plc控制步進(jìn)電機特點(diǎn)及技術(shù)應用范圍

可編程控制器plc控制步進(jìn)電機的意義

    可編程控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）以其通用性強、可靠性高、指令系統簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)便易學(xué)、易于掌握、體積小、維修工作少、現場(chǎng)接口安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)控制中。特別是在組合機床自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的控制及CNC機床的S、T、M功能控制更顯示出其卓越的性能。PLC控制的步進(jìn)電機開(kāi)環(huán)伺服機構應用于組合機床自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上的數控滑臺控制，可省去該單元的數控系統使該單元的控制系統成本降低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的內存。特別是大型自動(dòng)線(xiàn)中可以使控制系統的成本顯著(zhù)下降。

    一般組合機床自動(dòng)線(xiàn)中的數控滑臺采用步進(jìn)電機驅動(dòng)的開(kāi)環(huán)伺服機構。采用PLC控制的數控滑臺由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器、步進(jìn)電機驅動(dòng)器、步進(jìn)電機和伺服傳動(dòng)機構等部分組成，伺服傳動(dòng)機構中的齒輪Z1、Z2應該采取消隙措施，避免產(chǎn)生反向死區或使加工精度下降；而絲杠傳動(dòng)副則應該根據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、系統剛度好、傳動(dòng)精度高、使用壽命長(cháng)的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高且不能自鎖。    

步進(jìn)電機介紹

    步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進(jìn)驅動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅動(dòng)步進(jìn)電機按設定的方向轉動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數來(lái)控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機轉動(dòng)的速度和加速度，從而達到調速的目的。

步進(jìn)電機的分類(lèi)

(1)永磁式步進(jìn)電機

    永磁式步進(jìn)電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度。

(2)反應式步進(jìn)電機

     反應式步進(jìn)電機一般為三相，可實(shí)現大轉矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但聲和振動(dòng)都很大。

(3)混合式步進(jìn)電機

    混合式步進(jìn)電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相。兩相步進(jìn)角一般分為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機的應用最為廣泛。 

可編程控制器PLC的主要特點(diǎn)

(1) 可靠性高，抗干擾能力強。

    由于采用大規模集成電路和微處理器，使系統器件數大大減少，并且在硬件的設計和制造的過(guò)程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性。

(2) 編程簡(jiǎn)單，使用方便。

    目前大多數PLC均采用梯形圖編程語(yǔ)言，沿用了繼電接觸控制的一些圖形符號，直觀(guān)清晰，易于掌握。

(3) 通用性好，具有在線(xiàn)修改能力。

    PLC硬件采用模塊化結構，可以靈活地組態(tài)以適應不同的控制對象，控制規模和控制功能的要求。且可通過(guò)修改軟件，來(lái)實(shí)現在線(xiàn)修改的能力，因此其功能易于擴展，具有廣泛的工業(yè)通用性。

(4) 縮短設計、施工、投產(chǎn)的周期，維護容量。

    目前PLC產(chǎn)品朝著(zhù)系列化、標準化方向發(fā)展，只需根據控制系統的要求，選用相應的模塊進(jìn)行組合設計，同時(shí)用軟件編程代替了繼電控制的硬連線(xiàn)，大大減輕了接線(xiàn)工作，同時(shí)PLC還具有故障檢測和顯示功能，使故障處理時(shí)間縮短。 

(5) 體積小，易于實(shí)現機電一體化。 

    PLC體積小，重量輕，便十安裝。的結構緊湊，它與被控制對象的硬件連接方式簡(jiǎn)單、接線(xiàn)少，便于維護。 

PLC技術(shù)在步進(jìn)電機控制中的應用

    隨著(zhù)微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠遠超出了邏輯控制、順序控制的范圍。繼續沿著(zhù)小型化的方向發(fā)展。隨著(zhù)電動(dòng)機本身應用領(lǐng)域的拓寬以及各類(lèi)整機的不斷小型化，要求與之配套的電動(dòng)機也必須越來(lái)越小。對電動(dòng)機進(jìn)行綜合設計。即把轉子位置傳感器，減速齒輪等和電動(dòng)機本體綜合設計在一起，這樣使其能方便地組成一個(gè)閉環(huán)系統，因而具有更加優(yōu)越的控制性。向五相和三相電動(dòng)機方向發(fā)展，目前廣泛應用的二相和四相電動(dòng)機，其振動(dòng)和噪聲較大，而五相和三相電動(dòng)機具有優(yōu)勢性。而就這兩種電動(dòng)機而言，五相電動(dòng)機的驅動(dòng)電路比三相電動(dòng)機復雜，因此三相電動(dòng)機系統的性能價(jià)格比要比五相電動(dòng)機更好一些。 

    目前利用可編程序控制器（即PLC技術(shù)）可以方便地實(shí)現對電機速度和位置的控制，方便地進(jìn)行各種步進(jìn)電機的操作，完成各種復雜的工作，它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化革命，加速了機電一體化的實(shí)現。 

    用PLC對步進(jìn)電機也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動(dòng)控制功能，現對步進(jìn)電機的控制。 

    步進(jìn)電機是一種將電脈沖信號轉換成直線(xiàn)位移或角位移的執行元件，每當對其施加一個(gè)電脈沖時(shí)，其輸出軸便轉過(guò)一個(gè)固定的角度。步進(jìn)電機的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數成正比，其轉速與單位時(shí)間內輸入的脈沖數(即脈沖頻率)成正比，其轉向與脈沖分配到步進(jìn)電機的各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數量、頻率及電機繞組通電的相序，便可控制步進(jìn)電機的輸出位移量、速度和轉向。PLC直接控制步進(jìn)電機系統由PLC和步進(jìn)電機組成，PLC具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù)，輸出信號的頻率可以達到數千赫茲或更高，使得脈沖分配能有很高的分配速度，充分利用步進(jìn)電機的速度響應能力，提高整個(gè)系統的快速性。并且，PLC有采用大功率晶體管的輸出端口，能夠滿(mǎn)足步進(jìn)電機各相繞組數10V級脈沖電壓、1A級脈沖電流的驅動(dòng)要求。

    隨著(zhù)微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應用。計算機通過(guò)軟件來(lái)控制步進(jìn)電機，更好地挖掘出電動(dòng)機的潛力。因此，用計算機控制步進(jìn)電機已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數字化的時(shí)代趨勢。