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基于PLC的步进电动机自动升降速控制设计

字号+ 作者:admin 来源:未知 2010-04-17 10:31 我要评论( )

1 前言 步进电动机是将脉冲信号转换成角位移(或线位移)的一种机电式数模转换器。其转子的转角(或位移)与输入的电脉冲数成正比,它的速度与脉冲频率成正比,而运动方向是由步进电动机的通电顺序所决定。步进电动机具有精度高、控制灵活、定位准确、起停迅速、


1  前言

步进电动机是将脉冲信号转换成角位移(或线位移)的一种机电式数模转换器。其转子的转角(或位移)与输入的电脉冲数成正比,它的速度与脉冲频率成正比,而运动方向是由步进电动机的通电顺序所决定。步进电动机具有精度高、控制灵活、定位准确、起停迅速、能直接接收数字信号等特点,成为机床、工业控制及仪表的重要执行部件。随着现代数字控制技术的飞速发展,对其提出了一些更加细致的控制方法。本文以日本三菱公司生产的新型的FX系列PLC为例,介绍脉冲步进电动机的斜坡自动升降频方法即软起、停方法,是基于PLC的强大功能的基础上,不需另增加外围设备,仅以其功能指令编写高级程序来实现的。该方法在用PLC控制脉冲步进电动机的系统中,具有其独特的优越性。

2  FX系列RAMP应用命令[4][2]

斜坡信号输出指令RAMP的功能指令如图1所示。它的源操作数[S1]、[S2]和目标元件[D]为D。n=1~32,767。该指令作16位运算,占9个程序步。预先将斜坡输出信号的初始值和最终值分别写入D1和D2,并设置从初始值上升到最终值所需的时间(次数)。当X0=ON时,RAMP指令把目标元件D的数值从S1设定的数值经过n次增加或减少到S2,把当前已执行的次数存放在目标元件D+1中,若D的数值等于S2时,完成标志M8029置ON。

 

图1  RAMP功能指令的编程

3  硬件设置及工作原理

3.1  硬件设置及I/O分配

如图2所示,(限于篇幅,只画出快速控制部分)

 

图2  PLC接线图

3.2软起、停原理

系统工作时,接通相应的输入信号端,则在程序的控制下,PLC的脉冲发生器产生相应频率的脉冲,再经环形脉冲分配器分别由Y1、Y2、Y3发出脉冲,然后经功率放大器放大驱动步进电动机步进。

当要起动快速时,合上快速开关X2,再合上起动开关X1,脉冲发生器产生的脉冲频率则从0频开始按事先所设置的斜率曲线逐渐上升至最高频率后,保持在高频下运行。当停机时,按下停机按钮X0,则脉冲发生器所产生的脉冲频率从当前的高频率按相同的斜率曲线逐渐降低到0频。

慢速时,直接起动,不进行软起、停控制。

3.3  软件设计

以三相步进电动机为例,按照单双六拍的通电方式设计控制程序。该程序主要由六拍时序脉冲、三相六拍环形分配器、正反转驱动和脉冲发生器四部分组成,主控制程序见参考文献[3],此处仅给出自动升降速部分梯形图和六拍时序脉冲梯形图。如图3、图5所示。

软起动控制

程序的工作原理:当按下起动按钮X1时,Y0输出的脉冲频率按预先设定的速率上升,当上升到所需要的运行脉冲频率时,既稳定在此频率运行。当按下停止按钮X0时,Y0输出的频率从运行时的最高频率按一定速率降低,直到Y0输出为一个低频或为0时,运行在一个低速或停止状态。此程序只要按需要设置D0和D1的值,并用Y0控制脉冲发生器和六拍时序脉冲(图5),就可方便地改变高低速运行状态及升降速斜率,即可实现软起动和软停止。软起、停特性曲线如图4所示。为改善速度曲线的平滑性,在升速至接近高速时,适当减小上升速率,即可得到如图4所示修改后的曲线。

 

图3  软起、停控制梯形图

图4  软起、停特性曲线

图5  六拍时序脉冲梯形图

4  结束语

步进电动机快速运转时,其脉冲频率较高。这时若用继电器方式输出模块,其响应速度太慢,控制会失常,故应选用晶体管方式输出模块。但由于晶体管方式输出模块的负载能力只有0.5~2A,而一般步进电动机的励磁电流需要几安到几十安,因此需要加功率放大器进行功率放大和电流放大。PLC控制步进电动机自动升降速的显著优点是,当需要改动升降速的速率或运行速度时,不需要改动硬件设备,只要输入新的设置参数即可,这样,当生产工艺变动需要改变运行速度,或现场调试需要选择最佳升降速率时,是极为方便、简单的。一般步进电动机转速在100~1000步/秒,采用软升降速控制后,步进电动机转速可提高到2~8倍而不会失步。 

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