工作量、能大大縮短開發研制周期，在一定范圍內，有較高的推廣和實用價值。

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