步進式伺服系統(tǒng)的可編程序控制設(shè)計

步進式伺服系統(tǒng)的可編程序控制設(shè)計摘要:用可編程序控制器對步進伺服系統(tǒng)進行控制，是一種簡單、可靠、方便適用的控制方法。文章介紹了系統(tǒng)電路的設(shè)計原理以及運行于FX系列機型上的應(yīng)用軟件的設(shè)計方法。關(guān)鍵詞:步進電動機；伺服系統(tǒng)；可編程序控制器1前言步進電動機是將脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移（或線位移）的一種機電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角（或位移）與輸入的電脈沖數(shù)成正比,它的速度與脈沖頻率成正比，而運動方向是由步進電動機的通電順序所決定。采用步進電動機的伺服系統(tǒng)為開環(huán)伺服系統(tǒng)。其組成如圖1所示。步進電動機開環(huán)伺服系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡單，使用維護方便，可靠性高,制造成本低等一系列優(yōu)點，在中小型機床和速度、精度要求不十分高的場合，得到了廣泛的應(yīng)用，并適合用于發(fā)展簡單功能的經(jīng)濟型數(shù)控機床和對現(xiàn)有的普通機床進行數(shù)控化技術(shù)改造。「工作西:指今晾沖W■電機下」—一一驅(qū)動電路功率步造機罔I步迎頃用研，系統(tǒng)采用可編程序控制器對步進電動機進行控制，用編程軟件取代傳統(tǒng)的環(huán)形分配器,可以大大提高系統(tǒng)的靈活性?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計步進電動機有三相的，還有四相、五相和六相的等。選擇步進電動機時，首先必須保證電動機的輸出功率。而在選用功率步進電動機時，應(yīng)先計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，使電動機的矩頻特性能有一定余量以保證運行可靠。即在實際工作中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線（如圖2所示）的范圍內(nèi)。再者應(yīng)使步矩角和機械系統(tǒng)匹配這樣可以得到機床使用時所要求的脈沖當量。在選用功率步進電動機時，應(yīng)當估計機械系統(tǒng)的負載慣量和機床所要求的啟動頻率,使之與步進電動機的慣頻特性相匹配還要有一定余量,并使最高連續(xù)工作頻率能滿足機床工作臺快速移動的需要。

脈沖分配器選用FX系列的可編程序控制器，由編程軟件控制脈沖周期，并按一定的順序?qū)ê徒刂构β史糯笃?，使相?yīng)的繞組通電或斷電，其外部接線如圖3所示。軟件設(shè)計三相步進電動機的控制通電方式有三相三拍、三相六拍，此處采用三相六拍的控制方式?？紤]到實際控制需要速度調(diào)節(jié)，設(shè)計了慢速1、慢速2和快速三種速度控制，并設(shè)計了正反轉(zhuǎn)變換。再考慮到維修調(diào)試的需要設(shè)置了點動單步控制和10步、100步控制及暫停在當前步的控制。其梯形圖程序如圖4所示。圖4梯形圖

圖4圖4梯心圖程序運行過程4.1 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制接通快速開關(guān)S1,在接通啟動開關(guān)S0。脈沖控制器產(chǎn)生周期為0.01S的控制脈沖,使移位寄存器移位，產(chǎn)生六拍時序脈沖，通過三相六拍分配器使三個輸出繼電器Y000、丫001、Y002按照單雙六拍的通電方式接通，驅(qū)動功率放大器。再由功率放大器驅(qū)動電動機步進。其接通順序為:順序為:斷開輸入開關(guān)S1、S0,接通慢速開關(guān)S2（或S3）,再接通啟動開關(guān)S0。脈沖控制器產(chǎn)生周期為0.1S（或1.0S）的控制脈沖，電動機慢速步進。4.2 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制反轉(zhuǎn)控制是必須首先接通正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)S4，然后按正轉(zhuǎn)控制操作過程進行操作，可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)運行的快速、慢速1、慢速2的三種速度的運行。此時三個輸出繼電器的接通順序為：?YCC1?YOOLYOOO?YOOO?YOO0.YDO21 W0EYW1—皿 4.3 步數(shù)控制先接通步數(shù)控制開關(guān)S7（10步）或S6（100步）,再接通轉(zhuǎn)速控制開關(guān)S1（S2或S3），然后接通啟動開關(guān)S0，啟動脈沖控制器，六拍時序脈沖及三相六拍環(huán)形分配器開始工作，計數(shù)器開始計數(shù)。當走完預定步數(shù)，計數(shù)器動作，其動斷觸點斷開移位寄存器的移位輸入端，六拍時序脈沖、三相六拍環(huán)形分配器及正反轉(zhuǎn)驅(qū)動停止工作，步進電動機停轉(zhuǎn)。4.4 暫停控制當電動機在正常步進時，若合上暫停開關(guān)S8，則電動機停在當前步，斷開S8時,則電動機從所停時的步開始繼續(xù)步進。5結(jié)束語本文的電路和控制程序經(jīng)在FX系列機型上調(diào)試通過，運行正常。但實際控制中，一般要求正反轉(zhuǎn)控制和速度變換應(yīng)能自動進行，這只要根據(jù)工藝要求將程序稍作修改，便可實現(xiàn)。值得注意的是，步進電動機快速運轉(zhuǎn)時，其脈沖頻率較高。這時若用繼電器方式輸出模塊，其響應(yīng)速度太慢，控制會失