步进电机PLC的直接控制
1、引言
步进电机是一种将脉冲信号变换成角位移的数字电磁执行装置。步进电机的角位移与输入脉冲个数成正比,其转速与脉冲频率成正比,其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。由于步进电机的转角、转速和转向均可采用数字量(脉冲)控制,故步进电机广泛应用于数字伺服领域。图1表示了步进电机的典型应用。
图1 步进电机的典型应用
图中,输入信号是由伺服系统中的传感器产生的。指令脉冲控制器决定于具体的伺服控制过程。可采用专用逻辑电路,目前多用单片微型计算机及接口电路组成。环形分配器是将输入的单一脉冲串按工作方式和转向分别依次向连接到步进电机各相绕组的功率放大器分配脉冲,以便形成旋转磁场。环形脉冲分配器多采用专用集成电路如CH250等构成。由此形成的各相的微弱信号经各相的功率放大器放大,产生足够的电磁转矩使电动机旋转。图中各部分的设计、选型、连接往往要求控制系统的设计者花费大量的精力和劳动。接口信号的匹配以及元器件的质量等对整个系统的可靠性影响很大。
2、一种用PLC直接控制步进电机的方法
本文提出一种用可编程序控制器(PLC)直接控制步进电机的方法,如图2所示。这条技术路线的优点是:大大减少系统设计的工作量,不存在各部分接口信号的匹配问题,提高系统的可靠性。整个控制系统由PLC和步进电机组成。作为一种工业控制计算机PLC的功能越来越强。不仅仅可用于开关逻辑控制,还可用于闭环过程控制,并可与其它计算机组成多级控制系统。有了PLC的强大功能的支持,各种不同控制系统的不同指令脉冲控制器的任务均可用PLC的不同控制程序来完成。对于环形脉冲分配器和功率放大器的功能则对PLC提出两个特性要求。一是在此应用的PLC最好是具有实时刷新技术的PLC,使输出信号的频率可以达到数千赫芝或更高。其目的是使环形脉冲分配能有较高的分配速度,充分利用步进电机的速度响应能力,提高整个系统的快速性。二是PLC本身的输出端口应该采用大功率晶体管,以满足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求。应该指出的是采用继电器或可控硅做输出端口的PLC,即使软件环形脉冲分配能达到高速要求,但由于输出端口器件难以高速导通和关断直流电源,不能向步进电机各相绕组提供驱动脉冲电流,故不能用于步进电机的PLC直接控制。对于满足一、二两个要求的PLC,如美国IPM公司的IP1612DC-220可编程序控制器,可以对步进电机进行直接控制。
图2 步进电机的PLC直接控制
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