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      短周期,高可靠的步進電機控制器設計

      發布時間:2014-11-02 責任編輯:sherryyu

      【導讀】控制器采用觸摸屏和plc來實現,縮短了開發周期,提高了運行的可靠性,尤其適合此類要求工程周期短,可靠性高,批量小的設備開發。本文就為大家詳細講解一種基于PLC的專用步進電機控制器設計。
       
      1、引言

      某進口設備大面積的嚴重損壞。經過修理,更換了一大批電子元件,才勉強恢復原有的技術指標。但其工作已不是很可靠。由于該設備已停產,并且沒有相關的代替設備。為配合生產需要,我們投入了對該設備的研制。原設備完全由晶體管電路構成,考慮到研制周期及可靠性等因素。我們決定采用plc(fx2n-32t)和觸摸屏(mt506s)控制技術重新進行設計。
       
      2 功能概述
        
      該設備實質上就是一臺專用的測控步進電機裝置的設備。步進電機裝置由步進電機及其相關電路組成。該設備功能包括:距離(工作步數)設定、啟動、位置顯示及清零,(自動、手動)連續或單次運行,(自動、手動)回原點,步進電機欠電流檢測報警,原點到位顯示等。
       
      3 裝置原理介紹
        
      3.1 系統工作原理
        
      系統工作原理如圖1所示。圖中觸摸屏作為人機界面,用來顯示并進行操作;plc作為控制器,接收觸摸屏的設定數據并進行邏輯處理,再控制步進電機。步進電機裝置是受控對象,不能進行修改。它包括多種電源形式:步進電機工作在-24v三相雙三拍直流矩形波的供電方式,還包括+12v、-12v、+5v等電壓和極性不同的信號。為了使多種信號的檢測和驅動、步進電機裝置相匹配,增加了信號的轉換電路。
      系統工作原理
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      3.2 轉換電路原理
        
      信號轉換電路的部分電路,如圖2,3所示。
        
      圖2中,當5v或0v信號到達電阻r1后,通過光電耦合器使plc輸入1信號接通,此時電機回原點運行的過程中開始計數,記錄運行步數。當+12v信號到達“±12v信號”后,首先點亮發光管d6,然后通過光電耦合器u1-3使plc輸入3接通,指示到達原點,電機停止運行;當-12v信號到達“±12v信號”后,通過光電耦合器u1-2使plc輸入2接通,超出設定極限。當-12v信號到達“-12v信號2”通過光電耦合器u1-3使plc輸入接通,指示到達原點,電機停止運行。
      轉換電路原理
      轉換電路原理
       
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      3.3 電流檢測原理
        
      在步進電機驅動器中,內置了電流檢測電路。電機發生斷電或欠電流運行時,發出報警信號,使系統停止運行。檢測原理是利用三相雙三拍步進電機的工作特性,在任意時刻均有兩相得電。只要檢測任意時刻流過公共地線的電流大于相應額定電流的2/3即可認為工作正常,如小于相應額定電流的2/3,則認為欠電流運行。電路原理和時序圖,如圖3,4所示。
        
      圖3中,r是電流檢測電阻,c用于消除競爭。在圖4中in表示三相雙三拍電機流過公共點電流檢測電阻的額定工作電流;in表示檢測電流的門限,in=2/3in;i表示電機的實際工作電流。alm表示欠電流報警。系統運行后,當i≥in時,alm報警,直到故障排除,系統復位后報警解除。圖4中的細實線表示alm未報警時的時序圖。
      電路原理和時序圖
      3.4 觸摸屏的軟件設計
       
        (1) 首頁:打開電源開關后,提示輸入登錄密碼。正確輸入密碼后,自動進入首頁。設備進入準備狀態。
       
        (2) 輸入窗口:輸入窗口主要用于設定并進行操作。包括鍵盤和主要操作控件,操作者可以直接對設備進行操作。
       
        (3)配方數據窗口:對于經常用到的操作數據,可以按照提供的格式存放到配方卡記憶體里面,當需要時把它調出來,而不需要臨時輸入數據,可以大大地提高操作效率。
        (4) 控制窗口:控制窗口主要用于對設備的基本功能的操作和顯示。包括一個隱藏的小鍵盤窗口,可以在需要設定數據時彈出。
       
        (5) 元件檢查窗口:用于對plc內部關鍵元件的監測,以便出錯時查找故障。
       
        (6)梯形圖檢查窗口:用于對plc梯形圖的實時監控(由于mt506s不具備直接顯示plc內部梯形圖的功能,故采用了單獨制作顯示plc各元件的方法組合成關鍵部分梯形圖)。
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      3.5 plc的軟件設計
        
      plc程序流程圖如圖5所示。
        
      系統初始化后,完成了距離設定,選擇運行方式后。再看系統是否有故障或是否到達原點。當完全準備妥后,分別執行自動或手動操作。在按設定距離執行自動往返運行的過程中,當中間執行斷開操作后,系統保持運行方向,運行到設定距離,保持顯示,然后停止運行;當執行復位操作后,系統首先運行顯示歸零(計數清零),然后停止運行。在執行手動運行中,當到達設定距離后,系統保持顯示,并停止運行;當運行中執行斷開操作,方向不變,到達設定距離后,系統保持顯示并停止運行;當執行復位操作,則運行顯示歸零(計數清零),然后停止運行。
      plc程序流程圖
      4 結束語
        
      控制器采用觸摸屏和plc來實現,縮短了開發周期,提高了運行的可靠性,尤其適合此類要求工程周期短,可靠性高,批量小的設備開發。另外,軟件的靈活性還有利于設備的改造和升級。
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