基于PLC的步进电机控制系统设计

[摘 要]文章根据传统步进电机控制中的不足和缺点,将PLC直接控制技术运用于步进电机的控制。该系统解决了传统控制技术中的各部分硬件的设计、选型、接口匹配往往要花费设计者一很大的精力和劳动,接口信号的匹配以及各器件的质量等对整个系统的可靠性影响很大等缺点。根据PLC控制步进电机的控制特点及其原理,把软件控制和硬件电路互相结合起来,形成整体的控制,有效的克服了它们的缺点而发挥了它们的优势。本文详细阐述了该系统中PLC(西门子)直接控制步进电机的实现方法、系统的各部件的组成、各部件的连接情况。

[关键词]可编程控制器 步进电机 自动控制

[中图分类号]TP[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0020-02

引言

步进电动机是将控制脉冲信号变换成角位移或直线位移的一种特殊电动机,因其控制灵活、性能好、运行可靠、误差不会长期累积,适用于数字加工设备、自动生产线、自动控制仪表、计算机及办公自动化设备甚至家用电器中。为了实现步进电机的简易运动控制,一般采用PLC控制驱动器驱动步进电机,实现步进电机的速度和位置定位控制。

1 系统要求

此实验控制系统由常州市巨力精密电机公司生产的PM25S-024-11型永磁式步进电机、西门子S7-200系列CPU226CN型PLC、控制按钮、开关等组成。系统要求:正转/反转开关可以控制步进电机的正反转;分别选定速度档位N1、N2和N3,将启动/停止开关置为“启动”时,电机以不同速度运行;选定S档,进入手动单步方式,将启动/停止开关置为“启动”时,每按一下单步按钮,电机进一步。

2 系统硬件

本系统采用软件驱动,大量工作由软件完成。硬件电路较为简单。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当PLC发送一个脉冲信号到驱动器,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行。可以通过控制PLC发送脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制PLC发送脉冲的频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到有效控制的目的,此系统采用开环控制。本实验控制系统步进电机的控制方式采用四相单四拍的控制方式,每步旋转15o,每周走24步。

西门子CPU226型PLC具有下列特点:集成的24V电源,可直接连接到传感器和变送器执行器,输出400 mA可用作负载电源;具有2个RS-485通信口,支持PPI、MPI通信协议,有自由口通信能力;具有24个输入点和16个输出点,主机的输入点为24V直流双向光耦合输入电路,输出有继电器和直流(MOS型)两种类型。本控制系统采用大功晶体管输出形式的PLC,它的优点是可靠性高、执行速度快、寿命长,适合在直流供电,输出量变化快的场合使用。因此选用此种PLC可以满足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压及脉冲电流的驱动要求。

3 系统软件

该系统的核心是PLC程序部分,程序的编写主要围绕步进电机的控制要求进行展开的,在进行控制系统软件的设计时,主要按照下面几步进行:

(1)根据资源占用情况画出I/O分配表,如下表1所示

(2)根据I/O分配情况来进行PLC控制电路实际接线的设计,连接输入元件的24V电源可用PLC对外供的24V直流电源,也可由外部供给。驱动PLC负载的电源必须由用户提供,根据选取的步进电机,负载电源为+12V。此处省略步进电机的I/O接线图。

(3)进行梯形图设计

要使电机在速度3档,速度2档,速度1档运行,只要把不同的数值用数据传送指令装入VW0既可,之后VW0中的数据作为定时器的当前值PT,用四个定时器T37,T38,T39和T40做一个定时器的循环;要使电机手动单步运行,仿照计数器C1加上C2、C3、C4、C5既可;仿照Q1.0设计出Q1.1、Q1.2、Q1.3的梯形图。

图1给出了控制系统部分梯形图

4 结语

如果采用四相双四拍的控制方式,可以使步进电机运行的更平稳。硬件接线都不变,只要把梯形图做一下改变就可以了。PLC控制步进电机简化了控制系统的结构,提高了生产效率。控制系统硬件之间的连线简洁,降低了故障发生率。实验证明该系统实用、可靠、性能优良。

[参考文献]

[1] 田淑珍.可编程控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[3] 胡幸鸣.电机及拖动基础[M].北京:机械工业出版社,2008.

[4] 王铁成.特种电机与控制[M].北京:机械工业出版社,2009.

[作者简介]

田若秋(1973年8月)、女、大学本科、讲师、研究方向:工业电气自动化;单位名称:辽宁地质工程职业学院。

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