步進(jìn)電機(jī)的可編程控制器直接控制，可使組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)的成本顯著下降。文章介紹了用PLC控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控滑臺(tái)方法，伺服控制、驅(qū)動(dòng)及接口以及步進(jìn)電機(jī)PLC控制的軟件邏輯。

1 概述

在組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)中，一般根據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑臺(tái)(1)液壓滑臺(tái)，用于切削量大，加工精度要求較低的粗加工工序中;(2)機(jī)械滑臺(tái)，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中;(3)數(shù)控滑臺(tái)，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中?？删幊炭刂破?簡(jiǎn)稱(chēng)PLC)以其通用性強(qiáng)、可靠性高、指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)便易學(xué)、易于掌握、體積小、維修工作少、現(xiàn)場(chǎng)接口安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制中。特別是在組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的控制及CNC機(jī)床的S、T、M功能控制更顯示出其卓越的性能。PLC控制的步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用于組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上的數(shù)控滑臺(tái)控制，可省去該單元的數(shù)控系統(tǒng)使該單元的控制系統(tǒng)成本降低70~90%，甚至只占用自動(dòng)線(xiàn)控制單元PLC的3~5個(gè)I/O接口及<1KB的內(nèi)存。特別是大型自動(dòng)線(xiàn)中可以使控制系統(tǒng)的成本顯著下降。

2 PLC控制的數(shù)控滑臺(tái)結(jié)構(gòu)

一般組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)中的數(shù)控滑臺(tái)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)伺服機(jī)構(gòu)。采用PLC控制的數(shù)控滑臺(tái)由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。

伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪Z1、Z2應(yīng)該采取消隙措施，避免產(chǎn)生反向死區(qū)或使加工精度下降;而絲杠傳動(dòng)副則應(yīng)該根據(jù)該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。采用滾珠絲杠副，具有傳動(dòng)效率高、系統(tǒng)剛度好、傳動(dòng)精度高、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高且不能自鎖。

3 數(shù)控滑臺(tái)的PLC控制方法

一般液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)的行程控制是利用位置或壓力傳感器(行程開(kāi)關(guān)/死擋鐵)來(lái)實(shí)現(xiàn);而數(shù)控滑臺(tái)的行程則采用數(shù)字控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。由數(shù)控滑臺(tái)的結(jié)構(gòu)可知，滑臺(tái)的行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個(gè)數(shù);因此可以根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的位移量確定PLC輸出的脈沖個(gè)數(shù)：

隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)行業(yè)的控制領(lǐng)域都將有廣泛應(yīng)用。

PLC作為一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有模塊化結(jié)構(gòu)、配置靈活、高速的處理速度、精確的數(shù)據(jù)處理能力，PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運(yùn)動(dòng)控制功能，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。

對(duì)于那些在運(yùn)行過(guò)程中移動(dòng)距離和速度均確定的具體設(shè)備，工程師認(rèn)為采用PLC通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是一種理想的技術(shù)方案。

步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)：

(1)步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一周后沒(méi)有累積誤差，具有良好的跟隨性。

(2)由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器電路組成的開(kāi)環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，既非常簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非常可靠。同時(shí)，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)。

(3)步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。

(4)速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩。

(5)步進(jìn)電機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源。

步進(jìn)電機(jī)能響應(yīng)而不失步的最高步進(jìn)頻率稱(chēng)為啟動(dòng)頻率;與此類(lèi)似，停止頻率是指系統(tǒng)控制信號(hào)突然關(guān)斷，步進(jìn)電機(jī)不沖過(guò)目標(biāo)位置的最高步進(jìn)頻率。而電機(jī)的啟動(dòng)頻率、停止頻率和輸出轉(zhuǎn)矩都要和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相適應(yīng)。有了這些數(shù)據(jù)，就能有效地對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行變速控制。

采用PLC控制步進(jìn)電機(jī)，應(yīng)根據(jù)下式計(jì)算系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量、脈沖頻率上限和最大脈沖數(shù)量，進(jìn)而選擇PLC及其相應(yīng)的功能模塊。根據(jù)脈沖頻率可以確定PLC高速脈沖輸出時(shí)需要的頻率，根據(jù)脈沖數(shù)量可以確定PLC的位寬。脈沖當(dāng)量=(步進(jìn)電機(jī)步距角螺距)/(360傳動(dòng)速比);脈沖頻率上限=(移動(dòng)速度步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù))/脈沖當(dāng)量;最大脈沖數(shù)量=(移動(dòng)距離步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù))/脈沖當(dāng)量。

PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制首先要確立坐標(biāo)系，可以設(shè)為相對(duì)坐標(biāo)系，也可以設(shè)為絕對(duì)坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的設(shè)置在相應(yīng)的寄存器中。采用PLC通過(guò)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到了PLC在步進(jìn)電動(dòng)控制中應(yīng)用更加廣泛。例如，在對(duì)單雙軸運(yùn)動(dòng)的控制過(guò)程中，在控制面板上設(shè)定移動(dòng)距離、速度和方向等參數(shù)。PLC讀入這些設(shè)定值后，通過(guò)運(yùn)算產(chǎn)生脈沖、方向信號(hào)，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，達(dá)到對(duì)距離、速度、方向控制的目的。并通過(guò)實(shí)測(cè)證明系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果具有可靠性、可行性、有效性。

MOTEC自主研發(fā)的脈沖型步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，包含了兩相三相，從低壓直流18VDC到高壓220VAC等十?dāng)?shù)個(gè)型號(hào)，電流調(diào)節(jié)范圍寬，最大細(xì)分高達(dá)60000脈沖/轉(zhuǎn)，并且全面支持當(dāng)前市場(chǎng)上的所有PLC，同時(shí)支持共陽(yáng)極和共陰極的接法，脈沖輸入口接收信號(hào)的頻率更快，運(yùn)行功能更加平穩(wěn)。

MOTEC自主研發(fā)的智能步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，更是在內(nèi)部集成了可編程控制器(PLC)，擁有自己研發(fā)的編程環(huán)境和操作界面，邏輯運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算，浮點(diǎn)數(shù)操作，運(yùn)動(dòng)控制功能，CAN總線(xiàn)從站及主站功能,MODBUS通信功能，全面支持RS232,RS485,CAN多種總線(xiàn)接口，內(nèi)部擁有8路輸入，3路輸出，并且可以使用MOTEC自主研發(fā)的IO擴(kuò)展版進(jìn)行擴(kuò)展，是您的設(shè)備提升品質(zhì)，降低成本的不二之選。