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短周期,高可靠的步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2014-11-02 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】控制器采用觸摸屏和plc來(lái)實(shí)現(xiàn),縮短了開(kāi)發(fā)周期,提高了運(yùn)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(shè)備開(kāi)發(fā)。本文就為大家詳細(xì)講解一種基于PLC的專用步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì)。
 
1、引言

某進(jìn)口設(shè)備大面積的嚴(yán)重?fù)p壞。經(jīng)過(guò)修理,更換了一大批電子元件,才勉強(qiáng)恢復(fù)原有的技術(shù)指標(biāo)。但其工作已不是很可靠。由于該設(shè)備已停產(chǎn),并且沒(méi)有相關(guān)的代替設(shè)備。為配合生產(chǎn)需要,我們投入了對(duì)該設(shè)備的研制。原設(shè)備完全由晶體管電路構(gòu)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(shù)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。
 
2 功能概述
  
該設(shè)備實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)專用的測(cè)控步進(jìn)電機(jī)裝置的設(shè)備。步進(jìn)電機(jī)裝置由步進(jìn)電機(jī)及其相關(guān)電路組成。該設(shè)備功能包括:距離(工作步數(shù))設(shè)定、啟動(dòng)、位置顯示及清零,(自動(dòng)、手動(dòng))連續(xù)或單次運(yùn)行,(自動(dòng)、手動(dòng))回原點(diǎn),步進(jìn)電機(jī)欠電流檢測(cè)報(bào)警,原點(diǎn)到位顯示等。
 
3 裝置原理介紹
  
3.1 系統(tǒng)工作原理
  
系統(tǒng)工作原理如圖1所示。圖中觸摸屏作為人機(jī)界面,用來(lái)顯示并進(jìn)行操作;plc作為控制器,接收觸摸屏的設(shè)定數(shù)據(jù)并進(jìn)行邏輯處理,再控制步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)裝置是受控對(duì)象,不能進(jìn)行修改。它包括多種電源形式:步進(jìn)電機(jī)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(hào)。為了使多種信號(hào)的檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)裝置相匹配,增加了信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路。
系統(tǒng)工作原理
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3.2 轉(zhuǎn)換電路原理
  
信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的部分電路,如圖2,3所示。
  
圖2中,當(dāng)5v或0v信號(hào)到達(dá)電阻r1后,通過(guò)光電耦合器使plc輸入1信號(hào)接通,此時(shí)電機(jī)回原點(diǎn)運(yùn)行的過(guò)程中開(kāi)始計(jì)數(shù),記錄運(yùn)行步數(shù)。當(dāng)+12v信號(hào)到達(dá)“±12v信號(hào)”后,首先點(diǎn)亮發(fā)光管d6,然后通過(guò)光電耦合器u1-3使plc輸入3接通,指示到達(dá)原點(diǎn),電機(jī)停止運(yùn)行;當(dāng)-12v信號(hào)到達(dá)“±12v信號(hào)”后,通過(guò)光電耦合器u1-2使plc輸入2接通,超出設(shè)定極限。當(dāng)-12v信號(hào)到達(dá)“-12v信號(hào)2”通過(guò)光電耦合器u1-3使plc輸入接通,指示到達(dá)原點(diǎn),電機(jī)停止運(yùn)行。
轉(zhuǎn)換電路原理
轉(zhuǎn)換電路原理
 
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3.3 電流檢測(cè)原理
  
在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中,內(nèi)置了電流檢測(cè)電路。電機(jī)發(fā)生斷電或欠電流運(yùn)行時(shí),發(fā)出報(bào)警信號(hào),使系統(tǒng)停止運(yùn)行。檢測(cè)原理是利用三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)的工作特性,在任意時(shí)刻均有兩相得電。只要檢測(cè)任意時(shí)刻流過(guò)公共地線的電流大于相應(yīng)額定電流的2/3即可認(rèn)為工作正常,如小于相應(yīng)額定電流的2/3,則認(rèn)為欠電流運(yùn)行。電路原理和時(shí)序圖,如圖3,4所示。
  
圖3中,r是電流檢測(cè)電阻,c用于消除競(jìng)爭(zhēng)。在圖4中in表示三相雙三拍電機(jī)流過(guò)公共點(diǎn)電流檢測(cè)電阻的額定工作電流;in表示檢測(cè)電流的門(mén)限,in=2/3in;i表示電機(jī)的實(shí)際工作電流。alm表示欠電流報(bào)警。系統(tǒng)運(yùn)行后,當(dāng)i≥in時(shí),alm報(bào)警,直到故障排除,系統(tǒng)復(fù)位后報(bào)警解除。圖4中的細(xì)實(shí)線表示alm未報(bào)警時(shí)的時(shí)序圖。
電路原理和時(shí)序圖
3.4 觸摸屏的軟件設(shè)計(jì)
 
  (1) 首頁(yè):打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)后,提示輸入登錄密碼。正確輸入密碼后,自動(dòng)進(jìn)入首頁(yè)。設(shè)備進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。
 
  (2) 輸入窗口:輸入窗口主要用于設(shè)定并進(jìn)行操作。包括鍵盤(pán)和主要操作控件,操作者可以直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。
 
 ?。?)配方數(shù)據(jù)窗口:對(duì)于經(jīng)常用到的操作數(shù)據(jù),可以按照提供的格式存放到配方卡記憶體里面,當(dāng)需要時(shí)把它調(diào)出來(lái),而不需要臨時(shí)輸入數(shù)據(jù),可以大大地提高操作效率。
 ?。?) 控制窗口:控制窗口主要用于對(duì)設(shè)備的基本功能的操作和顯示。包括一個(gè)隱藏的小鍵盤(pán)窗口,可以在需要設(shè)定數(shù)據(jù)時(shí)彈出。
 
 ?。?) 元件檢查窗口:用于對(duì)plc內(nèi)部關(guān)鍵元件的監(jiān)測(cè),以便出錯(cuò)時(shí)查找故障。
 
 ?。?)梯形圖檢查窗口:用于對(duì)plc梯形圖的實(shí)時(shí)監(jiān)控(由于mt506s不具備直接顯示plc內(nèi)部梯形圖的功能,故采用了單獨(dú)制作顯示plc各元件的方法組合成關(guān)鍵部分梯形圖)。
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3.5 plc的軟件設(shè)計(jì)
  
plc程序流程圖如圖5所示。
  
系統(tǒng)初始化后,完成了距離設(shè)定,選擇運(yùn)行方式后。再看系統(tǒng)是否有故障或是否到達(dá)原點(diǎn)。當(dāng)完全準(zhǔn)備妥后,分別執(zhí)行自動(dòng)或手動(dòng)操作。在按設(shè)定距離執(zhí)行自動(dòng)往返運(yùn)行的過(guò)程中,當(dāng)中間執(zhí)行斷開(kāi)操作后,系統(tǒng)保持運(yùn)行方向,運(yùn)行到設(shè)定距離,保持顯示,然后停止運(yùn)行;當(dāng)執(zhí)行復(fù)位操作后,系統(tǒng)首先運(yùn)行顯示歸零(計(jì)數(shù)清零),然后停止運(yùn)行。在執(zhí)行手動(dòng)運(yùn)行中,當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定距離后,系統(tǒng)保持顯示,并停止運(yùn)行;當(dāng)運(yùn)行中執(zhí)行斷開(kāi)操作,方向不變,到達(dá)設(shè)定距離后,系統(tǒng)保持顯示并停止運(yùn)行;當(dāng)執(zhí)行復(fù)位操作,則運(yùn)行顯示歸零(計(jì)數(shù)清零),然后停止運(yùn)行。
plc程序流程圖
4 結(jié)束語(yǔ)
  
控制器采用觸摸屏和plc來(lái)實(shí)現(xiàn),縮短了開(kāi)發(fā)周期,提高了運(yùn)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(shè)備開(kāi)發(fā)。另外,軟件的靈活性還有利于設(shè)備的改造和升級(jí)。
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