摘要：本文介紹了一種新型步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器充分利用了單片機(jī)軟件控制靈活和PLC 的ΔC門控制方便的主要特點(diǎn),將傳統(tǒng)的PLC 步進(jìn)電機(jī)控制模塊與驅(qū)動(dòng)電源合二為一,是一種新型的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī) 可編程序控制器（PLC） 控制驅(qū)動(dòng)器
傳統(tǒng)上,在用PLC 控制步進(jìn)電機(jī)時(shí),通常在PLC中附加一塊專用的步進(jìn)電機(jī)控制智能模塊,再與驅(qū)動(dòng)電源相連接實(shí)現(xiàn)控制功能。在市場上,一片PLC的價(jià)格在2000 元左右,而一塊控制智能模塊也值2000 元,再加上驅(qū)動(dòng)電源在1500 到2500 元左右,在一些小型控制中顯得成本過高。本文介紹的一種控制驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品,采用單片機(jī)內(nèi)置式控制軟件,接收PLC 的OC 門信息,將步進(jìn)電機(jī)控制模塊與驅(qū)動(dòng)電源合二為一,省去了步進(jìn)電機(jī)控制智能模塊,使成本大為降低。該驅(qū)動(dòng)器適用于各種二相、小于3A 的步進(jìn)電機(jī)。
一、系統(tǒng)硬件
本系統(tǒng)采用軟件環(huán)分驅(qū)動(dòng),大量工作由軟件完成。硬件電路十分簡單。同PLC 配合閉環(huán)控制步進(jìn)電機(jī),是該驅(qū)動(dòng)器的一種典型應(yīng)用。
二、系統(tǒng)工作原理
眾所周知,普通的PLC 可編程控制器,輸入為OC 門或繼電器,很少有高速脈沖輸出口,但一般有脈沖計(jì)數(shù)輸入接口。我們利用這一特征點(diǎn),通過以下配置可方便的完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)的過程或位置控制。
在機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝過程控制使用的長光柵,并在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一端設(shè)定限位開關(guān)為機(jī)械原點(diǎn)（可用光電、霍爾元件） ,遠(yuǎn)離限位開關(guān)為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的正方向。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)通電后,首先向機(jī)械原點(diǎn)運(yùn)行,當(dāng)碰到限位開關(guān)時(shí), PLC 內(nèi)部的計(jì)數(shù)器自動(dòng)清零。如我們要進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的過程控制,通過光柵與步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的機(jī)械部件相連,確定步進(jìn)電機(jī)與
光柵的脈沖當(dāng)量值之后,即可在PLC 可編程控制器上編程實(shí)現(xiàn)高速高效的過程控制了。例如:步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量為01001mm ,與之配合的光柵反饋脈沖也選配輸出每個(gè)脈沖為01001mm ,這樣步進(jìn)電機(jī)每走一步,光柵反饋一次信號到PLC 內(nèi),計(jì)數(shù)器則加（或減） 一。
由于該步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器有7 種速度可選,在不同的運(yùn)動(dòng)情況下選不同的速度,當(dāng)運(yùn)行到確定的位置后,停止步進(jìn)電機(jī)即可。同時(shí),控制驅(qū)動(dòng)器內(nèi)還自帶升降頻控制、整步/ 細(xì)分切換等功能,所以PLC 的控制使用十分方便。
三、系統(tǒng)軟件
該系統(tǒng)的核心是單片機(jī)軟件部分。
軟件由以下幾個(gè)主要模塊組成
初始化模塊:清理程序中所需的標(biāo)志位,判斷是否需要啟動(dòng)電機(jī)并復(fù)位電機(jī)。
輸入模塊:CPU 接收來自INT1 到INT4 的電平信號。
升降頻模塊:此模塊包括升降頻數(shù)據(jù)表和查詢數(shù)據(jù)表并給計(jì)數(shù)器T0 賦值兩個(gè)子模塊。它保證在兩種頻率之間切換時(shí)平穩(wěn)圓滑過渡且不失步。程序在升降頻過程中,涉及到“最優(yōu)化升降頻曲線”這條曲線的方程由電機(jī)參數(shù)決定。詳細(xì)說明查閱其他資料。在處理這條曲線時(shí),由時(shí)間t 每遞增△t 所對應(yīng)的頻率f 構(gòu)成一張表,并對應(yīng)
生成一頁MCS - 51 匯編語言數(shù)據(jù)表（計(jì)時(shí)器T0 的初值） ,以查詢數(shù)據(jù)表的方式來擬合這條曲線,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化升降頻過程。
整步/ 細(xì)分切換模塊:程序確定將七種常用頻率以細(xì)分形式驅(qū)動(dòng)電機(jī),以滿足電機(jī)處以不同工作狀態(tài)時(shí)的不同需要;并將最高頻率設(shè)置成以整步驅(qū)動(dòng)電機(jī),使電機(jī)能高速空走。本模塊負(fù)責(zé)完成從整步到細(xì)分、從細(xì)分到整步的切換。
輸出模塊:此模塊包括脈沖環(huán)分和環(huán)分脈沖輸出（T0 中斷完成） 兩個(gè)子模塊。本系統(tǒng)按二相二十拍編寫程序。改變此模塊可以廣泛適用于二相各拍步進(jìn)電機(jī)。
四、總結(jié)
同傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器相比,該控制驅(qū)動(dòng)器以軟件代替硬件步進(jìn)電機(jī)控制器和硬件脈沖環(huán)分電路,結(jié)構(gòu)簡單,成本節(jié)約。采用閉環(huán)控制,根據(jù)位置傳感器的不同種類和精度,可廣泛適用于坐標(biāo)測量儀、比長儀等各種不同精度的精密儀器和機(jī)床設(shè)備。
參考文獻(xiàn)
1 張培仁,劉振安1MCS 單片機(jī)應(yīng)用大全,科海培訓(xùn)中心
2 孫育才1MCS - 51 系列單片機(jī)原理及其應(yīng)用1 南京工學(xué)院出版社
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