6ES7232-0HD22-0XA0千万库存

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PLC脉冲控制步进电机技术
一、步进电机、脉冲与方向信号
      步进电机作为一种常用的电气执行元件，广泛应用于自动化控制领域。步进电机的运转需要配备一个专门的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号和方向信号控制。每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度，这个角度称为步距角。脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了旋转的速度。方向信号决定了旋转的方向。就一个传动速比确定的具体设备而言，*距离、速度信号反馈环，只需控制脉冲的数量和频率即可控制设备移动部件的移动距离和速度；而方向信号可控制移动的方向。因此，对于那些控制精度要求不是很高的应用场合，用开环方式控制是一种较为简单而又经济的电气控制技术方案。
      另外，步进电机的细分运转方式非常实用，尽管其步距角受到机械制造的限制，不能制作得很小，但可以通过电气控制的方式使步进电机的运转由原来的每个整步分成m个小步来完成，以提高设备运行的精度和平稳性。
      控制步进电机电源的脉冲与方向信号源常用数控系统，但对于一些在运行过程中移动距离和速度均确定的具体设备，采用PLC（可编程控制器）是一种理想的技术方案。
二、控制方案
      在操作面板上设定移动距离、速度和方向，通过PLC的运算产生脉冲、方向信号，控制步进电机的驱动电源，达到对距离、速度、方向控制的目的，见图1。操作面板上的位置旋钮控制移动的距离，速度旋钮控制移动的速度，方向按钮控制移动的方向，启/停按钮控制电机的启动与停止。
      在实际系统中，位置与速度往往需要分成几挡，故位置、速度旋钮可选用波段开关，通过对波段开关的不同跳线进行编码，可减少操作面板与PLC的连线数量，同时也减少了PLC的输入点数，节省了成本。一个n波段开关的较多挡位可达到2n。
      在对PLC选型前，应根据下式计算系统的脉冲当量、脉冲频率上限和较大脉冲数量。
      根据脉冲频率可以确定PLC高速脉冲输出时需要的频率，根据脉冲数量可以确定PLC的位宽。同时，考虑到系统响应的及时性、可靠性和使用寿命，PLC应选择晶体管输出型。
      步进电机细分数的选择以避开电机的共振频率为原则，一般可选择2、5、10、25细分。
      编制PLC控制程序时应将传动系统的脉冲当量、反向间隙、步进电机的细分数定义为参数变量，以便现场调整。
三、应用实例
      笔者应用PLC脉冲控制步进电机的技术，对生产上引法无氧铜管的设备进行了电气控制。
      上引法无氧铜管的生产过程是：将电解铜加入工频感应炉，使其熔化成铜液，在铜液中浸入1个通有冷却水的结晶器，流入结晶器的铜液经过0.5～3s后，便结晶成了固态铜管。然后，一边由引棒将固态铜管从结晶器中导出，一边重复上述结晶过程，慢慢地将固态铜管牵引至摩擦压轮，以后根据工艺间隔时间由步进电机带动摩擦压轮，将固态铜管源源不断地从结晶器中牵引出来。牵引出来的铜管依次进入校直、轧管、盘管、冷拉等工序，生产出不同规格的自来水管或空调、冰箱的热交换器用铜管。
设备应满足如下的生产工艺要求：
引管距离6挡/（mm·次-1）：2、2.5、3、3.5、4、5； 
引管速度7挡/（mm·min-1）：115、130、140、150、160、170、180； 
牵引与结晶时间比：1∶1； 
引管方式：间歇式； 
牵引方向：不变； 
设备运行：连续。
      可见，距离开关为6挡，速度开关为7挡，组合后共有42种牵引方式。根据计算，距离、速度信号各需3个输入点就能达到设定的挡数要求，启/停按钮需1个输入点。根据工艺要求，牵引方向不变，故操作面板上不设置方向按钮，步进电机的旋转方向不通过PLC来控制，而是采用直接跳线来完成设置。脉冲信号需1个输出点，信号灯需2个输出点。步进电机采用25细分工作模式，以避开电机的共振频率区。PLC选用了具有8个数字量输入点、6个数字量输出点的SIEMENS公司生产的SIMATIC S7-200 CPU 222。另外，在控制程序中用多段管线操作设计了电机的升降过程，以满足大负载启动的要求。电气控制原理见图2。
电气控制原理
      制作时，首先将面板上的距离、速度波段开关按图2进行跳线，完成二进制编码，这样节省了7个PLC输入点，简化了连接，提高了系统可靠性，同时也降低了设备的制造成本；然后将各波段开关、按钮的输出与PLC相连。设备运行时，PLC根据操作面板上各开关的设定位置，由控制程序产生某一频率和数量的高速脉冲，并将其输出至PCB，由PCB完成电平转换。转换后的电平信号送至步进电机驱动器，拖动步进电机按设定的速度旋转相应的角度，较终达到控制距离和速度的目的。
结论
      该设备经3个多月的运行考核，证明将PLC脉冲控制步进电机技术应用于中、小功率牵引设备中，具有控制简单、稳定、等特点，是一种切实可行的电气控制方案。

1概述

变频器的功能是把50EE的电源变成频率连续可调的电源，或者说它能把电源从50Hz中解放出来，从而使交流感应电动机有了快慢的自由。近几年由于电力电子技术的飞速发展，使变频器的性能越来越好，而价格却年年下调。这为大力推广变频器的应用提供了非常好的条件。由于变频器的可控性能优越，节能效果显著，加之人们对变频器的认识越来越清楚，用变频器改造旧设备装配新设备己成大家的共识。当前国内市场大部分被进口机占据着，不过国产变频器工业正在倔起。站在用户的角度如何来看待变频器的国产机和进口机呢？国产机便宜，进口机功能多，怎么选才较合算？本文对二者作简单的比较：

对于先进型机，高压型机宜选进口机。对于普及型机选国产机更实惠。变频器的分类法很多，这是为了叙述的方便粗分为三类：

1．1先进型

机器内含磁通矢量控制或力矩直接控制。对电动机的转速和力矩有着精确的控制力，能自动测试电动机的参数，启动力矩大，噪音小。能够实现同步运行、比例运行、PI控制、闭环速度或主轴位置控制，能实现计算机通信与PIC联网等等。

适应场合：电梯、印刷机构、造纸机械等等。

1．2高压型

输入/输出电压在3000V以上，这种机型的功率也多在1000KW以上，所以也可称其为高压大容量型。

适应场合：500KW以上的大风机、炼油设备、矿山机械等等。

1．3普及型

不含磁通矢量控制，只含V/F控制，结构简单，价格便宜。

适应场合：水泵、风机、钢厂的喂丝机、塑料行业的挤塑机、建材行业的拔丝机、各种送料的皮带传送机、矿山上的提升机等等……据笔者的不完全调查，前两种机型国内正处研制阶段，至今未见成熟商品。尤其是高压型，目前尚属国内空白，估计二、三年后会有试验样机问世。

2普及型机有着广阔的应用范围

普及型机的V／F控制有多种曲线可以选择，例如直线的、平方的、立方的以及它们的组合，所以能适应很多场合的要求。

较应该赶快实现变频化的是水泵、风机类负载。有资料介绍，水泵风机类负载用电量占全国总用是量的1／3。如果这类负载普及了变频器，节约的电量比三峡水电站建成后的总发电量还要多。由此可看出用变频技术来改造这类负载是何等的重要而又迫切。用普及型机来担当这个角色是完全胜任的。

供水系统以变频器的要求：
（1）功率容量要适当
（2）频率范围15Hz—50Hz
变频的频率范围比较宽，用在水泵上这个范围就够了，到达50Hz可转为电网供电，15Hz水泵就不出水了。
（3）PID控制
为了供水压力的稳定，希望有压力闭环，所以要求变频器有PID（或PI
环节。
（4）给出必要的输出信号
便于频率到达50IE或15邢时送出水泵切入切出的控制信号或报警信号等。
（5）具备完善的保护功能
现在的变频器一般都具备过压、欠压、过流、短路、失速、缺相、过热等多种保护，用在供水上这些已经够用。
（6）高可靠性
供水系统要求一天24小时、一年360天不问断地连续运转。
这些要求国产机都能满足。以上指标局部调整后就可用在风机、拔丝机、挤塑机、传送带等设备上。

3国产机与进口机的比较

就普及型机来比较国产机/进口机的同异：

3．1功率开关器件
现在的国产变频器多用IGBT管且多是三菱公司或西门子公司的，与进口机一致。

3．2单片机
国产机与进口机一般都用Inbbb公司的87C196MC。

3．3技术指标

3．3．1功率容量 国产机已做到百千瓦以上。与进口机差不多。

3．3．2频率范围 国产机已做到400EIz，与进口机差不多。

3．3．3频率精度 0．01EEfl00邢以下）、0．1IE（100邢以上），与进口机差不多。

3．3．4电压范围 200V、380V，与进口机一致。

3．3．5保护功能 七种以上，与进口机差不多。 '

3．3石控制功能 有频率、电压、电流等屏幕显示、在1—999秒之间任意设定加减速时间、内含PI制、可以实现四象限运行，与进口机差不多。

3．4软件

可以根据用户要求有针对性地开发或软件以满足不同用户的要求。进口机靠功能齐全来满足不同用户
的要求。

3．5售前售后服务

国产机服务半径小，售前可以给用户当参谋，帮助系统设计。售后可以跟踪服务。进口机难做到。

3．6价格
国产机能比进口机便宜1/3

几年前，人们买彩电VCD机时可以选择是进口机，现在不同了，人们开始青睐国产机。眼下变频器也正经历着这个观念转变。我们期盼这个转变快一些，当然这要求生产厂家要争气。

4．结论

有相当多的调速和控制场合可用普及型变频器来承担。普及型变频器选国产机更好些。电梯、精密控制场合宜选进口机。