DZ168西門子PLC的步進電機直接控制
DZ168西門子PLC的步進電機直接控制,dz168,西門子,plc,步進,電機,機電,直接,控制,節(jié)制
信電系論文文獻綜述1浙江工業(yè)大學浙西分校畢 業(yè) 設 計 (論 文 )文 獻 綜 述課題名稱:西門子 PLC 步進電機的直接控制學生姓名:唐玉鋮 系 (部):信息與電子工程系 專業(yè)班級:04 工自(1)班 指導教師:黃云龍、朱秋琴、廖東進 職 稱:副教授、 助教、 助教 日 期:2007.06.5 信電系論文文獻綜述1文獻綜述一、 引言傳統(tǒng)的步進電機控制方式由控制器產(chǎn)生控制指令,環(huán)形分配器根據(jù)指令將輸入的單一脈沖串,按土作方式和轉向分別依次向連接到步進電機各相繞組的功率放大器分配脈沖,以便形成旋轉磁場。這種方式的各部分硬件的設計、選型、接口匹配往往要花費設計者一很大的精力和勞動。接口信號的匹配以及兒器件的質(zhì)量等對整個系統(tǒng)的可靠性影響很大?,F(xiàn)代控制系統(tǒng)中,PLC 作為一種廣泛應用于工業(yè)自動化領域的控制器,它的功能越來越強,性能越來越先進。為了配合步進電機的控制,許多 PLC 都內(nèi)置了脈沖輸出功能,并設置了相應的控制指令,可以很好地對步進電機進行直接控制。這種控制方式的優(yōu)點是:大大減少系統(tǒng)設計的工作量,不存在各部分接口信號的匹配問題,提高系統(tǒng)的可靠性。整個控制系統(tǒng)由 PLC 和步進電機組成。PLC 具有實時刷新技術,輸出信號的頻率可以達到數(shù)千赫茲或更高,使得脈沖分配能有很高的分配速度,充分利用步進電機的速度響應能力,提高整個系統(tǒng)的快速性。并且,PLC 有采用大功率晶體管的輸出端口,能夠滿足步進電機各相繞組數(shù) 10V 級脈沖電壓、1A 級脈沖電流的驅動要求。二、PLC 直接控制步進電機技術的發(fā)展現(xiàn)狀1、PLC 技術現(xiàn)狀:可編程控制器(簡稱 PLC) 是種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng) ,是在 20 世紀 60 年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器 ,其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、計數(shù)和算術運算等操作指令 ,并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出 ,控各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關設備 ,都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴充其功能的原則設計的。PLC 自產(chǎn)生至今只有 30 多年的歷史 ,卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應用 ,成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。產(chǎn)生和發(fā)展過程現(xiàn)代社會要求生產(chǎn)廠家對市場的需求做出迅速的反應 ,生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成信電系論文文獻綜述2本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求 ,迫使人們?nèi)ふ乙环N新的控制裝置取而代之。2、PLC 在控制步進電機技術中的發(fā)展狀況:隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展,可編程序控制器有了突飛猛進的發(fā)展,其功能已遠遠超出了邏輯控制、順序控制的范圍。繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。隨著電動機本身應用領域的拓寬以及各類整機的不斷小型化,要求與之配套的電動機也必須越來越小。對電動機進行綜合設計。即把轉子位置傳感器, 減速齒輪等和電動機本體綜合設計在一起, 這樣使其能方便地組成一個閉環(huán)系統(tǒng), 因而具有更加優(yōu)越的控制性。向五相和三相電動機方向發(fā)展,目前廣泛應用的二相和四相電動機,其振動和噪聲較大,而五相和三相電動機具有優(yōu)勢性。而就這兩種電動機而言,五相電動機的驅動電路比三相電動機復雜,因此三相電動機系統(tǒng)的性能價格比要比五相電動機更好一些。目前利用可編程序控制器(即 P L C 技術)可以方便地實現(xiàn)對電機速度和位置的控制,方便地進行各種步進電機的操作,完成各種復雜的工作,它代表了先進的工業(yè)自動化革命,加速了機電一體化的實現(xiàn)。三、PLC 直接控制步進電機的原理1、步進電動機的工作原理及工作方式:步進電機作為一種常用的電氣執(zhí)行元件,廣泛應用于自動化控制領域。步進電機的運轉需要配備一個專門的驅動電源,驅動電源的輸出受外部的脈沖信號和方向信號控制。每一個脈沖信號可使步進電機旋轉一個固定的角度,這個角度稱為步距角。脈沖的數(shù)量決定了旋轉的總角度,脈沖的頻率決定了旋轉的速度。方向信號決定了旋轉的方向。就一個傳動速比確定的具體設備而言,無需距離、速度信號反饋環(huán),只需控制脈沖的數(shù)量和頻率即可控制設備移動部件的移動距離和速度;而方向信號可控制移動的方向。因此,對于那些控制精度要求不是很高的應用場合,用開環(huán)方式控制是一種較為簡單而又經(jīng)濟的電氣控制技術方案。另外,步進電機的細分運轉方式非常實用,盡管其步距角受到機械制造的限制,不能制作得很小,但可以通過電氣控制的方式使步進電機的運轉由原來的每個整步分成 m個小步來完成,以提高設備運行的精度和平穩(wěn)性。控制步進電機電源的脈沖與方信電系論文文獻綜述3向信號源常用數(shù)控系統(tǒng),但對于一些在運行過程中移動距離和速度均確定的具體設備,采用 PLC(可編程控制器)是一種理想的技術方案。電動機其角位移與電脈沖數(shù)成正比,其轉速與電脈沖頻率成正比,通過改變脈沖頻率可以調(diào)節(jié)電動機的轉速。工作方式最常見的有:(1)、三相單三拍工作方式各相的通電順序為 A B C,各相通電的電壓波形如圖所示。圖 1 三相單三拍工作方式(2)、三相雙三拍工作方式雙三拍工作方式各相的通電順序為 AB BC CA。各相通電的電壓波形如圖所示。圖 2 三相雙三拍工作方式(3)、三相六拍工作方式在反應式步進電機控制中,把單三拍和雙三拍工作方式結合起來,就產(chǎn)生了六拍工作方式,其通電順序為 AAB BBC C CA。各相通電的電壓波形如圖 4 所示。信電系論文文獻綜述4圖 3 三相六拍工作方式(4)、其它工作方式(和步進電機本身結構相關):如二相四拍、二相八拍以及四相四拍和四相八拍等,其工作時電壓波形圖基本類似,不再贅述。2、西門子 PLC 控制步進電機:由以上步進電機的工作原理以及工作方式我們可以看出:控制步進電機最重要的就是要產(chǎn)生出符合要求的控制脈沖。西門子 PLC 本身帶有高速脈沖計數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器,其發(fā)出的頻率最大為 10KHz,能夠滿足步進電動機的要求,與硬件連接相比對于環(huán)形脈沖分配器和功率放大器的功能則對 PLC 提出兩個特性要求。一是在此應用的 PLC 最好是具有實時刷新技術的 PLC,使輸出信號的頻率可以達到數(shù)千赫芝或更高。其目的是使環(huán)形脈沖分配能有較高的分配速度,充分利用步進電機的速度響應能力,提高整個系統(tǒng)的快速性。二是 PLC 本身的輸出端口應該采用大功率晶體管,以滿足步進電機各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅動要求。如下圖所示:PLC 步進電機輸入信號圖 4 步進電機的 PLC 直接控制環(huán)形分配程序通過輸出端口 A、B、C 進行環(huán)形脈沖分配,從而控制接到步進電機三相繞組的 48V 直流電源的依次通、斷,形成旋轉磁場,使步進電機轉動。步進電機的轉動,由于步進電機是電感性負載,直流電阻很小,故接限流電阻以免脈沖電流過大損壞,PLC 端口,即 A、B、C 所對應的大功率晶體管。當A、B、C 所對應的大功率晶體管按: AABBBCCCAA次導通、斷開時,步進電機正轉。按: AACCCBBBAA依次導通、斷開時,步進電機反轉,即步進電機可以按三相六拍工作。每當步進電機走一步,環(huán)形脈沖分配程序的步數(shù)減一,當步數(shù)減為零時,停止環(huán)形脈沖分配,等待下一次的脈沖輸入。如下圖所示信電系論文文獻綜述5圖 5 步進電機基本圖3、軟件編程在軟件編程前,必須根據(jù)實際控制系統(tǒng)與工藝要求進行步進電機的“啟動頻率”和“停止頻率”的標定,步進電機能響應而不失步的最高步進頻率稱為“啟動頻率” , “停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號突然關斷,步進電機不沖過目標位置的最高頻率。步進電機在起動和停止時有一個加速及減速過程,且加速度越小則沖擊越小,動作越平穩(wěn)。所以,步進電機工作時一般要經(jīng)歷這樣一個變化過程:加速恒速(高速)減速低速停止。其中步進電動機在運行過程中一般采用如下運行曲線,主要要考慮步進電動機的起動時必須有個加速緩沖的過程,對步進電動機起保護作用。圖 6 步進電動機在運行過程使步進電機的輸入脈沖總數(shù)和脈沖頻率受到相應的控制。囚此在控制軟件上設置一個脈沖總數(shù)和脈沖頻率可控的脈沖信號發(fā)生器;對于頻率較低的控制脈沖,可以利用 PLC 中的定時器構成,如圖 1 所示。脈沖頻率可以通過定時器的定時常數(shù)控制脈沖周期,脈沖總數(shù)控制則可以設置一脈沖計數(shù)器 C10。當脈沖數(shù)達到設定值時,計數(shù)器 C10 動作切斷脈沖發(fā)生器回路,使其停止工作。步進電機無脈沖輸入時便停止運轉。當步進電機位移速度要求較高時,可以用 PLC信電系論文文獻綜述6中的高速脈沖發(fā)生器。不同的 PLC 其高速脈沖的頻率可達到 40006000HZ??刂葡到y(tǒng)中 PLC 用來產(chǎn)生控制脈沖;通過 PLC 編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖,控制步進電機的轉角同時通過編程控制脈沖頻率,環(huán)行脈沖分配器將可編程控制器輸出的控制脈沖按步進電機的通電順序分配到相應的繞組,PLC 控制的步進電機可以采用軟件環(huán)行分配器。圖 7 PLC 控制的步進電機軟件環(huán)行分配器四、結論本論文的研究主要完成了以下內(nèi)容:通過對 PLC 控制步進電機系統(tǒng)的工作原理和控制原理的分析,用西門子 PLC 程序結合硬件電路,設計出以 PLC 軟件控制為核心的步進電機控制器,使得控制步進電機更加方便快捷。采用 PLC 直接控制步進電機的誤差補償系統(tǒng)功能完善、靈活性大、可靠性高。該生產(chǎn)線己獲得國家科技進步獎。特別強調(diào)的是采用 PLC 直接控制步進電機的方法,減少了系統(tǒng)設計的工作量、能大大縮短開發(fā)研制周期,在一定范圍內(nèi),有較高的推廣和實用價值。參考文獻I李金鐘.機電與電氣控制技術.蘇州:蘇州人學出版社,20042廖常初.PLC 編程及應用.工業(yè)出版社,20043胡志平.PLC 控制系統(tǒng)的設計應.2安永林.九道拐水電溢洪逆弧形閘門啟閉機設計.辦水利發(fā)電,2005,5 3楊寧.散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線.4宣財鑫.PLC 脈沖控制步進電機技術.計算機應用信電系論文文獻綜述75中長考.于可編程控制器的西河閘監(jiān).控系統(tǒng).自化技術與應用6機一體化技術手冊編委會.機電一體化技術手冊.北京機械工業(yè)出版社:19937胡泓.體化原理及應用.北京:國防工業(yè)出版社8楊長能等.可編程序控制器基礎及應用.重慶大學出版社:19929孫涵芳,愛卿.M51/96 系列單片機原理與應用. 空航大學出版社:199810何立民.片機應用系統(tǒng)設計.空航天大學出版社:199111吳之美.Microsoft windows 3.1 程序員參考大會.華大學出版社:1993
收藏