plc控制步进电机系统毕业论文

plc控制步进电机系统毕业论文内容摘要：

移动轴有很多的动态配合，才能保证加工效率、加工精度和表面粗糙度 12 图 21 伺服系统结构图 伺服系统的分类 伺服系统 按调节 理论分类可分为开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服系统；按使用的驱动元件分类可分为步进伺服系统、直流伺服系 统、交流伺服系统。 在这里我们重点介绍开环伺服系统和步进伺服系统。 开环伺服系统 这是一种比较原始的伺服系统。 这类数控系统将零件的程序处理后，输出数据指令给伺服系统，驱动机床运动，没有来自位置传感器的反馈信号。 最典型的系统就是采用步进电机的伺服系统，如图 22 所示。 速 度控制单元 位置控制模块 伺服电动机 工作台 位置检测 测量与反馈 速度检测 速度环 速度反馈 位置环 位置反馈 CNC 速度控制单元 机床 指令 13 图 22 开环伺服系统 它一般由环形分配 器、步进电机功率放大器、步进电动机、配速齿轮和丝杠螺母传动副等组成。 数控系统每发出一个指令脉冲，经驱动电路功率 放大后，驱动步进电动机旋转一个固定角度（即步距脚）， 再经传动机构带动工作台移动。 这类系统信息流是是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制。 步进伺服系统 如上图 21 所示，步进式伺服系统亦称为开环位置伺服系统，其驱动元件为步进电动机。 功率步进电动机盛行于 20 世纪 70 年代，且控制系统的结构最简单，控制最容易 ，维修最方便，控制为全数字化（即数字化的输入指令脉冲对应着数字化的位置输出），这完全符合数字化控制技术的要求，数控系统与步进电动机的驱动控制电路结为一体。 随着计算 机技术的发展，除功率驱动电路之外，其他硬件电路均可由软件实现，从而简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的可靠性。 但步进电动机的耗能太大，速度也不高，当其在脉冲当量δ为 1μ m 时，最高移动速度仅有 2mm/min，且功驱动电路 工作台 步进电动机 指令脉冲 14 率越大 移动速度越低，所以主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造中 步进电机工作原理 步进电机是一种将电子数字脉冲信号转变为机械运动的电磁增量运动器件。 典型的电机绕组固定在定子上，而转子则由硬磁或软磁材料组成。 当控制系统将一个电脉冲信号经 功率装置加到定子绕组中，电机便会沿一定 的方向旋转一步。 脉冲的频率决定电机的转速。 电机转动的角度与所输入的电脉冲个数成正比；因此，只要简单地改变输入脉冲的数目，就能控制步进电机的转子运行角度，从而达到位置控制的目的。 步进电机有以下特点： （ 1）运行角度正比于输入脉冲，便于开环运行，花费少； （ 2）具有锁定转矩； （ 3）定位精度高，并且没有累积误差； （ 4）具有优良的起动、停止、反转响应； （ 5）无电刷和可靠性高； （ 6）可低速运行，直接驱动负载； （ 7）不适宜的控制会引起振动； （ 8）不宜运行于高速状态。 步进电机的控制 开 环控制 步进电机的最显著的优势是不需要位置反馈信号就能够进行精确的位置控制。 这种开环控制形式省去了昂贵的位置传感器件，只需对输入指令脉冲信号计数，就能知道电机的位置。 图 23 所示的是一个步进电机开环控制的基本组成， 它包括驱动电路、脉冲发生器和能使电机绕组按特定相序励磁的脉冲分配器。 15 指令 指令 图 23 步进电机的 开环控制原理图 闭环控制 在开环控制系统中，电机响应走步指令后的实际运行情况，控制系统 是无法预测和监视的。 在一些运行速度范 围宽、负载大小变化频繁的场合，步进电机容易失步，而使整个系统趋于失控。 这时候，可以对步进电机进行位置闭环控制。 控制系统对电动机转子位置进行检测，并将信号反馈至控制单元，使得系统对步进电机发出的走步命令，只有得到相应实际位置响应后，方告完成。 因此，闭环控制的最基本任务是防止步进电机失步。 实际上是一种简单的位置伺服系统。 图 24 为闭环系统的原理图，整个系统是在开环系统的基础上增加了位置检测、数据处理 的 闭环控制电路。 图 24 步进电 机的闭环控制原理图 脉冲 发生器 脉冲 分配器 驱动 电路 步进电 机 负 载 供电电源 闭环 控制器 闭环 控制器 脉冲 分配器 驱动电路 步进电机 负 载 供电电源 位置信号处理 16 小结 作为数控机床的重要功能部件，伺服系统的特性一直是影响系统加工性能的重要指标。 围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高，近年来发展了多种伺服驱动技术。 可以预见随着超高速切削、超精密加工、网络制造等先进制造技术的发展，具有网络接口的全数字伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业的关注的热点，并成为伺服系统的发展方向。 17 3 PLC 控制步进电机方法的研究 随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。 有人将其称为现代工业控制的三大支柱（即 PLC，机器人， CAD/CAM）之一。 目前可编程序控制器（ Programmable Controller）简称PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具。 PLC的基本结构 PLC采用了典型的计算机结构，主要包括 CPU、 RAM、 ROM和输入 /输出接口电路 等。 如果把 PLC看作一个系统，该系统由输入变量 PLC输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的信号均作为 PLC的输入变量，它们经 PLC外部端子输入到内部寄存器中，经 PLC内部逻辑运算或其它各种运算、处理后送到输出端子，它们是 PLC的输出变量，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。 控制方法及研究 FP1的特殊功能简介 (1) 脉冲输出 FP1的输出端 Y7可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调节，其输出频率范围为 360Hz～ 5kHz。 (2) 高 速计数器（ HSC） FP1内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，最高计数频率为 10kHz，计数范围 8388608～ +8388607。 (3) 输入延时滤波 FP1的输入端采用输入延时滤波，可防止因开关机械抖动带来的不可靠性，其延时时间可根据需要进行调节，调节范围为 1ms～ 128ms。 18 (4) 中断功能 FP1的中断有两种类型，一种是外部硬中断，一种是内部定时中断。 步进电机的速度控制 FP1有一条 SPD0指令，该指令配合 HSC和 Y7的脉冲输出功能 可实现速度及位置控制。 速度控制梯形图见图 31，控制方式参数见图 32，脉冲输出频率设定曲线见图33。 图 31 速度控制梯形图 图 32 控制方式参数 19 图 33 脉冲输出频率设定曲线 控制系统的程序运行 图 34 控制系统原理图 图 34是控制系统的原理接线图，图 4中 Y7输出的脉冲作为步进电机的时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，控制步进电机运转。 同时 Y7接至 PLC的输入接点 X0，并经 X0送至 PLC内部的 HSC。 HSC计数 Y7的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使 Y7的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较准确的位置控制。 实现这一控制的梯形图见图 35。 20 图 35 控制梯形图 控制系统的运行程序：第一句是将 DT9044和 DT9045清零，即为 HSC进行计数做准备。 第二句～第五句是建立参数表，参数存放在以 DT20为首地址的数据寄存器区。 最后一句是启动 SPD0指令，执行到这句则从 DT20开始取出设定的参数并完成相应的控制要求。 由第一句可知第一个参数是 K0，是 PULSE方式的特征值，由此规定了输出方式。 第二个参数是 K70，对应脉冲频率为 500Hz，于是 Y7发出频率为 500Hz的脉冲。 第三个参数是 K1000，即按此 频率发 1000个脉冲后则切换到下一个频率。 而下一个频率即最后一个参数是 K0，所以当执行到这一步时脉冲停止，于是电机停转。 故当运行此程序时即可使步进电机按照规定的速度、预定的转数驱动控制对象，使之达到预定位置后自动停止。 小结 利。