PLC控制步进电机在机床自动线中的应用

可编程操控器（简称PLC）www.ydexe.com以其通用性强、可靠性高、指令系统简略、编程简便易学、易于把握、体积小、修理作业少、现场接口装置便利等一系列长处，被广泛使用于工业主动操控中。

1 概 述

在组合机床主动线中，一般依据不同的加工精度要求设置三种滑台

（1）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；

（2）机械滑台，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；

（3）数控滑台，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。

可编程操控器（简称PLC）以其通用性强、可靠性高、指令系统简略、编程简便易学、易于把握、体积小、修理作业少、现场接口装置便利等一系列长处，被广泛使用于工业主动操控中。特别是在组合机床主动生产线的操控及CNC机床的S、T、M功用操控更显示出其卓越的功能。PLC操控的步进电机开环伺服组织使用于组合机床主动生产线上的数控滑台操控，可省去该单元的数控系统使该单元的操控系统本钱下降70~90%，甚至只占用主动线操控单元PLC的3~5个I/O接口及<1KB的内存。特别是大型主动线中能够使操控系统的本钱明显下降。

2 PLC操控的数控滑台结构

一般组合机床主动线中的数控滑台选用步进电机驱动的开环伺服组织。选用PLC操控的数控滑台由可编程操控器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动组织等部分组成。

伺服传动组织中的齿轮Z1、Z2应该采撤销隙措施，避免发生反向死区或使加工精度下降；而丝杠传动副则应该依据该单元的加工精度要求，确认是否选用滚珠丝杠副。选用滚珠丝杠副，具有传动效率高、系统刚度好、传动精度高、运用寿命长的长处，但本钱较高且不能自锁。

3 数控滑台的PLC操控办法

数控滑台的操控因素主要有三个：

3.1 行程操控

一般液压滑台和机械滑台的行程操控是使用位置或压力传感器（行程开关/死挡铁）来完成；而数控滑台的行程则选用数字操控来完成。由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的总转角，因而只要操控步进电机的总转角即可。由步进电机的作业原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的操控脉冲个数；因而能够依据伺服组织的位移量确认PLC输出的脉冲个数：

n= DL/d （1）

式中 DL——伺服组织的位移量（mm）

d ——伺服组织的脉冲当量（mm/脉冲）

3.2 进给速度操控

伺服组织的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率;因而能够依据该工序要求的进给速度,确认其PLC输出的脉冲频率:

f=Vf/60d (Hz) (2)

式中 Vf——伺服组织的进给速度(mm/min)

3.3 进给方向操控

进给方向操控即步进电机的转向操控。步进电机的转向能够经过改动步进电机各绕组的通电次序来改动其转向;如三相步进电机通电次序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转;当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…次序通电时步进电机反转。因而能够经过PLC输出的方向操控信号改动硬件环行分配器的输出次序来完成，或经编程改动输出脉冲的次序来改动步进电机绕组的通电次序完成。

4 PLC的软件操控逻辑

由滑台的PLC操控办法可知，应使步进电机的输入脉冲总数和脉冲频率受到相应的操控。因而在操控软件上设置一个脉冲总数和脉冲频率可控的脉冲信号发生器；关于频率较低的操控脉冲，能够使用PLC中的定时器构成，如图2所示。脉冲频率能够经过定时器的定时常数操控脉冲周期，脉冲总数操控则能够设置一脉冲计数器C10。当脉冲数达到设定值时，计数器C10动作堵截脉冲发生器回路，使其中止作业。伺服组织的步进电机无脉冲输入时便中止工作，伺服执行组织定位。当伺服执行组织的位移速度要求较高时，能够用PLC中的高速脉冲发生器。不同的PLC其高速脉冲的频率可达4000~6000Hz。关于主动线上的一般伺服组织，其速度能够得到充沛满意。

5 伺服操控、驱动及接口

5.1 步进电机操控系统的组成

步进电机的操控系统由可编程操控器、环行脉冲分配器和步进电机功率驱动器组成，操控系统中PLC用来发生操控脉冲；经过PLC编程输出一定数量的方波脉冲，操控步进电机的转角进而操控伺服组织的进给量；一起经过编程操控脉冲频率——既伺服组织的进给速度；环行脉冲分配器将可编程操控器输出的操控脉冲按步进电机的通电次序分配到相应的绕组。PLC操控的步进电机能够选用软件环行分配器，也能够选用如图1所示的硬件环行分配器。选用软环占用的PLC资源较多，特别是步进电机绕组相数M>4时，关于大型生产线应该予以充沛考虑。选用硬件环行分配器，尽管硬件结构略微杂乱些，但能够节省占用PLC的I/O口点数，目前市场有多种专用芯片能够选用。步进电机功率驱动器将PLC输出的操控脉冲扩大到几十~上百伏特、几安~十几安的驱动才能。一般PLC的输出接口具有一定的驱动才能，而通常的晶体管直流输出接口的负载才能仅为十几~几十伏特、几十~几百毫安。但关于功率步进电机则要求几十~上百伏特、几安~十几安的驱动才能，因而应该选用驱动器对输出脉冲进行扩大。

5.2 可编程操控器的接口

如伺服组织选用硬件环行分配器，则占用PLC的I/O口点数少于5点，一般仅为3点。其中I口占用一点，作为发动操控信号；O口占用2点，一点作为PLC的脉冲输出接口，接至伺服系统硬环的时钟脉冲输入端，另一点作为步进电机转向操控信号，接至硬环的相序分配操控端，如图3所示；伺服系统选用软件环行分配器时.

6 使用实例与结论

将PLC操控的开环伺服组织用于某大型生产线的数控滑台，每个滑台仅占用4个I/O接口，节省了CNC操控系统，其脉冲当量为0.01~0.05mm,进给速度为Vf=3~15m/min,完全满意工艺要求和加工精度要求。

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