西门子模块6ES7231-7PD22-0XA8大量库存

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本文介绍了一种新型步进电机控制驱动器。该驱动器充分利用了单片机软件控制灵活和PLC的ΔC门控制方便的主要特点，将传统的PLC步进电机控制模块与驱动电源合二为一，是一种新型的运动控制产品。 

传统上，在用PLC 控制步进电机时，通常在PLC中附加一块专用的步进电机控制智能模块，再与驱动电源相连接实现控制功能。在市场上，一片PLC的价格在2000 元左右，而一块控制智能模块也值2000 元，再加上驱动电源在1500 到2500 元左右，在一些小型控制中显得成本过高。本文介绍的一种控制驱动器产品，采用单片机内置式控制软件，接收PLC 的OC 门信息，将步进电机控制模块与驱动电源合二为一，省去了步进电机控制智能模块，使成本大为降低。该驱动器适用于各种二相、小于3A 的步进电机。 

一、系统硬件 

本系统采用软件环分驱动，大量工作由软件完成。硬件电路十分简单。如图1所示。

 
图1 控制驱动器线路简图

图2所示，同PLC 配合闭环控制步进电机，是该驱动器的一种典型应用。

 
图2 系统硬件

二、系统工作原理 

众所周知，普通的PLC 可编程控制器，输入为OC 门或继电器，很少有高速脉冲输出口，但一般有脉冲计数输入接口。我们利用这一特征点，通过以下配置可方便的完成机械运动的过程或位置控制。 

在机械运动机构上安装过程控制使用的长光栅，并在运动机构一端设定限位开关为机械原点(可用光电、霍尔元件) ，远离限位开关为步进电机运行的正方向。当步进电机通电后，首先向机械原点运行，当碰到限位开关时， PLC 内部的计数器自动清零。如我们要进行机械运动的过程控制，通过光栅与步进电机带动的机械部件相连，确定步进电机与光栅的脉冲当量值之后，即可在PLC可编程控制器上编程实现高速高效的过程控制了。例如：步进电机的脉冲当量为01001mm ，与之配合的光栅反馈脉冲也选配输出每个脉冲为01001mm ，这样步进电机每走一步，光栅反馈一次信号到PLC内，计数器则加(或减)一。 

由于该步进电机控制驱动器有7种速度可选，在不同的运动情况下选不同的速度，当运行到确定的位置后，停止步进电机即可。同时，控制驱动器内还自带升降频控制、整步/细分切换等功能，所以PLC 的控制使用十分方便。 

三、系统软件 

该系统的核心是单片机软件部分。 

软件由以下几个主要模块组成。如图3所示。

 
图3 控制软件模块

初始化模块：清理程序中所需的标志位，判断是否需要启动电机并复位电机。 

输入模块：CPU接收来自INT1到INT4的电平信号。其中INT1到INT3的各种不同组合用以选择7种常用频率来驱动电机，参见表1。INT4 决定运动方向(1表示正转，0表示反转) 。

表1 编码信息与频率关系 

升降频模块：此模块包括升降频数据表和查询数据表并给计数器T0 赋值两个子模块。它保证在两种频率之间切换时平稳圆滑过渡且不失步。程序在升降频过程中，涉及到“优化升降频曲线”如图4 所示，这条曲线的方程由电机参数决定。详细说明查阅其他资料。在处理这条曲线时，由时间t 每递增△t 所对应的频率f 构成一张表，并对应生成一页MCS - 51 汇编语言数据表(计时器T0 的初值) ，以查询数据表的方式来拟合这条曲线，实现优化升降频过程。

 
图4 升降频曲线

整步/ 细分切换模块：程序确定将七种常用频率以细分形式驱动电机，以满足电机处以不同工作状态时的不同需要；并将高频率设置成以整步驱动电机，使电机能高速空走。本模块负责完成从整步到细分、从细分到整步的切换。 

输出模块：此模块包括脉冲环分和环分脉冲输出(T0 中断完成) 两个子模块。本系统按二相二十拍编写程序。改变此模块可以广泛适用于二相各拍步进电机。 

四、总结 

同传统驱动器相比，该控制驱动器以软件代替硬件步进电机控制器和硬件脉冲环分电路，结构简单，成本节约。采用闭环控制，根据位置传感器的不同种类和精度，可广泛适用于坐标测量仪、比长仪等各种不同精度的精密仪器和机床设备

1 引言 

随着纺机装备技术进步，步进与伺服电机运动控制系统的应用越来越广泛，其功能多样性和产品可靠性日臻完善，正在逐步取代原来的普通电机。而且随着可编程控制器技术的日益成熟，将二者完整地结合起来，完成对各种复杂运动的自动控制，实行机电一体化，正在成为一种趋势。步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比, 

其速度与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率) 成正比, 其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序, 便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能, 其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成, 且可获得较高的控制精度, 因而得到了广泛的应用。 

2 步进电机脉冲分配器 

在可编程控制器plc的应用中，步进电机是常见的被控制对象。步进电机是一种数字控制元件，直接接收脉冲信号，它旋转的角度和转速分别与输入的脉冲数和频率成正比，因此只要控制输入到其线圈绕组中的脉冲数和脉冲频率就可控制步进电机的转动角度和转速，但是输入的脉冲还需要经过脉冲分配器分配给步进电机的各个绕组。用plc控制步进电机，脉冲分配器的设计是一个很重要和非常灵活的问题，它可以用硬件组成，也可以用软件组成，本文以松下fp0-c16t plc为例，讨论几种实现步进电机脉冲分配器的方法。

 
图1 控制原理接线图

用硬件实现步进电机脉冲分配器控制原理接线图如图1所示。由于脉冲分配器是由硬件实现，fp0-c16t只需提供一串脉冲，而fp0系列的plc具有脉冲输出功能和高速计数器(hsc)功能，因此利用此功能进行控制步进电机非常方便。

 
图2 控制梯形图

fp0系列各型号的plc的输出端y0或y1都具有脉冲输出功能，其输出脉冲的大频率为10khz。具体输出脉冲频率可以用软件编程，y0或y1输出的脉冲经脉冲分配器把脉冲分配给步进电机的各相绕组，同时y0或y1接至pulse的输入接点；当达到顶定值时发生中断，使y0或y1的脉冲频率切换至下一参数。y2或y3是方向控制信号。vcc值为5v时，r短路；vcc值为12v时，r＝1kq(≥1/8w)；vcc值为24v时，r=2kq(≥1/8w)。图2是实现这一控制的梯形图。dt100～dt106是存放输出脉冲频率和个数的通用寄存器，梯形图中所给参数是输出脉冲初始频率为500hz，高频率为5000hz，脉冲个数为10000。 

3 软件步进电机脉冲分配器设计 

3.1 电原理设计

 
图3 硬件接线图

图3是用软件实现步进电机脉冲分配器plc与步进电机的硬件接线图。步进电机以常见的三相六拍通电方式工作。k0、k1、k2分别是正转、反转及停止控制开关，分别接在plc的输入继电器x0、xl和x2上;plc的输出继电器y0、y1和y2分别接步进电机的三相绕组a、b、c。软件实现脉冲分配的方法很多，这里讨论三种实现方案。 

3.2 软件实现方案之一

 
图4 软件方案1梯形图

梯形图如图4所示。步进电机是以相六拍通电方式工作，即三相绕组的通电顺序是： 

正转：a－ab－b－bc－c－ca 反转：a－ac－c－cb－b－ba 

该方案中，时钟可以用plc中的定时器设计一个时钟发生器，也可以使用plc中的内部0.01s、0.02s、0.1s、0.2s、1s、2s时钟，它们分别由plc中的特殊内部继电器r9018、r9019、r901a、r901b、r901c、r901d产生，为了方便、在此使用plc中的特殊内部继电器r901a 0.1s脉冲继电器作为控制时钟。继电器r0和r1分别在正反转接通；16位移位寄存器(继电器)wr1产生正反转的六个节拍，用移位寄存器的各触点r10～r15与r0、r1进行组合,使输出继电器y0、y1、y2按上述正反转的顺序通电。 

3.3 软件实现方案之二

 
图5 软件方案2梯形图

梯形图如图5所示。该方案中，开关x0、x1作为正反转启动控制，k2作为停止。时钟仍然使用plc中的特殊内部继电器901a 0.1s脉冲继电器作为控制时钟。使用一个16位移位寄存器(继电器)wr1，产生正反转所需的六个节拍，用位移位寄存器(继电器)的触点r10-15和正反转控制继电器r0-r1的触点进行组合，并利用plc中的数据传输指令．把所需的控制字(见附表)直接输出到plc的输出端，使输出继电器y0、y1、y2按上述正反转的顺序通电。 

3.4 软件实现方之三

 
图6 软件方案3梯形图

梯形图如图6所示。控制开关的作用和时钟仍然如方案二所述。在该方案中，利用r9013运行初期0n脉冲继电器，开机时把输出控制字送到plc的通用数据寄存器dt0～dt7中,根据正反转控制要求把plc中的检索寄存器ix(置初值(正转置0或反转置5)作为输出控制字的初始指针；利用[f0 mv ,ixdt0, wy0]指令，把所需的控制字直接输出到plc的输出端，之后修改ix的值，使输出继电器y0、y1、y2按上述正反转的顺序通电。r900b是比较相等标志。 

4 应用案例

 
图7 国产梳棉机电气系统框图

基于硬件实现方案设计了一套步进电机控制系统，成功用于国产梳棉机的电控系统的改造上。其电控系统原理框图如图7所示。该电气控制系统通过plc控制步进电机解决了国产梳棉机继电器控制系统复杂，可靠性不高，控制精度不够，故障点多，布线繁杂等难点，可以按梳棉机的工艺要求方便地控制梳棉机，还可以根据所纺纤维种类和对产品质量要求确定梳棉机的电气参数，包括锡林和道夫的启动时间以及它们的转速等。另外，该系统具有性能可靠，控制精度高、操作简单、运行平稳、无噪音等优点，提高了梳棉机的机电一体化程度，完全能满足用户的使用要求。 

5 结束语 

利用可编程控制器可方便地实现对电机的速度和位置进行控制，能够可靠地实现步进电机的操作，完成各种复杂的动作。基于plc控制步进电机的控制系统方案在国产梳理机上的应用，提高了梳棉机的机电一体化水平，更为重要的是为提高棉纺全流程运行的稳定性、可靠性奠定了基础，保证了全流程连续、同步、平稳运行，使输出毛条长片段、起长片段、甚至短片段的均匀度都能稳定在一定范围内，从而保证了成纱质量的稳定性。基于plc控制步进电机的控制系统在国产梳理机上的成功证明，该机所采用的控制系统，完全可以应用于其它国产传统纺织设备的改造当中，对国内纺织厂进行国产设备改造升级具有很好的参考价值。