基于PLC的步進電機在送經裝置中的應用

用可編程控制器（PLC）產生各種步進脈沖驅動步進電機去達到各種控制、測試目的己屢見不鮮了。步進電機由于具有轉子慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點，成了工控的主要執行元件之一，尤其是在精確定位場合中得到了廣泛的應用。但近年來，人們更關注的卻是它的變頻特性。由于事物變化的不均勻性，定頻技術越來越顯示出它的局限性，而變頻技術卻能很好地適應各種隨機變化的系統。PLC對步進電機的控制PLC是廣泛應用于工業自動化領域的控制器，它的功能越來越強，性能越來越先進。

　　為了配合步進電機的控制，許多PLC都內置了脈沖輸出功能，并設置了相應的控制指令，可以很好地對步進電機進行控制，圖1是松下FP0-C16T晶體管輸出型PLC的輸出電路結構。圖1PLC輸出電路圖FP0-C16T型PLC有兩個脈沖輸出端Y0和Y1端，隨著控制方式的不同，有三種脈沖輸出形式。(1)這兩個脈沖輸出端可以用來作為兩個不帶加減速的單相脈沖輸出端，主要使用PLS和SPD1指令進行控制，顛率范圍為0Hz_10KHz，可以連續輸出，也可以脈沖中形式輸出，可以同時單獨輸出。(2)可以作為兩相可變占空比的連續脈沖輸出端，主要使用PWM指令控制，占空比設置范圍為0%_100%。頻率設置范圍0.1Hz_999.9Hz。(3)可以作為帶梯形加減速的兩相脈沖輸出，主要使用PULS和SPD1指令控制，頻率變化范圍0Hz_10KHz，加減速率10Hz／10ms_10KHz／10ms，可以連續輸出，也可以脈沖串形式輸出，這里又分為兩種控制方式，一種是脈沖+方向控制(Y0、Y1輸出脈沖，Y2、Y3輸出方向)，一種是正反向脈沖輸出(Y0輸出CW脈沖，Y1輸出CCW脈沖)。

　　如果使用Y0、Y2分別進行脈沖、方向控制，控制系統如圖2所示。如果使用Y0作為脈沖輸出，可以通過如圖3所示的方法實現兩相脈沖輸出。圖2脈沖、方向輸出圖圖3雙脈沖輸出圖PLC控制步進電機在送經裝置上的應用采用PLC控制的步進電機的變頻特性運用在紡織機的送經裝置中很好地解決了經紗內部張力不均勻的問題，使產品的質量產生了質的飛躍。(1)經紗張力信號檢測本裝置是通過檢測后梁的擺動是否超出范圍來檢測經紗張力的波動是否滿足要求，不滿足要求時就控制送經裝置予以調整。如圖4，當經紗2的張力發生波動時，活動后梁4帶動張力感應桿5繞點O擺動。當檢測片6進入接近開關7的有效作用區時，接近開關7就發出一高電平信號。

　　以PLC為核心的控制器根據這一信號和主軸位置信號，啟動步進電機13，驅動織軸送出經紗。接近開關7’是極限張力檢測開關。當經紗張力過大或過小時，檢測片6將遮擋接近開關7’，7’輸出的高電平信號到控制器后，控制器就會關掉織機，以便進行人工處理。主軸位置的檢測是為了控制送經運動的允許時間，以避開打緯，保證緯紗能被打緊。主軸位置的檢測同樣采用的是接近開關非接觸式檢測。圖4送經裝置結構圖(2)織軸驅動系統織軸驅動系統由步進電機驅動器、步進電機、蝸輪減速器和織軸四部份組成。它的作用原理是：控制系統送來的信號經驅動放大處理后，驅動步進電機轉動，然后經過減速器減速，再傳動織軸，放出經紗。對于織機送經機構，其負載特點是：當步進電機正轉送出經紗時，經紗張力不是負載阻力，而是驅動力。因此步進電機只需輸出較小力矩，克服蝸桿蝸輪自鎖性，織軸即可回轉經。

　　此時步進電機轉速可能較高(由緯密定)；當步進電機反轉張緊經紗時，經紗張力是負載阻力，步進電機需輸出較大的驅動轉矩，而此時步進電機轉速要求較低，步進電機的輸出矩頻特性(如圖5虛線所示)正好與其相適應。因此、步進電機非常適合于這類伺服機構低轉速大轉矩、高轉速小轉矩和高精度的要求，是織機送經機構理想的驅動元件。圖5織機送經裝置負載轉矩圖送經裝置采用的是2相56系列步進電機DM5676A。它的技術指標如下：步距角：1.8_；相電流：2.0A；保持轉矩：1.35Nm；靜轉矩：0.07Nm；轉動慣量：4.6*10-5Kgm2。反應式步進電機具有結構簡單，經久耐用，力矩－慣性比高、步進頻率高、響應快、步距角小等優點，是目前國內外應用最多的一種步進電機。由于步進電機調速方便、調速范圍寬，所以步進電機送經裝置不用變換齒輪也能滿足緯密2_120根/cm。

　　電子送經裝置則不能做到這一點，在此緯密范圍內至少需要三檔變換齒輪。步進電機送經裝置的技術指標如下：結語實驗效果表明，本文研制的步進電機送經裝置性能良好，工作可靠。配上多種功能的人機界面后可以實現織軸收放經紗的可視化操作，改變緯密的鍵盤輸入，防止開車橫擋，出現異常情況時自動關車報警等功能。參考文獻[1]姚海彬電工技術(電工學I)[M]．北京：高等教育出版社，1999230—231.[2]池洪陳明等一種步進電機送經裝置的介紹[J]中國紡織大學學報第21卷第4期(1995)[3]松下電工株式會社松下FP0編程手冊[Z]北京:松下電工株式會社自動控制部，2000.7.[4]步進機電有限公司MPC02運動控制卡操作手冊（2.0）[Z]。成都：步進機電有限公司。