由于可編程控制器（PLC）是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種工業(yè)控制計算機伶葵，具有抗干擾能力強、可靠性極高、體積小梧宫、是實現(xiàn)機電一體化的理想控制裝置等顯著優(yōu)點，因此通過實踐與深入研究摆碉，本文提出了利用PLC控制步進電機實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)點位控制功能的有關見解與方法塘匣，介紹了控制系統(tǒng)研制中需要認識與解決的若干問題，給出了控制系統(tǒng)方案及軟硬件結構的設計思路，對于工礦企業(yè)實現(xiàn)相關機床改造具有較高的應用與參考價值忌卤。

　　一扫夜、 引言

　　數(shù)控技術是綜合應用了電子技術、計算技術驰徊、自動控制與自動檢測等現(xiàn)代科學技術成就而發(fā)展起來的笤闯，目前在許多領域尤其是在機械加工行業(yè)中的應用日益廣泛。

　　數(shù)控系統(tǒng)按其控制方式劃分有點位控制系統(tǒng)棍厂、直線控制系統(tǒng)颗味、連續(xù)控制系統(tǒng)。在機械加工時牺弹，數(shù)控系統(tǒng)的點位控制一般用在孔加工機床上（例如鉆孔鹃改、鉸孔、鏜孔的數(shù)控機床）砸新，其特點是定合，機床移動部件能實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確移動，即準確控制移動部件的終點位置叛榆，但并不考慮其運動軌跡喂惜，在移動過程中刀具不切削工件。

　　實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)點位控制的通常方法可以有兩種：一是采用全功能的數(shù)控裝置码遥，這種裝置功能十分完善服半，但其價格卻很昂貴，而且許多功能對點位控制來說是多余的班粥；二是采用單板機或單片機控制滤灸，這種方法除了要進行軟件開發(fā)外，還要設計硬件電路溜勃、接口電路翁旁、驅動電路，特別是要考慮工業(yè)現(xiàn)場中的抗干擾問題廉丽。

　　由于可編程控制器（PLC）是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種工業(yè)控制計算機倦微，具有抗干擾能力強、可靠性極高正压、體積小欣福、是實現(xiàn)機電一體化的理想控制裝置等顯著優(yōu)點，因此通過實踐與深入研究焦履，本文提出了利用PLC控制步進電機實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)點位控制功能的有關見解與方法拓劝，介紹了控制系統(tǒng)研制中需要認識與解決的若干問題，給出了控制系統(tǒng)方案及軟硬件結構的設計思路嘉裤，對于工礦企業(yè)實現(xiàn)相關機床改造具有較高的應用與參考價值郑临。

　　二栖博、控制系統(tǒng)研制中需要認識與解決的若干問題

　　1. 防止步進電機運行時出現(xiàn)失步和誤差

　　步進電機是一種性能良好的數(shù)字化執(zhí)行元件，在數(shù)控系統(tǒng)的點位控制中厢洞，可利用步進電機作為驅動電機仇让。在開環(huán)控制中，步進電機由一定頻率的脈沖控制犀变。由PLC直接產(chǎn)生脈沖來控制步進電機可以有效地簡化系統(tǒng)的硬件電路妹孙，進一步提高可靠性秋柄。由于PLC是以循環(huán)掃描方式工作考叽，其掃描周期一般在幾毫秒至幾十毫秒之間，因此受到PLC工作方式的限制以及掃描周期的影響主渤，步進電機不能在高頻下工作连碎。例如，若控制步進電機的脈沖頻率為4000HZ瘪叉，則脈沖周期為0.25毫秒弧哥，這樣脈沖周期的數(shù)量級就比掃描周期小很多，如采用此頻率來控制步進電機药扒。則PLC在還未完成輸出刷新任務時就已經(jīng)發(fā)出許多個控制脈沖榆眷，但步進電機仍一動不動，出現(xiàn)了嚴重的失步現(xiàn)象隙殴。若控制步進電機的脈沖頻率為100HZ屡旺，則脈沖周期為10毫秒，與PLC的掃描周期約處于同一數(shù)量級，步進電機運行時亦可能會產(chǎn)生較大的誤差。因此用PLC驅動步進電機時约巷，為防止步進電機運行時出現(xiàn)失步與誤差蚊来，步進電機應在低頻下運行，脈沖信號頻率選為十至幾十赫茲左右蹂孽，這可以利用程序設計加以實現(xiàn)。

　　2. 保證定位精度與提高定位速度之間的矛盾

　　步進電機的轉速與其控制脈沖的頻率成正比，當步進電機在極低頻下運行時古今，其轉速必然很低。而為了保證系統(tǒng)的定位精度滔以，脈沖當量即步進電機轉一個步距角時刀具或工作臺移動的距離又不能太大沧卢，這兩個因素合在一起帶來了一個突出問題：定位時間太長。例如若步進電機的工作頻率為20HZ醉者，即50ms走一步但狭，取脈沖當量為δ＝0.01mm/步，則1秒鐘刀具或工作臺移動的距離為20x0.01＝0.2mm撬即，1分鐘移動的距離為60x0.2＝12mm立磁，如果定位距離為120mm呈队，則定位時間需要10分鐘，如此慢的定位速度在實際運行中是難以忍受的唱歧。

　　為了保證定位精度宪摧，脈沖當量不能太大，但卻影響了定位速度烙凝。因此如何既能提高定位速度连欲，同時又能保證定位精度是一項需要認真考慮并切實加以解決的問題。

　　3. 可變控制參數(shù)的在線修改

　　PLC應用于點位控制時宠录，用戶顯然希望當現(xiàn)場條件發(fā)生變化時椅损，系統(tǒng)的某些控制參數(shù)能作相應的修改，例如步進電機步數(shù)的改變祸麸，速度的調整等吉挎。為滿足生產(chǎn)的連續(xù)性，要求對控制系統(tǒng)可變參數(shù)的修改應在線進行椭斜。盡管使用編程器可以方便快速地改變原設定參數(shù)氨固，但編程器一般不能交現(xiàn)場操作人員使用；雖然利用PLC的輸入按鍵并配合軟件設計也能實現(xiàn)控制參數(shù)的在線修改揣煤，但由于PLC沒有提供數(shù)碼顯示單元解瀑，因此需要為此單獨設計數(shù)碼輸入顯示電路，這又將極大地占用PLC的輸入點凉适，導致硬件成本增加蛛蒙，而且操作不便，數(shù)據(jù)輸入速度慢恨锚。所以宇驾，應考慮開發(fā)其他簡便有效的方法實現(xiàn)PLC的可變控制參數(shù)的在線修改。

　　4. 其他問題

　　為了實現(xiàn)點位控制過程中數(shù)字變化的顯示及故障輸出代碼的顯示等要求猴伶，另外還得單獨設計PLC的數(shù)碼輸出顯示電路课舍。由于目前PLC I/O點的價格仍較高，因此應著重考慮選用能壓縮顯示輸出點的合適方法他挎。此外筝尾，為保證控制系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行，還應解決控制系統(tǒng)的安全保護問題办桨，如系統(tǒng)的行程保護筹淫、故障元件的自動檢測等。怎么樣化妝水去皺眼霜哪個牌子好補水什么牌子的護手霜好左旋哪種眼影眼蜜眼釉好毛孔去屑哪種好

　　三呢撞、控制系統(tǒng)方案

　　1. 將定位過程劃分為脈沖當量不同的兩個階段

　　要獲得高的定位速度损姜，同時又要保證定位精度，可以把整個定位過程劃分為兩個階段：粗定位階段和精定位階段殊霞。這兩個階段均采用相同頻率的脈沖控制步進電機摧阅，但采用不同的脈沖當量寺癌。粗定位階段：由于在點位過程中，刀具不切削工件铣啰，因此在這一階段绅荒，可采用較大的脈沖當量，如0.1mm/步或1mm/步肌搔，甚至更高肝羊。例如步進電機控制脈沖頻率為20HZ，脈沖當量為0.1mm/步伪浅，定位距離為120mm子特，則走完全程所需時間為1分鐘，這樣為速度顯然已能滿足要求民逾。精定位階段：當使用較大的脈沖當量使刀具或工作臺快速移動至接近定位點時蛀植，（即完成粗定位階段）存研，為了保證定位精度垫凝，再換用較小的脈沖當量進入精定位階段，讓刀具或工作臺慢慢趨近于定位點苦厅，例如取脈沖當量為0.01mm/步仔戈。盡管脈沖當量變小，但由于精定位行程很短（可定為全行程的五十分之一左右）拧廊，因此并不會影響到定位速度监徘。

　　為了實現(xiàn)上述目的，在機械方面吧碾，應采用兩套變速機構凰盔。在粗定位階段，由步進電機直接驅動刀具或工作臺傳動倦春，在精定位階段户敬，則采用降速傳動。這兩套變速機構使用哪一套睁本，由電磁離合器控制尿庐。

　　2. 應用功能指令實現(xiàn)BCD碼撥盤數(shù)據(jù)輸入

　　目前較為先進的PLC不僅具有滿足順序控制要求的基本邏輯指令，而且還提供了豐富的功能指令呢堰。如果說基本邏輯指令是對繼電器控制原理的一種抽象提高的話抄瑟，那么功能指令就象是對匯編語言的一種抽象提高。BCD碼數(shù)據(jù)撥盤是計算機控制系統(tǒng)中常用到的十進制撥盤數(shù)據(jù)輸入裝置枉疼。撥盤共有0~9+個位置拯奔，每一位置都有相應的數(shù)字指示。一個撥盤可代表一位十進制數(shù)據(jù)窟句，若需輸入多位數(shù)據(jù)办樟，可以用多片BCD碼撥盤并聯(lián)使用痒蛇。

　　筆者選用BCD碼撥盤裝置應用于PLC控制的系統(tǒng)，這樣無需再設計數(shù)碼輸入顯示電路弦途，有效地節(jié)省了PLC的輸入點俺下，簡化了硬件電路，并利用先進的功能指令實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和傳輸抡广，因此能極方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線輸入或修改（如計數(shù)器設定值的修改等）预铁，若配合簡單的硬件譯碼電路，就可顯示有關參數(shù)的動態(tài)變化（如電機步數(shù)的遞減變化等）公掰。為避免在系統(tǒng)運行中撥動撥盤可能給系統(tǒng)造成的波動簸翠，最好設置一輸入鍵，當確認各片撥盤都撥到位后再按該鍵虏丹，這時數(shù)據(jù)才被PLC讀入并處理蒋毕。

　　3. “軟件編碼、硬件解碼”

　　為滿足壓縮輸出點這一前提條件庵佣，采用“軟件編碼歉胶、硬件解碼”的方法設計PLC的數(shù)碼輸出顯示電路。例如巴粪，對于9種及其以下的故障狀態(tài)顯示通今，可采用8-4軟件編碼，4-8硬件解碼肛根，使顯示故障的輸出點壓縮為4個辫塌，硬件電路包含74LS04、74LS48派哲、共陰數(shù)碼管等器件臼氨。

　　4. PLC外部元件故障的自動檢測

　　由于PLC具有極高的可靠性，因此PLC控制系統(tǒng)中絕大部分的故障不是來自PLC本身芭届，而是由于外部元件故障引起的储矩，例如常見的按鈕或行程開關觸點的熔焊及氧化就分別對應著短路故障及開路故障。系統(tǒng)一旦自動檢測到元件故障喉脖，應不僅具有聲光報警功能椰苟，而且能立即顯示故障代碼，以便用戶據(jù)此迅速判斷出故障原因搂拴。為節(jié)省篇幅跷塘，此項內容的程序設計思路見參考文獻。

　　四锤勉、控制系統(tǒng)的軟硬件結構

　　1. 軟件結構

　　軟件結構根據(jù)控制要求而設計跋共，主要劃分為五大模塊：即步進電機控制模塊、定位控制模塊赵街、數(shù)據(jù)撥盤輸入及數(shù)據(jù)傳輸模塊絮很、數(shù)碼輸出顯示模塊捡奖、元件故障的自動檢測與報警模塊。

　　由于整個軟件結構較為龐大戚绪，脈沖控制器產(chǎn)生0.1秒的控制脈沖窍蚤，使移位寄存器移位，提供六拍時序脈沖曙辛，通過三相六拍環(huán)形分配器使三個輸出繼電器Y430夏植、Y431、Y432按照單雙六拍的通電方式控制步進電機移鸣。為實現(xiàn)定位控制砸捏，采用不同的計數(shù)器分別控制粗定位行程和精定位行程，計數(shù)器的設定值依據(jù)行程而定隙赁。例如垦藏，設刀具或工作臺欲從A點移至C點，已知AC＝200mm伞访，把AC劃分為AB與BC兩段掂骏，AB＝196mm，BC＝4mm咐扭，AB段為粗定位行程芭挽，采用0.1mm/步的脈沖當量快速移動滑废，利用了6位計數(shù)器（C660/C661）蝗肪，而BC段為精定位行程，采用0.01mm/步的脈沖當量精確定位蠕趁，利用了3位計數(shù)器C460薛闪，在粗定位結束進入精定位的同時，PLC自動接通電磁離合器輸出點Y433以實現(xiàn)變速機構的更換俺陋。

　　2. 硬件結構

　　五豁延、結束語

　　系統(tǒng)試驗表明，本文提出的應用PLC控制步進電機實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)點位控制功能的方法能滿足控制要求降再，在實際運行中是切實可行的写掖。所研制的控制系統(tǒng)具有程序設計思路清晰、硬件電路簡單實用序峦、可靠性高侥淤、抗干擾能力強，具有良好的性能價格比等顯著優(yōu)點鳍擎，其軟硬件的設計思路可應用于工礦企業(yè)的相關機床改造或侥。

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