电液步进马达的PLC控制

康 晶杨国田$摘要：介绍了 !# 控制电液步进马达的方法、电液步进马达的伺服控制、驱动接口及 !# 软件的控制逻辑。同时采用 !# 直接控制数字电液步进马达，可使液压系统的控制简洁可靠，成本显著下降。关键词：电液步进马达 步进电机中图分类号：$%&() *&可编程控制器文献标识码：+驱动接口控制逻辑文章编号：&, - ./0 1 2,. 3 ,& - ,.( - ,2电液步进马达的控制就在于步进电机的控制，步进电机可以采用微型计算机或可编程控制器 1 !# 3 进行控 制，而 !# 以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、 现场接口安装方便等一系列优点，已广泛应用于各类 机床中。电液步进马达的 !# 控制只占用 !# 的 6 * 个 7 8 9 接口及几十 +:; 的内存，因此采用 !# 控制电 液步进马达可使控制系统简洁，可靠性大大提高，成本 显著下降。数字式电液步进马达的组成数字式电液步进马达是由步进电机和液压扭矩放大器组成，其输出扭矩可达几十至上百 45，是普通步进电机的几百至一千倍。因此，它常用于重型精密机械 的伺服进给系统中，如轧钢机的压下机构和轧辊磨床 的进给机构。液压扭矩放大器是一个直接反馈式液压伺服机 构，由四边滑阀、液压马达和反馈机构组成 1 图& 3 。当步 进电机在输入脉冲的作用下转过一定的角度时，经齿 轮带动滑阀的阀芯旋转，由于液压马达此时尚未转动， 因此使滑阀的阀芯产生一定的轴向位移，阀口打开，压 力油进入马达使马达转动，同时反馈螺母的转动使滑 阀的阀芯退到零位，马达停止运动。如果连续输入脉 冲，电液步进马达即按一定的速度旋转，改变输入脉冲 的频率即可改变马达的转速。电液步进马达是增量式数字控制电液伺服元件， 即步进电机作为电信号 - 机械位移的转换元件。图2是 增量式数字控制电液伺服元件的控制方框图，微机发 出控制脉冲序列经驱动电源放大驱动步进电机运动， 步进电机的运动严格与液压扭矩放大器的运动成比 例，即微机的控制脉冲严格控制电液步进马达的运动， 电液步进马达的角位移与控制脉冲的总数成正比，电 液步进马达的角速度与控制脉冲的频率成正比，因此，电液步进马达的 !# 控制方法1 & 3 转角控制由电液步进马达的工作原理和特性可知，电液步进马达的总转角正比于所输入的控制脉冲个数，因此可以根据电液伺服机构的位移量确定!# 输出的脉冲个数：! ! 8 ! 电液伺服机构的位移量，55!电液伺服机构的脉冲当量，55 8 脉冲1 & 3式中1 2 3 转速控制 电液步进马达的转速取决于输入的脉冲频率；因此可以根据电液步进马达要求的旋转 速度，确定其 !# 输出的脉冲频率：# , ! 1 %? 3式中 $=电液伺服机构的进给速度，55 8 5:1 2 31 3 转向控制 电液步进马达的旋转方向由步进电机的转向进行控制。步进电机的转向可以通过 !# 输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序 来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电 机绕组的通电顺序实现。电液步进马达的伺服控制、驱动及接口1 & 3 电液步进马达控制系统的组成 电液步进马达的控制系统由 !#、环行脉冲分配器和步进电机功率驱动器组成，其结构见图。控制系统中 !# 用来产生控制脉冲，通过 !# 编 程输出一定数量的方波脉冲，控制步进电机的转角进 而控制电液步进马达的转角，同时通过编程控制脉冲2&所示。电液步进马达 !# 控制的软件逻辑由电液步进马达的 !# 控制方法可知，应使步进电机的输入脉冲总数和脉冲频率受到相应的控制。因此在控制软件上设置一个脉冲总数和脉冲频率可控的 脉冲信号发生器，对于频率较低的控制脉冲，可以利用!# 中的定时器构成。脉冲频率可以通过定时器的定 时常数控制脉冲周期，脉冲总数控制则可以设置一脉 冲计数器 #$2，当脉冲数达到设定值时，计数器 #$2动 作切断脉冲发生器回路，使其停止工作。电液步进马达 的步进电机无脉冲输入时便停止运转，电液步进马达 定位。电液步进马达转速要求较高时，可以用 !# 中 的高速脉冲发生器，不同的 !# 其高速脉冲的频率可 达3222 4 $222256。其频率可以充分满足电液步进马达 的动态特性。!# 输出的控制脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕组。!# 控制的步进电机可采用软件环行分配 器，也可采用如图$所示的硬件环行分配器。采用软环 占用的 !# 资源较多，特别是步进电机绕组相数 !%& 时，对于大型生产线应该予以充分考虑。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!# 的 ( ) 口点数。步进电机功率驱动器可将 !# 输 出的控制脉冲放大到几十至上百 *、几至十几 + 的驱 动能力，一般 !# 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 *、几十至几百 ,+。但对于功率步进电机则要求 几十至上百 *、几至十几 + 的驱动能力，因此应该采用 驱动器对输出脉冲进行放大。- . / 可编程控制器的接口 如电液步进马达采用 硬件环行分配器，则占用 !# 的 ( ) 口点数少于0点， 一般仅为1点。其中 口占用一点，作为启动控制信号；) 口占用.点，其中一点作为 !# 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，如图结论! 对 !# 控制的电液步进马达开环伺服机构进行了测试，其性能完全可以满足系统的技术要求，控制 软件结构合理，接口可靠。 将 !# 控制的电液步进马达用于某大型生产 线的数控滑台，每个滑台仅占用&个 ( ) 接口，节省了 微机控制系统，滑台的进给速度为 7 8 1 4 $0, ( ,9:， 完全满足工艺要求和加工精度要求，工作可靠。参 考 文 献$ 机电一体化技术手册编委会; 机电一体化技术手册; 北京：机 械工业出版社，$. 李仁定; 电机的微机控制; 北京：机械工业出版社，$1 胡泓; 机电一体化原理及应用; 北京：国防工业出版社，$& 杨长能等; 可编程序控制器基础及应用; 重庆大学出版社，$.0 康晶等; 组合机床中数控滑台的 !# 控制; 组合机床与自动化 加工技术，.22.，=(- 编辑 禾禾 /作者单位：大连民族学院邮政编码：辽宁$3322收稿日期：.221年月888888888888888888888888888888888888888888888888887完成祖国统一大业是中华民族的根本利益所在。机械制造杂志社公益广告公益广告公益广告公益广告公益广告公益广告公益广告公益广告公益广告公益广告公益广告机械制造 ! 卷 第 !#$ 期!# $ %888888888888887!0&