1 引言

隨著紡機裝備技術(shù)進(jìn)步，步進(jìn)與伺服電機運動控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，其功能多樣性和產(chǎn)品可靠性日臻完善，正在逐步取代原來的普通電機。而且隨著可編程控制器技術(shù)的日益成熟，將二者完整地結(jié)合起來，完成對各種復(fù)雜運動的自動控制，實行機電一體化，正在成為一種趨勢。步進(jìn)電機是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比,

其速度與單位時間內(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、速度和方向。步進(jìn)電機具有較好的控制性能, 其啟動、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成, 且可獲得較高的控制精度, 因而得到了廣泛的應(yīng)用。

2 步進(jìn)電機脈沖分配器

在可編程控制器plc的應(yīng)用中，步進(jìn)電機是常見的被控制對象。步進(jìn)電機是一種數(shù)字控制元件，直接接收脈沖信號，它旋轉(zhuǎn)的角度和轉(zhuǎn)速分別與輸入的脈沖數(shù)和頻率成正比，因此只要控制輸入到其線圈繞組中的脈沖數(shù)和脈沖頻率就可控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)速，但是輸入的脈沖還需要經(jīng)過脈沖分配器分配給步進(jìn)電機的各個繞組。用plc控制步進(jìn)電機，脈沖分配器的設(shè)計是一個很重要和非常靈活的問題，它可以用硬件組成，也可以用軟件組成，本文以松下fp0-c16t plc為例，討論幾種實現(xiàn)步進(jìn)電機脈沖分配器的方法。

圖1 控制原理接線圖

用硬件實現(xiàn)步進(jìn)電機脈沖分配器控制原理接線圖如圖1所示。由于脈沖分配器是由硬件實現(xiàn)，fp0-c16t只需提供一串脈沖，而fp0系列的plc具有脈沖輸出功能和高速計數(shù)器(hsc)功能，因此利用此功能進(jìn)行控制步進(jìn)電機非常方便。

圖2 控制梯形圖

fp0系列各型號的plc的輸出端y0或y1都具有脈沖輸出功能，其輸出脈沖的最大頻率為10khz。具體輸出脈沖頻率可以用軟件編程，y0或y1輸出的脈沖經(jīng)脈沖分配器把脈沖分配給步進(jìn)電機的各相繞組，同時y0或y1接至pulse的輸入接點；當(dāng)達(dá)到頂定值時發(fā)生中斷，使y0或y1的脈沖頻率切換至下一參數(shù)。y2或y3是方向控制信號。vcc值為5v時，r短路；vcc值為12v時，r＝1kq(≥1/8w)；vcc值為24v時，r=2kq(≥1/8w)。圖2是實現(xiàn)這一控制的梯形圖。dt100～dt106是存放輸出脈沖頻率和個數(shù)的通用寄存器，梯形圖中所給參數(shù)是輸出脈沖初始頻率為500hz，最高頻率為5000hz，脈沖個數(shù)為10000。

3 軟件步進(jìn)電機脈沖分配器設(shè)計

3.1 電原理設(shè)計

圖3 硬件接線圖

圖3是用軟件實現(xiàn)步進(jìn)電機脈沖分配器plc與步進(jìn)電機的硬件接線圖。步進(jìn)電機以最常見的三相六拍通電方式工作。k0、k1、k2分別是正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止控制開關(guān)，分別接在plc的輸入繼電器x0、xl和x2上;plc的輸出繼電器y0、y1和y2分別接步進(jìn)電機的三相繞組a、b、c。軟件實現(xiàn)脈沖分配的方法很多，這里討論三種實現(xiàn)方案。

3.2 軟件實現(xiàn)方案之一

圖4 軟件方案1梯形圖

梯形圖如圖4所示。步進(jìn)電機是以相六拍通電方式工作，即三相繞組的通電順序是：

正轉(zhuǎn)：a－ab－b－bc－c－ca 反轉(zhuǎn)：a－ac－c－cb－b－ba

該方案中，時鐘可以用plc中的定時器設(shè)計一個時鐘發(fā)生器，也可以使用plc中的內(nèi)部0.01s、0.02s、0.1s、0.2s、1s、2s時鐘，它們分別由plc中的特殊內(nèi)部繼電器r9018、r9019、r901a、r901b、r901c、r901d產(chǎn)生，為了方便、在此使用plc中的特殊內(nèi)部繼電器r901a 0.1s脈沖繼電器作為控制時鐘。繼電器r0和r1分別在正反轉(zhuǎn)接通；16位移位寄存器(繼電器)wr1產(chǎn)生正反轉(zhuǎn)的六個節(jié)拍，用移位寄存器的各觸點r10～r15與r0、r1進(jìn)行組合,使輸出繼電器y0、y1、y2按上述正反轉(zhuǎn)的順序通電。

3.3 軟件實現(xiàn)方案之二

圖5 軟件方案2梯形圖

梯形圖如圖5所示。該方案中，開關(guān)x0、x1作為正反轉(zhuǎn)啟動控制，k2作為停止。時鐘仍然使用plc中的特殊內(nèi)部繼電器901a 0.1s脈沖繼電器作為控制時鐘。使用一個16位移位寄存器(繼電器)wr1，產(chǎn)生正反轉(zhuǎn)所需的六個節(jié)拍，用位移位寄存器(繼電器)的觸點r10-15和正反轉(zhuǎn)控制繼電器r0-r1的觸點進(jìn)行組合，并利用plc中的高級數(shù)據(jù)傳輸指令．把所需的控制字(見附表)直接輸出到plc的輸出端，使輸出繼電器y0、y1、y2按上述正反轉(zhuǎn)的順序通電。

3.4 軟件實現(xiàn)方之三

圖6 軟件方案3梯形圖

梯形圖如圖6所示。控制開關(guān)的作用和時鐘仍然如方案二所述。在該方案中，利用r9013運行初期0n脈沖繼電器，開機時把輸出控制字送到plc的通用數(shù)據(jù)寄存器dt0～dt7中,根據(jù)正反轉(zhuǎn)控制要求把plc中的檢索寄存器ix(置初值(正轉(zhuǎn)置0或反轉(zhuǎn)置5)作為輸出控制字的初始指針；利用[f0 mv ,ixdt0, wy0]指令，把所需的控制字直接輸出到plc的輸出端，之后修改ix的值，使輸出繼電器y0、y1、y2按上述正反轉(zhuǎn)的順序通電。r900b是比較相等標(biāo)志。

4 應(yīng)用案例

圖7 國產(chǎn)梳棉機電氣系統(tǒng)框圖

基于硬件實現(xiàn)方案設(shè)計了一套步進(jìn)電機控制系統(tǒng)，成功用于國產(chǎn)梳棉機的電控系統(tǒng)的改造上。其電控系統(tǒng)原理框圖如圖7所示。該電氣控制系統(tǒng)通過plc控制步進(jìn)電機解決了國產(chǎn)梳棉機繼電器控制系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性不高，控制精度不夠，故障點多，布線繁雜等難點，可以按梳棉機的工藝要求方便地控制梳棉機，還可以根據(jù)所紡纖維種類和對產(chǎn)品質(zhì)量要求確定梳棉機的電氣參數(shù)，包括錫林和道夫的啟動時間以及它們的轉(zhuǎn)速等。另外，該系統(tǒng)具有性能可靠，控制精度高、操作簡單、運行平穩(wěn)、無噪音等優(yōu)點，提高了梳棉機的機電一體化程度，完全能滿足用戶的使用要求。

5 結(jié)束語

利用可編程控制器可方便地實現(xiàn)對電機的速度和位置進(jìn)行控制，能夠可靠地實現(xiàn)步進(jìn)電機的操作，完成各種復(fù)雜的動作。基于plc控制步進(jìn)電機的控制系統(tǒng)方案在國產(chǎn)梳理機上的應(yīng)用，提高了梳棉機的機電一體化水平，更為重要的是為提高棉紡全流程運行的穩(wěn)定性、可靠性奠定了基礎(chǔ)，保證了全流程連續(xù)、同步、平穩(wěn)運行，使輸出毛條長片段、起長片段、甚至短片段的均勻度都能穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，從而保證了成紗質(zhì)量的穩(wěn)定性。基于plc控制步進(jìn)電機的控制系統(tǒng)在國產(chǎn)梳理機上的成功證明，該機所采用的控制系統(tǒng)，完全可以應(yīng)用于其它國產(chǎn)傳統(tǒng)紡織設(shè)備的改造當(dāng)中，對國內(nèi)紡織廠進(jìn)行國產(chǎn)設(shè)備改造升級具有很好的參考價值。