基于PLC 对步进电机的控制

苗 华 榆林职业技术学院 陕西榆林 719000

谢 金 西安市工商行政管理局 陕西西安 710500

【文章摘要】

本次设计安装1 个步进电机，每一个电机的每一个动作对应一次具体的脉冲分配过程和一段具体的控制程序；本论文通过对电机的选择与控制，来确定于运行距离、脉冲个数，脉冲分配过程

【关键词】

步进电机；机械臂；脉冲

0 引言

选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax 大的电机，负载力矩大。同时，也要使步距角和机械系统匹配。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成（此次设计没有使用细分驱动器）。

1 负载重量计算和电机的选择

传动部件选用滚珠丝杠；机械臂1 的大臂内径为0.1m，臂厚为0.005m，长度为0.5m，则有公式得重量约为65N ； 小臂直径取d=0.03m，则有公式得小臂重量约28N。

由以上已知条件可以得出机械臂负载重量主要包括机械臂1 的重量（包括大臂65N 和小臂28N）和滚珠丝杠部分的重量约15N，固总重为108N。

(1) 根据公式：

（1） 式中：

—导轨摩擦折算至电机的转矩（Nm）

—摩擦系数0.1（查有润滑的钢轨的摩擦系数得）

—传递效率取0.8

—传动速比为1

W—机械臂1 负载重量为108N。

S—螺距为0.005m

由公式（4.1）得：

(2) 根据计算得到的转矩的值选择三相混合式步进电机

2 计算电机所需的脉冲数和脉冲数的分配

假定电机沿着y 轴正方向（前进方向）运行0.5m，达到控制要求的距离，则电机所需的脉冲数为

图1 为电机的运行曲线图，电机从A 点（频率为2kHz）开始加速运行，加速阶段的脉冲数为2000 个；到B 点（频率为10kHz）后变为恒速运行，恒速阶段的脉冲数为26000 个； 到C 点（频率仍为10kHz）后开始减速，减速阶段的脉冲数为2000 个；到D 点（频率为2kHz）后电机停止运行。表示从A 点到D

点的运行过程结束。

3 电机的控制

(1) 选择由Q0.0 输出，三段管线（AB、BC、CD）段PTO 的输出形式。

(2) 确定周期值的时基单位，因为在BC 段输出的频率最大，为10 kHz，对应的周期值为100 ，因此选择时基单位为，向控制字节SMB67 写入控制字16#A0。

(3) 确定初始周期值、周期增量值。初始周期值的确定比较容易，只要将每段管线初始频率换算成时间即可，AB 段为500 ，BC 段为100 ，CD 段为100 ；还有周期增量值的确定可以通过计算来得到，计算公式为：

（3）

式中：

—该段脉冲结束的周期时间；

—该段脉冲开始的周期时间；

N—该段的脉冲数。

(4) 建立包络表

设包络表的首地址为VB100，

(5) 设置中断事件，编写中断服务子程序

当三段管线PTO 输出完成时，对应的中断事件号是19，用中断结束指令将中断事件号19 与中断服务子程序INT0 连接起来，编写中断服务子程序；并设置全局开中断ENI

(6) 执行PLS 指令

系统主程序的梯形图（如图2 所示），

4 结论

本论文选用较为实用、可行的设计方案（即动力源采用三相异步电机和步进电机）进行了基于PLC 控制系统的研究，采用了梯形图语言编程对电机的位置控制。

【参考文献】

[1]Vadell J E.Stepping Motor Driving b y C o n t r o l - e n e r g y D i s c h a r g e . I E E E T r a n s o n I n d u s t r i a l Electronics,1999,46(1):52-60.

[2] 孙兵, 赵斌.PLC 在物料搬运机械手控制中的应用. 可编程控制器与工厂化,2004(11):122-124.

[3] 赵永瑞, 李刚. 三相混合式步进电机系统. 机电一体化,2006,6(3):50-51.

[4] 廖高华. 高性能步进电机控制系统的研制:( 硕士学位论文). 西安: 西安科技大学,2004.

[5] 徐煜明. 步进电机速度控制的研究与实现. 工矿自动化,2007(2):82-85.

图1 电机的运行曲线图

图2 步进电机控制的主程序梯图016