数控机床开环伺服进给系统的PLC控制

　　3.1 平稳起动、加速、减速、平稳停止功能

　　在S7—200中，支持高速输出口PTOO／VT01的线性加／减速，通过MicroWin的向导程序生成线性加／减速的程序，非常容易实现步进电机的平稳起动、加速、减速、平稳停止。

　　3.2 定位控制功能

　　借助于PLC的CPU产生集成脉冲输出和定位指令系统，确定相对一根轴的固定参考点，以一个输入字节的对偶码(Duulcoding)给CPU指定定位角度，在程序中根据该码计算出所需的定位步数，再有CPU输出相关个数的控制脉冲，通过步进电机来实现相对的定位控制。

　　3.3 额定电流可调等角度恒力矩细分驱动方法的功能

　　步进电机的驱动方式有多种，如恒电压、恒电流等多种形式，而这些方式都存在一定的缺陷，特别是在低速运行时的振动、噪声大和在步进电机自然振荡频率附近运行时易产生共振，且输出转矩随着步进电机的转速升高而下降等缺点，采用额定电流可调等角度恒力矩细分驱动方式，可改变上述缺陷。额定电流可调等角度恒力矩细分驱动主要的优点是步距角变小，分辨率高，提高了电机的定位精度、启动性能和高频输出转矩，减弱或消除了步进电机的低频振动，降低了步进电机在共振区工作的几率。一般细分驱动只改变相应绕组中电流的一部分，电动机的合成磁势也只是旋转步距角的一部分，绕组电流不是一个方波而是阶梯波，额定电流是台阶式的投入或切除，如图7所示。

　　其合成的矢量幅值是不断变化的，输出力矩也跟着不断变化，从而会引起滞后角的不断变化。当细分数很大、微步距角非常小时，滞后角变化的差值已大于所要求细分的微步距角，使得细分失去了意义。据此分析，采用建立数学关系同时改变两相电流，即Ia、Ib以某一数学关系同时变化，保证变化过程中合成矢量幅值始终不变。建立一种“额定电流可调的等角度恒力矩细分”驱动方法，以消除力距不断变化引起滞后角的问题。随着A、B两相相电流Ia、Ib的合成矢量角度不断变化，其幅值始终为圆的半径。如图8、图9所示。

4 结语

　　PLC控制的步进电机开环伺服系统可以采用软件环行分配器，也可以采用硬件环行分配器。采用软环占用的PLC资源较多，特别是步进电机绕组相数大于4时，应该予以充分考虑。采用硬件环行分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省占用PLC的I／0点数。步进电机功率驱动器将PLC输出的控制脉冲放大到几十至上百伏特、几安至十几安的驱动能力。一般PLC的输出接口具有一定的驱动能力，而通常的晶体管直流输出接口的负载能力仅为十几至几十伏特、几十至几百毫安。但对于功率步进 机则要求几十至上百伏特、几安至十几安的驱动能力，因此应该采用驱动器对输出脉冲进行放大。

　　如伺服机构采用硬件环行分配器，则占用PLC的I／O口点数少于5点，一般仅为3点。其中输入占用一点，作为启动控制信号；输出占用2点，一点作为PLC的脉冲输出接口，接至伺服系统硬环的时钟脉冲输入端，另一点作为步进电机转向控制信号，接至硬环的相序分配控制端，如图10所示，伺服系统采用软件环行分配器时，其接口如图11。

　　采用PLC控制的步进电机驱动系统，具有速度快，噪音低，控制精度高，而且可选整步半步驱动。配合采用额定电流可调的等角度恒力矩细分型的驱动器，基本上克服了传统步进电机低速振动大和噪声大的缺点，电机在较大速度范围内转矩保持恒定，提高了控制精度，减小了发生共振的几率，具有很好的稳定性、可靠性和通用性，且结构简单。