傳統上,在用PLC 控制步進電機時,通常在PLC中附加一塊專用的步進電機控制智能模塊,再與驅動電源相連接實現控制功能。在市場上,一片PLC的價格在2000 元左右,而一塊控制智能模塊也值2000 元,再加上驅動電源在1500 到2500 元左右,在一些小型控制中顯得成本過高。本文介紹的一種控制驅動器產品,采用單片機內置式控制軟件,接收PLC 的OC 門信息,將步進電機控制模塊與驅動電源合二為一,省去了步進電機控制智能模塊,使成本大為降低。該驅動器適用于各種二相、小于3A 的步進電機。
一、系統硬件本系統采用軟件環分驅動,大量工作由軟件完成。硬件電路十分簡單。如圖1 所示。
二、系統工作原理
眾所周知,普通的PLC 可編程控制器,輸入為OC 門或繼電器,很少有高速脈沖輸出口,但一般有脈沖計數輸入接口。我們利用這一特征點,通過以下配置可方便的完成機械運動的過程或位置控制。
在機械運動機構上安裝過程控制使用的長光柵,并在運動機構一端設定限位開關為機械原點(可用光電、霍爾元件) ,遠離限位開關為步進電機運行的正方向。當步進電機通電后,首先向機械原點運行,當碰到限位開關時, PLC 內部的計數器自動清零。如我們要進行機械運動的過程控制,通過光柵與步進電機帶動的機械部件相連,確定步進電機與光柵的脈沖當量值之后,即可在PLC 可編程控制器上編程實現高速高效的過程控制了。例如:步進電機的脈沖當量為01001mm ,與之配合的光柵反饋脈沖也選配輸出每個脈沖為01001mm ,這樣步進電機每走一步,光柵反饋一次信號到PLC 內,計數器則加(或減) 一。
由于該步進電機控制驅動器有7 種速度可選,在不同的運動情況下選不同的速度,當運行到確定的位置后,停止步進電機即可。同時,控制驅動器內還自帶升降頻控制、整步/ 細分切換等功能,所以PLC 的控制使用十分方便。
三、系統軟件
該系統的核心是單片機軟件部分。軟件由以下幾個主要模塊組成。如圖3 所示。初始化模塊:清理程序中所需的標志位,判斷是否需要啟動電機并復位電機。輸入模塊:CPU 接收來自INT1 到INT4 的電平信號。其中INT1 到INT3 的各種不同組合用以選擇7 種常用頻率來驅動電機,參見表1。INT4 決定運動方向(1 表示正轉,0 表示反轉) 。
升降頻模塊:此模塊包括升降頻數據表和查詢數據表并給計數器T0 賦值兩個子模塊。它保證在兩種頻率之間切換時平穩圓滑過渡且不失步。程序在升降頻過程中,涉及到“****化升降頻曲線”如圖4 所示,這條曲線的方程由電機參數決定。詳細說明查閱其他資料。在處理這條曲線時,由時間t 每遞增△t 所對應的頻率f 構成一張表,并對應生成一頁MCS - 51 匯編語言數據表(計時器T0 的初值) ,以查詢數據表的方式來擬合這條曲線,實現優化升降頻過程。
整步/ 細分切換模塊:程序確定將七種常用頻率以細分形式驅動電機,以滿足電機處以不同工作狀態時的不同需要;并將****頻率設置成以整步驅動電機,使電機能高速空走。本模塊負責完成從整步到細分、從細分到整步的切換。
輸出模塊:此模塊包括脈沖環分和環分脈沖輸出(T0 中斷完成) 兩個子模塊。本系統按二相二十拍編寫程序。改變此模塊可以廣泛適用于二相各拍步進電機。
四、總結
同傳統驅動器相比,該控制驅動器以軟件代替硬件步進電機控制器和硬件脈沖環分電路,結構簡單,成本節約。采用閉環控制,根據位置傳感器的不同種類和精度,可廣泛適用于坐標測量儀、比長儀等各種不同精度的精密儀器和機床設備。 |
