基于PLC的步进电机直接控制系统

3 在反应离子刻蚀机中简单实现PLC直接控制步进电机

　　3.1 步进电机升降速设计

　　在实例中选用86BYG250B型步进电机，用于反应离子刻蚀机的升降系统即对真空腔体盖进行升降。刻蚀机真空腔体中要进行工艺试验，做完试验要充气开盖取出产品，其他时间要求腔体盖降下与腔体密封，所以要经常升降腔体盖。升降过程中要求降下时速度要慢，上升时速度要快一点以节省时间。所以设计时将整个过程分为两段，腔体盖升起时从起点到终点长度的1／4为慢速区，剩下为快速区，分界点处加一个光电开关作为变速标志。启动速度太快时，步进电机由于惯性将跟随不上电信号的变化，这时就会产生堵转和丢步现象，因此要选择合适的启动频率，只要不超过突跳频率即步进电机在静止状态时突然施加的脉冲启动频率，就不会发生这种现象。经过多次试验确定了慢速和快速均不超过所选电机的突跳频率就能很好地满足升降要求。

　　3.2 PLC直接控制步进电机的硬件设计

　　反应离子刻蚀机控制系统选用欧姆龙公司的CJ1M-CPU22型PLC，某公司生产的SH-2H090M型驱动器。在设备电气控制系统设计时，应用了PLC直接控制步进电机技术，完成了对腔体盖升降的控制，系统框图如图2所示。只需通过上位机选择上升、停止、下降，PLC直接控制步进电机，步进电机控制升降，光电开关反馈变速点和起始点位置。此外为安全考虑在升降的两头装了两个机械式开关，即使光电开关失效，电机没有及时停止，继续运动碰到机械式开关时，就会使驱动器断电，也会使步进电机停止。

图2 系统框图

　　3.3 程序控制指令

　只需要少量的控制指令就能实现控制功能，程序中用到的指令为：

　　MOV：传送数据的一个字到指定字中。

　　SPPEED：用于设定指定端口的输出脉冲频率和启动不带加／减速的脉冲输出。无论独立模式定位或者连续模式速度控制都可使用。

　　INI：用于CJIM CPU单元的内置式I／O执行下列操作：启动带高速计数器比较表的比较；停止到高速计数器比较表的比较；改变高速计数器的PV值；改变计数器模式下中断输入的PV值；改变脉冲输出的PV值；停止脉冲输出。在系统程序中就用到了停止脉冲输出这项功能。

　　3.4 PLC软件设计

　　由于电机的慢速和快速运行都不会超过电机的突跳频率，所以设计PLC软件时可以很简单地实现PLC对电机的直接控制，逻辑控制简单，简化了程序的设计。PLC直接控制电机上升的程序见图3。

图3 电机上升程序

　　电机下降的程序与上升程序类似。整个控制程序中上位机只需要发出电机上升、停止、下降即103.0、103.1、103.2三个信号就可以控制电机的升、停、降。

4 结论

　　采用简单实现PLC直接控制步进电机方法，大大减少了系统设计的工作量，缩短了反应离子刻蚀机的开发研制周期，在一定范围内，有较高的推广和实用价值。