PLC控制步進(jìn)電機(jī)工作方式的選擇
3.1常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)的工作方式
常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)的工作方式有以下三種：
1.三相單三拍：A->B->C->A
步進(jìn)電機(jī)的三菱PLC控制
圖3-1三相單三拍工作方式時(shí)序圖
2.三相雙三拍：AB->BC->CA->AB
步進(jìn)電機(jī)的三菱PLC控制
圖3-2三相雙三拍工作方式時(shí)序圖
3.三相六拍：A->AB->B->BC->C->CA->A
步進(jìn)電機(jī)的三菱PLC控制
圖3-3三相六拍工作方式時(shí)序圖
3.2步進(jìn)電機(jī)控制原理
3.2.1控制步進(jìn)電機(jī)換向順序
通電換向這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三相三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C-D，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A、B、C、D相的通斷。
3.2.2控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向
如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。
3.2.3控制步進(jìn)電機(jī)的速度
如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。
3.3PLC控制步進(jìn)電機(jī)的方法
在本設(shè)計(jì)中直接使用PLC控制步進(jìn)電機(jī)，可使用PLC產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)所需要的各種時(shí)序的脈沖。三相步進(jìn)電機(jī)可采用三種工作方式：三相單三拍，三相雙三拍，三相單六拍。這三種方式的主要區(qū)別是:電機(jī)繞組的通電、放電時(shí)間不同。工作方式是單三拍時(shí)通電時(shí)間最短，雙三拍時(shí)允許放電時(shí)間最短，六拍時(shí)通電時(shí)間和放電時(shí)間最長(zhǎng)。因此，同一脈沖頻率時(shí)，六拍的工作方式出力最大。而且，電機(jī)是三拍的工作方式時(shí)，其分辨率為3度，六拍的工作方式時(shí)，分辨率是1.5度。所以，在本課題中，我們采用三相六拍的工作方式，在這種控制方式下工作，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性好，步進(jìn)電機(jī)分辨率最高。
可根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作方式，以及所要求的頻率（步進(jìn)電機(jī)的速度），畫出A、B、C各相的時(shí)序圖。并使用PLC產(chǎn)生各種時(shí)序的脈沖。例如：本設(shè)計(jì)采用三菱FX2n-32MTPLC控制三相步進(jìn)電機(jī)的過(guò)程。
步進(jìn)電機(jī)的三菱PLC控制
圖3-4三相單六拍正向時(shí)序圖
3.4PLC控制步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)思路
3.4.1步進(jìn)電機(jī)控制方式
典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖所示：
步進(jìn)電機(jī)的三菱PLC控制
圖3-5典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移或者線位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件。在經(jīng)歷了一個(gè)大的發(fā)展階段后，日前其發(fā)展趨向平緩。然而，其基本原理是不變的，即：是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當(dāng)對(duì)其施加一個(gè)電脈沖時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的脈沖順序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的順序，便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向。步進(jìn)電機(jī)的機(jī)理是基于最基本的電磁鐵作用，可簡(jiǎn)單地定義為，根據(jù)輸人的脈沖信號(hào)，每改變一次勵(lì)磁狀態(tài)就前進(jìn)一定角度或長(zhǎng)度，若不改變勵(lì)磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電動(dòng)機(jī):從廣義上講，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種受電脈沖信號(hào)控制的無(wú)刷式直流電機(jī)，也可看作是在一定頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率同步的同步電動(dòng)機(jī)。
步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)方法很多，按照使用的控制裝置來(lái)分可以分為:普通集成電路控制、單片機(jī)控制、工業(yè)控制機(jī)控制、可編程控制器控制等幾種；按照控制結(jié)構(gòu)可分為:硬脈沖生成器硬脈沖分配結(jié)構(gòu)(硬-硬結(jié)構(gòu))、軟脈沖生成器軟脈沖分配器結(jié)構(gòu)(軟-軟結(jié)構(gòu))、軟脈沖生成器硬脈沖分配器結(jié)構(gòu)(軟-硬結(jié)構(gòu))。
1．硬——硬結(jié)構(gòu)
如圖3.6所示，這種步進(jìn)電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由硬件電路脈沖生成器、硬件電路脈沖分配器、驅(qū)動(dòng)器組成。這種控制驅(qū)動(dòng)方式運(yùn)行速度比較快，但是電路復(fù)雜，功能單一。
2．軟——軟結(jié)構(gòu)
如圖3.7所示，這種步進(jìn)電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由軟件程序脈沖生成器、軟件程序脈沖分配器、驅(qū)動(dòng)器組成，而軟件脈沖生成器和脈沖分配器都有微處理器或微控制器通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。用單片機(jī)、工業(yè)控制機(jī)、普通個(gè)人計(jì)算機(jī)、可編程序控制器控制步進(jìn)電機(jī)一般均可采用這種結(jié)構(gòu)。這種控制驅(qū)動(dòng)方法電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，但是占用CPU時(shí)間多，給微處理器運(yùn)行其他工作造成困難。3．軟——硬結(jié)構(gòu)
如圖3.8所示，這種步進(jìn)電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由軟件脈沖生成器、硬件脈沖分配器和硬件驅(qū)動(dòng)器組成。硬件脈沖分配器是通過(guò)脈沖分配器芯片(如8713芯片)來(lái)實(shí)現(xiàn)通電換相控制的。這種控制驅(qū)動(dòng)方法電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，同時(shí)占用CPU時(shí)間較少，用可編程控制器全部實(shí)現(xiàn)了控制器和驅(qū)動(dòng)器的功能。在PLC中，由軟件代替了脈沖生成器和脈沖分配器，直接對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行并行控制，并且由PLC輸出端口直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。如圖3.7所示，這是一種軟-軟結(jié)構(gòu)，脈沖生成器和脈沖分配器均有可編程序控制器程序?qū)崿F(xiàn)。
步進(jìn)電機(jī)的三菱PLC控制
圖3-6硬硬結(jié)構(gòu)控制
步進(jìn)電機(jī)的三菱PLC控制
圖3-7軟軟結(jié)構(gòu)控制
步進(jìn)電機(jī)的三菱PLC控制
圖3-8軟硬結(jié)構(gòu)控制
