1、步进电机的控制
步进电机在不失步的正常运行时,其转角严格地与控制脉冲的个数成正比,转速与控制脉冲的频率成正比。可以方便地实现正反转控制及调整和定位。由于步进电机和负载的惯性,它们不能正确地跟踪指令脉冲的启动和停止运动,指令脉冲使步进电机可能发生丢步或失步甚至无法运行。因此,必须实现步进电机的自动升降速功能。为了实现速度的变化,输入的位移脉冲指令相应地要升频、稳频、和降频些脉冲序列,可以由脉冲源加专用逻辑电路来产生,也可以由微型计算机产生。对于脉冲源加逻辑电路构成的控制器来说,控制逻辑是固定的,即控制电路一经固定,其控制逻辑也就固定了。
如果要改变控制逻辑和控制方案,必须改变电路结构和元件数,而使用计算机控制,不必改动硬件电路,只要修改程序,就可以改变控制方案。且可以从多种控制方案中,选取一种最佳方案进行控制和调节。也可以用同一套系统对不同控制方案的多台步进电机同时控制。利用计算机控制的形式也很多,本文介绍PLC位控单元对步进电机的控制。
2、PLC系统组成及位控单元的工作原理
本研究所利用的PLC系统的组成包括如下七大模块:电源,CPU,位控单元,I/O单元,A/D,D/A单元,如图1所示。其中位控单元的主功能是当步进电机(或伺服电机)与电机驱动器联结时,输出脉冲序列控制电机的转速与转角。进给机构可以是2轴型,也可以是4轴型。本文采用的是前者,即滚珠丝杠的横向进给与纵向进给,如图2所示。具体地说,位控单元实现速度以及位置的控制方法有多种,如E点控制(单速度控制),如图3(a)所示;P点控制(多级速度控制);线性加/减速和S型加/减速,(a),(b)为线性加/减速,S型如。除此之外还有绝对位置控制和相对位置控制等。表1给出了E点控制不同模式的控制码(P点与其相同)。
图1 PLC系统组成结构图
表1 E点(P点)控制码
图2 2轴型位控单元工作原理图
图3 PLC位控单元自动升降速特性曲线
3、磨削加工PLC控制原理
如图4所示,PLC可以控制变频器、传感器、步进电机。总控制程序流程图如图5所示。其中两个步进电机是利用PLC的位控单元控制的。在进行精密磨削过程中,横向进给将是十分重要的,PLC的位控单元能较精确
[NextPage] 地控制步进电机的转角,从而使滚珠丝杠获得精确定位。由于PLC位控单元的控制方法有多种,对于磨削加工来讲,横向进给量不能大于215μm,通过实验的方法可以找出最佳方案。这里只通过一种控制方法来说明位控单元的具体应用。首先,设置原点,利用光栅尺粗对刀,测量出对刀位置距原点的距离。为防滚珠丝杠出现爬行现象,工作台从原点出发,经过一段距离以后开始自动加/减速。此时,只要给定起始速度,目标速度,加速/减速时间以及位置要求值,并设 定控制码即可实现上述功能,相关程序如图6所示。如果假设滚珠丝杠的螺距为d,步进电机的步距角为α°;进给速度为v(mm/s);行程为s(mm);则要求的脉冲频率(即程度中的目标速度)为f=360v/αd(Hz);总脉冲数(即程序中的位置要求值)为F=360s/da(个)
图4 PLC控制磨削加工结构原理图
图5 总控制程序流程图
图6 步进电机S型加/减速程序梯形图
4、结束语
PLC位控单元具有运行速度快、灵敏度高、精度高、编程简单等众多优点。因此,它对于在精密加工领域的研究开发与应用具有深远的现实意义。