1 引言
隨著紡機(jī)裝備技術(shù)進(jìn)步，步進(jìn)與伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其功能多樣性和產(chǎn)品可靠性日臻完善，正在逐步取代原來(lái)的普通電機(jī)。而且隨著可編程控制器技術(shù)的日益成熟，將二者完整地結(jié)合起來(lái)，完成對(duì)各種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制，實(shí)行機(jī)電一體化，正在成為一種趨勢(shì)。步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比,
其速度與單位時(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)的各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的相序, 便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和方向。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能, 其啟動(dòng)、停車(chē)、反轉(zhuǎn)及其它任何運(yùn)行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成, 且可獲得較高的控制精度, 因而得到了廣泛的應(yīng)用。
2 步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器
在可編程控制器plc的應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)是常見(jiàn)的被控制對(duì)象。步進(jìn)電機(jī)是一種數(shù)字
控制元件，直接接收脈沖信號(hào)，它旋轉(zhuǎn)的角度和轉(zhuǎn)速分別與輸入的脈沖數(shù)和頻率成正比，因此只要控制輸入到其線(xiàn)圈繞組中的脈沖數(shù)和脈沖頻率就可控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)速，但是輸入的脈沖還需要經(jīng)過(guò)脈沖分配器分配給步進(jìn)電機(jī)的各個(gè)繞組。用plc控制步進(jìn)電機(jī)，脈沖分配器的設(shè)計(jì)是一個(gè)很重要和非常靈活的問(wèn)題，它可以用硬件組成，也可以用軟件組成，本文以松下fp0-c16t plc為例，討論幾種實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器的方法。
圖1 控制原理接線(xiàn)圖
用硬件實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器控制原理接線(xiàn)圖如圖1所示。由于脈沖分配器是由硬件實(shí)現(xiàn)，fp0-c16t只需提供一串脈沖，而fp0系列的plc具有脈沖輸出功能和高速計(jì)數(shù)器(hsc)功能，因此利用此功能進(jìn)行控制步進(jìn)電機(jī)非常方便。
圖2 控制梯形圖
fp0系列各型號(hào)的plc的輸出端y0或y1都具有脈沖輸出功能，其輸出脈沖的最大頻率為10khz。具體輸出脈沖頻率可以用軟件編程，y0或y1輸出的脈沖經(jīng)脈沖分配器把脈沖分配給步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，同時(shí)y0或y1接至pulse的輸入接點(diǎn)；當(dāng)達(dá)到頂定值時(shí)發(fā)生中斷，使y0或y1的脈沖頻率切換至下一參數(shù)。y2或y3是方向控制信號(hào)。vcc值為5v時(shí)，r短路；vcc值為12v時(shí)，r＝1kq(≥1/8w)；vcc值為24v時(shí)，r=2kq(≥1/8w)。圖2是實(shí)現(xiàn)這一控制的梯形圖。dt100～dt106是存放輸出脈沖頻率和個(gè)數(shù)的通用寄存器，梯形圖中所給參數(shù)是輸出脈沖初始頻率為500hz，最高頻率為5000hz，脈沖個(gè)數(shù)為10000。
3 軟件步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器設(shè)計(jì)
3.1 電原理設(shè)計(jì)
圖3 硬件接線(xiàn)圖
圖3是用軟件實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器plc與步進(jìn)電機(jī)的硬件接線(xiàn)圖。步進(jìn)電機(jī)以最常見(jiàn)的三相六拍通電方式工作。k0、k1、k2分別是正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止控制開(kāi)關(guān)，分別接在plc的輸入繼電器x0、xl和x2上;plc的輸出繼電器y0、y1和y2分別接步進(jìn)電機(jī)的三相繞組a、b、c。軟件實(shí)現(xiàn)脈沖分配的方法很多，這里討論三種實(shí)現(xiàn)方案。
3.2 軟件實(shí)現(xiàn)方案之一
圖4 軟件方案1梯形圖
梯形圖如圖4所示。步進(jìn)電機(jī)是以相六拍通電方式工作，即三相繞組的通電順序是：
正轉(zhuǎn)：a－ab－b－bc－c－ca 反轉(zhuǎn)：a－ac－c－cb－b－ba
該方案中，時(shí)鐘可以用plc中的定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器，也可以使用plc中的內(nèi)部0.01s、0.02s、0.1s、0.2s、1s、2s時(shí)鐘，它們分別由plc中的特殊內(nèi)部繼電器r9018、r9019、r901a、r901b、r901c、r901d產(chǎn)生，為了方便、在此使用plc中的特殊內(nèi)部繼電器r901a 0.1s脈沖繼電器作為控制時(shí)鐘。繼電器r0和r1分別在正反轉(zhuǎn)接通；16位移位寄存器(繼電器)wr1產(chǎn)生正反轉(zhuǎn)的六個(gè)節(jié)拍，用移位寄存器的各觸點(diǎn)r10～r15與r0、r1進(jìn)行組合,使輸出繼電器y0、y1、y2按上述正反轉(zhuǎn)的順序通電。
3.3 軟件實(shí)現(xiàn)方案之二
圖5 軟件方案2梯形圖
梯形圖如圖5所示。該方案中，開(kāi)關(guān)x0、x1作為正反轉(zhuǎn)啟動(dòng)控制，k2作為停止。時(shí)鐘仍然使用plc中的特殊內(nèi)部繼電器901a 0.1s脈沖繼電器作為控制時(shí)鐘。使用一個(gè)16位移位寄存器(繼電器)wr1，產(chǎn)生正反轉(zhuǎn)所需的六個(gè)節(jié)拍，用位移位寄存器(繼電器)的觸點(diǎn)r10-15和正反轉(zhuǎn)
控制繼電器r0-r1的觸點(diǎn)進(jìn)行組合，并利用plc中的高級(jí)數(shù)據(jù)傳輸指令．把所需的控制字(見(jiàn)附表)直接輸出到plc的輸出端，使輸出繼電器y0、y1、y2按上述正反轉(zhuǎn)的順序通電。
3.4 軟件實(shí)現(xiàn)方之三
圖6 軟件方案3梯形圖
梯形圖如圖6所示。控制開(kāi)關(guān)的作用和時(shí)鐘仍然如方案二所述。在該方案中，利用r9013運(yùn)行初期0n脈沖繼電器，開(kāi)機(jī)時(shí)把輸出控制字送到plc的通用數(shù)據(jù)寄存器dt0～dt7中,根據(jù)正反轉(zhuǎn)控制要求把plc中的檢索寄存器ix(置初值(正轉(zhuǎn)置0或反轉(zhuǎn)置5)作為輸出控制字的初始指針；利用[f0 mv ,ixdt0, wy0]指令，把所需的控制字直接輸出到plc的輸出端，之后修改ix的值，使輸出繼電器y0、y1、y2按上述正反轉(zhuǎn)的順序通電。r900b是比較相等標(biāo)志。
4 應(yīng)用案例
圖7 國(guó)產(chǎn)梳棉機(jī)電氣系統(tǒng)框圖
基于硬件實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)了一套
步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，成功用于國(guó)產(chǎn)梳棉機(jī)的電控系統(tǒng)的改造上。其電控系統(tǒng)原理框圖如圖7所示。該電氣控制系統(tǒng)通過(guò)plc控制步進(jìn)電機(jī)解決了國(guó)產(chǎn)梳棉機(jī)繼電器控制系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性不高，控制精度不夠，故障點(diǎn)多，布線(xiàn)繁雜等難點(diǎn)，可以按梳棉機(jī)的工藝要求方便地控制梳棉機(jī)，還可以根據(jù)所紡纖維種類(lèi)和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求確定梳棉機(jī)的電氣參數(shù)，包括錫林和道夫的啟動(dòng)時(shí)間以及它們的轉(zhuǎn)速等。另外，該系統(tǒng)具有性能可靠，控制精度高、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)，提高了梳棉機(jī)的機(jī)電一體化程度，完全能滿(mǎn)足用戶(hù)的使用要求。
5 結(jié)束語(yǔ)
利用可編程控制器可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的速度和位置進(jìn)行控制，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的動(dòng)作。基于plc控制步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)方案在國(guó)產(chǎn)梳理機(jī)上的應(yīng)用，提高了梳棉機(jī)的機(jī)電一體化水平，更為重要的是為提高棉紡全流程運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性奠定了基礎(chǔ)，保證了全流程連續(xù)、同步、平穩(wěn)運(yùn)行，使輸出毛條長(zhǎng)片段、起長(zhǎng)片段、甚至短片段的均勻度都能穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，從而保證了成紗質(zhì)量的穩(wěn)定性。基于plc控制步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)在國(guó)產(chǎn)梳理機(jī)上的成功證明，該機(jī)所采用的控制系統(tǒng)，完全可以應(yīng)用于其它國(guó)產(chǎn)傳統(tǒng)紡織設(shè)備的改造當(dāng)中，對(duì)國(guó)內(nèi)紡織廠進(jìn)行國(guó)產(chǎn)設(shè)備改造升級(jí)具有很好的參考價(jià)值。
