用可編程控制器（PLC）產(chǎn)生各種步進脈沖驅(qū)動步進電機去達到各種控制、測試目的己屢見不鮮了。步進電機由于具有轉(zhuǎn)子慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點，成了工控的主要執(zhí)行元件之一，尤其是在精確定位場合中得到了廣泛的應(yīng)用。但近年來，人們更關(guān)注的卻是它的變頻特性。由于事物變化的不均勻性，定頻技術(shù)越來越顯示出它的局限性，而變頻技術(shù)卻能很好地適應(yīng)各種隨機變化的系統(tǒng)。
PLC對步進電機的控制
PLC是廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的控制器，它的功能越來越強，性能越來越先進。為了配合步進電機的控制，許多PLC都內(nèi)置了脈沖輸出功能，并設(shè)置了相應(yīng)的控制指令，可以很好地對步進電機進行控制，圖1是松下FP0-C16T晶體管輸出型PLC的輸出電路結(jié)構(gòu)。
圖1 PLC輸出電路圖
FP0-C16T型PLC有兩個脈沖輸出端Y0和Y1端，隨著控制方式的不同，有三種脈沖輸出形式。
(1) 這兩個脈沖輸出端可以用來作為兩個不帶加減速的單相脈沖輸出端，主要使用PLS和SPD1指令進行控制，顛率范圍為0Hz_10KHz，可以連續(xù)輸出，也可以脈沖中形式輸出，可以同時單獨輸出。
(2) 可以作為兩相可變占空比的連續(xù)脈沖輸出端，主要使用PWM指令控制，占空比設(shè)置范圍為0%_100%。頻率設(shè)置范圍0.1Hz_999.9Hz。
(3) 可以作為帶梯形加減速的兩相脈沖輸出，主要使用PULS和SPD1指令控制，頻率變化范圍0Hz_10KHz，加減速率10Hz／10ms_10KHz／10ms，可以連續(xù)輸出，也可以脈沖串形式輸出，這里又分為兩種控制方式，一種是脈沖+方向控制(Y0、Y1輸出脈沖，Y2、Y3輸出方向)，一種是正反向脈沖輸出(Y0輸出CW脈沖，Y1輸出CCW脈沖)。如果使用Y0、Y2分別進行脈沖、方向控制，控制系統(tǒng)如圖2所示。如果使用Y0作為脈沖輸出，可以通過如圖3所示的方法實現(xiàn)兩相脈沖輸出。
圖2 脈沖、方向輸出圖
圖3 雙脈沖輸出圖
PLC控制步進電機在送經(jīng)裝置上的應(yīng)用
采用PLC控制的步進電機的變頻特性運用在紡織機的送經(jīng)裝置中很好地解決了經(jīng)紗內(nèi)部張力不均勻的問題，使產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。
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(1) 經(jīng)紗張力信號檢測
本裝置是通過檢測后梁的擺動是否超出范圍來檢測經(jīng)紗張力的波動是否滿足要求，不滿足要求時就控制送經(jīng)裝置予以調(diào)整。如圖4，當經(jīng)紗2的張力發(fā)生波動時，活動后梁4帶動張力感應(yīng)桿5繞點O擺動。當檢測片6進入接近開關(guān)7的有效作用區(qū)時，接近開關(guān)7就發(fā)出一高電平信號。以PLC為核心的控制器根據(jù)這一信號和主軸位置信號，啟動步進電機13，驅(qū)動織軸送出經(jīng)紗。接近開關(guān)7’是極限張力檢測開關(guān)。當經(jīng)紗張力過大或過小時，檢測片6將遮擋接近開關(guān)7’，7’輸出的高電平信號到控制器后，控制器就會關(guān)掉織機，以便進行人工處理。主軸位置的檢測是為了控制送經(jīng)運動的允許時間，以避開打緯，保證緯紗能被打緊。主軸位置的檢測同樣采用的是接近開關(guān)非接觸式檢測。
圖4 送經(jīng)裝置結(jié)構(gòu)圖
(2) 織軸驅(qū)動系統(tǒng)
織軸驅(qū)動系統(tǒng)由步進電機驅(qū)動器、步進電機、蝸輪減速器和織軸四部份組成。它的作用原理是：控制系統(tǒng)送來的信號經(jīng)驅(qū)動放大處理后，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，然后經(jīng)過減速器減速，再傳動織軸，放出經(jīng)紗。
對于織機送經(jīng)機構(gòu)，其負載特點是：當步進電機正轉(zhuǎn)送出經(jīng)紗時，經(jīng)紗張力不是負載阻力，而是驅(qū)動力。因此步進電機只需輸出較小力矩，克服蝸桿蝸輪自鎖性，織軸即可回轉(zhuǎn)經(jīng)。此時步進電機轉(zhuǎn)速可能較高(由緯密定)；當步進電機反轉(zhuǎn)張緊經(jīng)紗時，經(jīng)紗張力是負載阻力，步進電機需輸出較大的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，而此時步進電機轉(zhuǎn)速要求較低，步進電機的輸出矩頻特性(如圖5虛線所示)正好與其相適應(yīng)。因此、步進電機非常適合于這類伺服機構(gòu)低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)速小轉(zhuǎn)矩和高精度的要求，是織機送經(jīng)機構(gòu)理想的驅(qū)動元件。
圖5 織機送經(jīng)裝置負載轉(zhuǎn)矩圖
送經(jīng)裝置采用的是2相56系列步進電機DM5676A。它的技術(shù)指標如下：步距角：1.8_；相電流：2.0A；保持轉(zhuǎn)矩：1.35Nm；靜轉(zhuǎn)矩：0.07Nm；轉(zhuǎn)動慣量：4.6*10-5Kgm2。反應(yīng)式步進電機具有結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)久耐用，力矩－慣性比高、步進頻率高、響應(yīng)快、步距角小等優(yōu)點，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的一種步進電機。
由于步進電機調(diào)速方便、調(diào)速范圍寬，所以步進電機送經(jīng)裝置不用變換齒輪也能滿足緯密2_120根/cm。電子送經(jīng)裝置則不能做到這一點，在此緯密范圍內(nèi)至少需要三檔變換齒輪。步進電機送經(jīng)裝置的技術(shù)指標如下：
結(jié) 語
實驗效果表明，本文研制的步進電機送經(jīng)裝置性能良好，工作可靠。配上多種功能的人機界面后可以實現(xiàn)織軸收放經(jīng)紗的可視化操作，改變緯密的鍵盤輸入，防止開車橫擋，出現(xiàn)異常情況時自動關(guān)車報警等功能。