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plc控制步進(jìn)電機特點及技術(shù)應(yīng)用范圍

可編程控制器plc控制步進(jìn)電機的意義

    可編程控制器（簡稱PLC）以其通用性強、可靠性高、指令系統(tǒng)簡單、編程簡便易學(xué)、易于掌握、體積小、維修工作少、現(xiàn)場接口安裝方便等一系列優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動控制中。特別是在組合機床自動生產(chǎn)線的控制及CNC機床的S、T、M功能控制更顯示出其卓越的性能。PLC控制的步進(jìn)電機開環(huán)伺服機構(gòu)應(yīng)用于組合機床自動生產(chǎn)線上的數(shù)控滑臺控制，可省去該單元的數(shù)控系統(tǒng)使該單元的控制系統(tǒng)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(nèi)存。特別是大型自動線中可以使控制系統(tǒng)的成本顯著下降。

    一般組合機床自動線中的數(shù)控滑臺采用步進(jìn)電機驅(qū)動的開環(huán)伺服機構(gòu)。采用PLC控制的數(shù)控滑臺由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器、步進(jìn)電機驅(qū)動器、步進(jìn)電機和伺服傳動機構(gòu)等部分組成，伺服傳動機構(gòu)中的齒輪Z1、Z2應(yīng)該采取消隙措施，避免產(chǎn)生反向死區(qū)或使加工精度下降；而絲杠傳動副則應(yīng)該根據(jù)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(tǒng)剛度好、傳動精度高、使用壽命長的優(yōu)點，但成本較高且不能自鎖。    

步進(jìn)電機介紹

    步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

步進(jìn)電機的分類

(1)永磁式步進(jìn)電機

    永磁式步進(jìn)電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度。

(2)反應(yīng)式步進(jìn)電機

     反應(yīng)式步進(jìn)電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但聲和振動都很大。

(3)混合式步進(jìn)電機

    混合式步進(jìn)電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相。兩相步進(jìn)角一般分為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機的應(yīng)用最為廣泛。 

可編程控制器PLC的主要特點

(1) 可靠性高，抗干擾能力強。

    由于采用大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，并且在硬件的設(shè)計和制造的過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性。

(2) 編程簡單，使用方便。

    目前大多數(shù)PLC均采用梯形圖編程語言，沿用了繼電接觸控制的一些圖形符號，直觀清晰，易于掌握。

(3) 通用性好，具有在線修改能力。

    PLC硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以靈活地組態(tài)以適應(yīng)不同的控制對象，控制規(guī)模和控制功能的要求。且可通過修改軟件，來實現(xiàn)在線修改的能力，因此其功能易于擴展，具有廣泛的工業(yè)通用性。

(4) 縮短設(shè)計、施工、投產(chǎn)的周期，維護(hù)容量。

    目前PLC產(chǎn)品朝著系列化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，選用相應(yīng)的模塊進(jìn)行組合設(shè)計，同時用軟件編程代替了繼電控制的硬連線，大大減輕了接線工作，同時PLC還具有故障檢測和顯示功能，使故障處理時間縮短。 

(5) 體積小，易于實現(xiàn)機電一體化。 

    PLC體積小，重量輕，便十安裝。的結(jié)構(gòu)緊湊，它與被控制對象的硬件連接方式簡單、接線少，便于維護(hù)。 

PLC技術(shù)在步進(jìn)電機控制中的應(yīng)用

    隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍。繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。隨著電動機本身應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬以及各類整機的不斷小型化，要求與之配套的電動機也必須越來越小。對電動機進(jìn)行綜合設(shè)計。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器，減速齒輪等和電動機本體綜合設(shè)計在一起，這樣使其能方便地組成一個閉環(huán)系統(tǒng)，因而具有更加優(yōu)越的控制性。向五相和三相電動機方向發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動機，其振動和噪聲較大，而五相和三相電動機具有優(yōu)勢性。而就這兩種電動機而言，五相電動機的驅(qū)動電路比三相電動機復(fù)雜，因此三相電動機系統(tǒng)的性能價格比要比五相電動機更好一些。 

    目前利用可編程序控制器（即PLC技術(shù)）可以方便地實現(xiàn)對電機速度和位置的控制，方便地進(jìn)行各種步進(jìn)電機的操作，完成各種復(fù)雜的工作，它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動化革命，加速了機電一體化的實現(xiàn)。 

    用PLC對步進(jìn)電機也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，現(xiàn)對步進(jìn)電機的控制。 

    步進(jìn)電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當(dāng)對其施加一個電脈沖時，其輸出軸便轉(zhuǎn)過一個固定的角度。步進(jìn)電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與單位時間內(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、頻率及電機繞組通電的相序，便可控制步進(jìn)電機的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向。PLC直接控制步進(jìn)電機系統(tǒng)由PLC和步進(jìn)電機組成，PLC具有實時刷新技術(shù)，輸出信號的頻率可以達(dá)到數(shù)千赫茲或更高，使得脈沖分配能有很高的分配速度，充分利用步進(jìn)電機的速度響應(yīng)能力，提高整個系統(tǒng)的快速性。并且，PLC有采用大功率晶體管的輸出端口，能夠滿足步進(jìn)電機各相繞組數(shù)10V級脈沖電壓、1A級脈沖電流的驅(qū)動要求。

    隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。計算機通過軟件來控制步進(jìn)電機，更好地挖掘出電動機的潛力。因此，用計算機控制步進(jìn)電機已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時代趨勢。