步進電機的可編程控制器直接控制，可使組合機床自動生產線控制系統(tǒng)的成本顯著下降。文章介紹了用PLC控制步進電機驅動的數(shù)控滑臺方法，伺服控制、驅動及接口以及步進電機PLC控制的軟件邏輯。

1 概述

在組合機床自動線中，一般根據(jù)不同的加工精度要求設置三種滑臺(1)液壓滑臺，用于切削量大，加工精度要求較低的粗加工工序中;(2)機械滑臺，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)數(shù)控滑臺，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中?？删幊炭刂破?簡稱PLC)以其通用性強、可靠性高、指令系統(tǒng)簡單、編程簡便易學、易于掌握、體積小、維修工作少、現(xiàn)場接口安裝方便等一系列優(yōu)點，被廣泛應用于工業(yè)自動控制中。特別是在組合機床自動生產線的控制及CNC機床的S、T、M功能控制更顯示出其卓越的性能。PLC控制的步進電機開環(huán)伺服機構應用于組合機床自動生產線上的數(shù)控滑臺控制，可省去該單元的數(shù)控系統(tǒng)使該單元的控制系統(tǒng)成本降低70~90%，甚至只占用自動線控制單元PLC的3~5個I/O接口及<1KB的內存。特別是大型自動線中可以使控制系統(tǒng)的成本顯著下降。

2 PLC控制的數(shù)控滑臺結構

一般組合機床自動線中的數(shù)控滑臺采用步進電機驅動的開環(huán)伺服機構。采用PLC控制的數(shù)控滑臺由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器、步進電機驅動器、步進電機和伺服傳動機構等部分組成。

伺服傳動機構中的齒輪Z1、Z2應該采取消隙措施，避免產生反向死區(qū)或使加工精度下降;而絲杠傳動副則應該根據(jù)該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。采用滾珠絲杠副，具有傳動效率高、系統(tǒng)剛度好、傳動精度高、使用壽命長的優(yōu)點，但成本較高且不能自鎖。

3 數(shù)控滑臺的PLC控制方法

一般液壓滑臺和機械滑臺的行程控制是利用位置或壓力傳感器(行程開關/死擋鐵)來實現(xiàn);而數(shù)控滑臺的行程則采用數(shù)字控制來實現(xiàn)。由數(shù)控滑臺的結構可知，滑臺的行程正比于步進電機的總轉角，因此只要控制步進電機的總轉角即可。由步進電機的工作原理和特性可知步進電機的總轉角正比于所輸入的控制脈沖個數(shù);因此可以根據(jù)伺服機構的位移量確定PLC輸出的脈沖個數(shù)：

隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個行業(yè)的控制領域都將有廣泛應用。

PLC作為一種工業(yè)控制計算機，具有模塊化結構、配置靈活、高速的處理速度、精確的數(shù)據(jù)處理能力，PLC對步進電機也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，即可實現(xiàn)對步進電機的控制。

對于那些在運行過程中移動距離和速度均確定的具體設備，工程師認為采用PLC通過步進電機驅動器來控制步進電機的運轉是一種理想的技術方案。

步進電機的特點：

(1)步進電機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比，電機運轉一周后沒有累積誤差，具有良好的跟隨性。

(2)由步進電機與驅動器電路組成的開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非常可靠。同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)。

(3)步進電機的動態(tài)響應快，易于啟停、正反轉及變速。

(4)速度可在相當寬的范圍內平滑調節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉矩。

(5)步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流電源。

步進電機能響應而不失步的最高步進頻率稱為啟動頻率;與此類似，停止頻率是指系統(tǒng)控制信號突然關斷，步進電機不沖過目標位置的最高步進頻率。而電機的啟動頻率、停止頻率和輸出轉矩都要和負載的轉動慣量相適應。有了這些數(shù)據(jù)，就能有效地對步進電機進行變速控制。

采用PLC控制步進電機，應根據(jù)下式計算系統(tǒng)的脈沖當量、脈沖頻率上限和最大脈沖數(shù)量，進而選擇PLC及其相應的功能模塊。根據(jù)脈沖頻率可以確定PLC高速脈沖輸出時需要的頻率，根據(jù)脈沖數(shù)量可以確定PLC的位寬。脈沖當量=(步進電機步距角螺距)/(360傳動速比);脈沖頻率上限=(移動速度步進電機細分數(shù))/脈沖當量;最大脈沖數(shù)量=(移動距離步進電機細分數(shù))/脈沖當量。

PLC對步進電機的控制首先要確立坐標系，可以設為相對坐標系，也可以設為絕對坐標系，坐標系的設置在相應的寄存器中。采用PLC通過步進驅動器來控制步進電機的運轉，從而達到了PLC在步進電動控制中應用更加廣泛。例如，在對單雙軸運動的控制過程中，在控制面板上設定移動距離、速度和方向等參數(shù)。PLC讀入這些設定值后，通過運算產生脈沖、方向信號，控制步進電動機驅動，達到對距離、速度、方向控制的目的。并通過實測證明系統(tǒng)運行結果具有可靠性、可行性、有效性。

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