步进式伺服系统的可编程序控制设计

步进式伺服系统的可编程序控制设计摘要:用可编程序控制器对步进伺服系统进行控制，是一种简单、可靠、方便适用的控制方法。文章介绍了系统电路的设计原理以及运行于FX系列机型上的应用软件的设计方法。关键词:步进电动机；伺服系统；可编程序控制器1前言步进电动机是将脉冲信号转换成角位移（或线位移）的一种机电式数模转换器。其转子的转角（或位移）与输入的电脉冲数成正比,它的速度与脉冲频率成正比，而运动方向是由步进电动机的通电顺序所决定。采用步进电动机的伺服系统为开环伺服系统。其组成如图1所示。步进电动机开环伺服系统由于其结构简单，使用维护方便，可靠性高,制造成本低等一系列优点，在中小型机床和速度、精度要求不十分高的场合，得到了广泛的应用，并适合用于发展简单功能的经济型数控机床和对现有的普通机床进行数控化技术改造。「工作西:指今晾冲W■电机下」—一一驱动电路功率步造机罔I步迎顷用研，系统采用可编程序控制器对步进电动机进行控制，用编程软件取代传统的环形分配器,可以大大提高系统的灵活性。控制系统的结构设计步进电动机有三相的，还有四相、五相和六相的等。选择步进电动机时，首先必须保证电动机的输出功率。而在选用功率步进电动机时，应先计算机械系统的负载转矩，使电动机的矩频特性能有一定余量以保证运行可靠。即在实际工作中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线（如图2所示）的范围内。再者应使步矩角和机械系统匹配这样可以得到机床使用时所要求的脉冲当量。在选用功率步进电动机时，应当估计机械系统的负载惯量和机床所要求的启动频率,使之与步进电动机的惯频特性相匹配还要有一定余量,并使最高连续工作频率能满足机床工作台快速移动的需要。

脉冲分配器选用FX系列的可编程序控制器，由编程软件控制脉冲周期，并按一定的顺序导通和截止功率放大器，使相应的绕组通电或断电，其外部接线如图3所示。软件设计三相步进电动机的控制通电方式有三相三拍、三相六拍，此处采用三相六拍的控制方式。考虑到实际控制需要速度调节，设计了慢速1、慢速2和快速三种速度控制，并设计了正反转变换。再考虑到维修调试的需要设置了点动单步控制和10步、100步控制及暂停在当前步的控制。其梯形图程序如图4所示。图4梯形图

图4图4梯心图程序运行过程4.1 正转转速控制接通快速开关S1,在接通启动开关S0。脉冲控制器产生周期为0.01S的控制脉冲,使移位寄存器移位，产生六拍时序脉冲，通过三相六拍分配器使三个输出继电器Y000、丫001、Y002按照单双六拍的通电方式接通，驱动功率放大器。再由功率放大器驱动电动机步进。其接通顺序为:顺序为:断开输入开关S1、S0,接通慢速开关S2（或S3）,再接通启动开关S0。脉冲控制器产生周期为0.1S（或1.0S）的控制脉冲，电动机慢速步进。4.2 反转转速控制反转控制是必须首先接通正反转控制开关S4，然后按正转控制操作过程进行操作，可实现反转运行的快速、慢速1、慢速2的三种速度的运行。此时三个输出继电器的接通顺序为：►YCC1►YOOLYOOO►YOOO►YOO0.YDO21 W0EYW1—皿 4.3 步数控制先接通步数控制开关S7（10步）或S6（100步）,再接通转速控制开关S1（S2或S3），然后接通启动开关S0，启动脉冲控制器，六拍时序脉冲及三相六拍环形分配器开始工作，计数器开始计数。当走完预定步数，计数器动作，其动断触点断开移位寄存器的移位输入端，六拍时序脉冲、三相六拍环形分配器及正反转驱动停止工作，步进电动机停转。4.4 暂停控制当电动机在正常步进时，若合上暂停开关S8，则电动机停在当前步，断开S8时,则电动机从所停时的步开始继续步进。5结束语本文的电路和控制程序经在FX系列机型上调试通过，运行正常。但实际控制中，一般要求正反转控制和速度变换应能自动进行，这只要根据工艺要求将程序稍作修改，便可实现。值得注意的是，步进电动机快速运转时，其脉冲频率较高。这时若用继电器方式输出模块，其响应速度太慢，控制会失