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西門子6ES73550VH100AE0西門子6ES73550VH100AE0用PLC實現步進電機的直接控制 步進電機的可編程控制器直接控制，可使組合機床自動生產線控制系統的成本顯著下降。文章介紹了用PLC控制步進電機驅動的數控滑臺方法，伺服控制、驅動及接口以及步進電機PLC控制的軟件邏輯。 1 概述 在組合機床自動線中，一般根據不同的加工精度要求設置三種滑臺（1）液壓滑臺，用于切削量大，加工精度要求較低的粗加工工序中；（2）機械滑臺，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）數控滑臺，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。可編程控制器（簡稱PLC）以其通用性強、可靠性高、指令系統簡單、編程簡便易學、易于掌握、體積小、維修工作少、現場接口安裝方便等一系列優點，被廣泛應用于工業自動控制中。特別是在組合機床自動生產線的控制及CNC機床的S、T、M功能控制更顯示出其的性能。PLC控制的步進電機開環伺服機構應用于組合機床自動生產線上的數控滑臺控制，可省去該單元的數控系統使該單元的控制系統成本降低70~90%，甚至只占用自動線控制單元PLC的3~5個I/O接口及<1KB的內存。特別是大型自動線中可以使控制系統的成本顯著下降。 2 PLC控制的數控滑臺結構 一般組合機床自動線中的數控滑臺采用步進電機驅動的開環伺服機構。采用PLC控制的數控滑臺由可編程控制器、環行脈沖分配器、步進電機驅動器、步進電機和伺服傳動機構等部分組成，見圖1。 圖1 伺服傳動機構中的齒輪Z1、Z2應該采取消隙措施，避免產生反向死區或使加工精度下降；而絲杠傳動副則應該根據該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。采用滾珠絲杠副，具有傳動效率高、系統剛度好、傳動精度高、使用壽命長的優點，但成本較高且不能自鎖。 3 數控滑臺的PLC控制方法 數控滑臺的控制因素主要有三個： 3.1 行程控制 一般液壓滑臺和機械滑臺的行程控制是利用位置或壓力傳感器（行程開關/死擋鐵）來實現；而數控滑臺的行程則采用數字控制來實現。由數控滑臺的結構可知，滑臺的行程正比于步進電機的總轉角，因此只要控制步進電機的總轉角即可。由步進電機的工作原理和特性可知步進電機的總轉角正比于所輸入的控制脈沖個數；因此可以根據伺服機構的位移量確定PLC輸出的脈沖個數： n= DL/d （1） 式中 DL——伺服機構的位移量（mm），d ——伺服機構的脈沖當量（mm/脈沖） 3.2 進給速度控制 伺服機構的進給速度取決于步進電機的轉速，而步進電機的轉速取決于輸入的脈沖頻率;因此可以根據該工序要求的進給速度,確定其PLC輸出的脈沖頻率: f=Vf/60d (Hz) （2） 式中 Vf——伺服機構的進給速度(mm/min) 3.3 進給方向控制 進給方向控制即步進電機的轉向控制。步進電機的轉向可以通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉向;如三相步進電機通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A…時步進電機正轉;當繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時步進電機反轉。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號改變硬件環行分配器的輸出順序來實現，或經編程改變輸出脈沖的順序來改變步進電機繞組的通電順序實現。 4 PLC的軟件控制邏輯 由滑臺的PLC控制方法可知，應使步進電機的輸入脈沖總數和脈沖頻率受到相應的控制。因此在控制軟件上設置一個脈沖總數和脈沖頻率可控的脈沖信號發生器；對于頻率較低的控制脈沖，可以利用PLC中的定時器構成，如圖2所示。脈沖頻率可以通過定時器的定時常數控制脈沖周期，脈沖總數控制則可以設置一脈沖計數器C10。當脈沖數達到設定值時，計數器C10動作切斷脈沖發生器回路，使其停止工作。伺服機構的步進電機無脈沖輸入時便停止運轉，伺服執行機構定位。當伺服執行機構的位移速度要求較高時，可以用PLC中的高速脈沖發生器。不同的PLC其高速脈沖的頻率可達4000~6000Hz。對于自動線上的一般伺服機構，其速度可以得到充分滿足。 圖2 5 伺服控制、驅動及接口 5.1 步進電機控制系統的組成 步進電機的控制系統由可編程控制器、環行脈沖分配器和步進電機功率驅動器組成，其結構見圖1。 控制系統中PLC用來產生控制脈沖；通過PLC編程輸出一定數量的方波脈沖，控制步進電機的轉角進而控制伺服機構的進給量；同時通過編程控制脈沖頻率——既伺服機構的進給速度；環行脈沖分配器將可編程控制器輸出的控制脈沖按步進電機的通電順序分配到相應的繞組。PLC控制的步進電機可以采用軟件環行分配器，也可以采用如圖1所示的硬件環行分配器。采用軟環占用的PLC資源較多，特別是步進電機繞組相數M>4時，對于大型生產線應該予以充分考慮。采用硬件環行分配器，雖然硬件結構稍微復雜些，但可以節省占用PLC的I/O口點數，目前市場有多種芯片可以選用。步進電機功率驅動器將PLC輸出的控制脈沖放大到幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅動能力。一般PLC的輸出接口具有一定的驅動能力，而通常的晶體管直流輸出接口的負載能力僅為十幾~幾十伏特、幾十~幾百毫安。但對于功率步進電機則要求幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅動能力，因此應該采用驅動器對輸出脈沖進行放大。 5.2 可編程控制器的接口 如伺服機構采用硬件環行分配器，則占用PLC的I/O口點數少于5點，一般僅為3點。其中I口占用一點，作為啟動控制信號；O口占用2點，一點作為PLC的脈沖輸出接口，接至伺服系統硬環的時鐘脈沖輸入端，另一點作為步進電機轉向控制信號，接至硬環的相序分配控制端，如圖3所示；伺服系統采用軟件環行分配器時，其接口如圖4。 6 應用實例與結論 將PLC控制的開環伺服機構用于某大型生產線的數控滑臺，每個滑臺僅占用4個I/O接口，節省了CNC控制系統，其脈沖當量為0.01~0.05mm,進給速度為Vf=3~15m/min,*工藝要求和加工精度要求。 PLC如何成為工業控制三大支柱之一 自1969年針對工業自動控制的特點和需要而開發的*臺PLC問世以來，迄今已近30多年了 ，它的發展雖然包含了前期控制技術的繼承和演變，但又比同于順序控制器和通用的微機控制裝置。它不僅充分利用微機處理器的優點來滿足各種工業領域的實時控制要求，同時也照顧到現場電氣操作維護人員的技能和習慣，摒棄了微機常用的計算機編程語言的表達形式，*風格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎地形象編程語言和模塊化地軟件結構，使用程序地編制清晰直觀、方便易學，調試和查錯都很容易。用戶買到所需PLC后，只需按說明書或提示，座少量地安裝接線和用戶程序地編制工作，就可以靈活而方便地將PLC應用于生產實踐。而且用戶程序的編制、修改和調試不需要具有專門的計算機編程語言知識。這樣就破除了“電腦”的神秘感，推動了計算機技術的普遍運用。可編程控制器PLC在現代工業自動化控制中是zui值得重視的*控制技術。 PLC現已成為工業控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性高、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯網功能、以易與計算機接口、能對模擬量進行控制，具備高速計數與位控等性能模塊等優異性能，日益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、計數繼電器等組成的傳統繼電—接觸控制系統，在機械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業得到廣泛應用。PLC應用深度和廣度已經成為一個國家工業*的重要標志之一。 功能： 1、邏輯控制 2、定時控制 3、計數控制 4、步進(順序)控制 5、PID控制 6、數據控制：PLC具有數據處理能力。 7、通信和聯網 8、其它：PLC還有許多特殊功能模塊， 適用于各種特殊控制的要求,如：定位控制模塊，CRT模塊。 隨著微電子技術的發展，20世紀70年代中期出現了微處理器和微型計算機，人們將微機技術應用到PLC中，更多的發揮計算機的功能，不僅用程序邏輯取代硬件連線，還增加了運算、數據傳送和處理等功能，使其真正成為一種電子計算機工業控制設備，國外工業界在1980年正式命名其為可編程序控制器（Programmable Controller），簡稱PC，但是由于它和個人計算機（Personal Computer）的簡稱容易混淆，所以現在仍把可編程序控制器簡稱為PLC。 進入20世紀80年代以后，隨著大規模和超大規模集成電路等微電子技術的迅猛發展，以16位和32位微處理器構成的微機化PLC得到了驚人的發展，使PLC在概念、設計、性能價格比以及應用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強，體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且模擬量I/O和PID控制、遠程I/O和通信網絡、數據處理以及圖像顯示也有了長足發展，所有這些已經使PLC應用于連續生產的過程控制系統，使之成為今天自動化技術支柱之一。