步進(jìn)系統(tǒng)=步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器+步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)由步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)，相當(dāng)于驅(qū)動(dòng)電源，且它受外部的脈沖信號(hào)和方向信號(hào)控制(這里舉例是西門子PLC輸出脈沖)，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和速度。

　　步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器+步進(jìn)電機(jī)+西門子PLC(CPU 222 CN)

　　相關(guān)的定義

　　1、驅(qū)動(dòng)器：用于PLC控制步進(jìn)電機(jī)的媒介，負(fù)責(zé)把PLC給的脈沖信號(hào)經(jīng)過放大后，輸給步進(jìn)電機(jī)，使電機(jī)按照PLC和驅(qū)動(dòng)器給定的參數(shù)運(yùn)行。

　　控制過程

　　2、步距角：每個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度，比較普遍的是1.8°，這個(gè)一般是不可以改變的啦。

　　例：在未設(shè)定細(xì)分情況下，控制步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈(360°)，需要PLC發(fā)出多少個(gè)脈沖?

　　答：360°/X=1.8°/1，所以X=200個(gè)脈沖。

　　3、細(xì)分：實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，步距角很大的話，每次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也就很大，會(huì)引起振動(dòng)，相應(yīng)的控制誤差也會(huì)變大。所以引入了細(xì)分的功能。意思就是，通過驅(qū)動(dòng)器的DIP開關(guān)把步距角多分幾分，讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)更加平穩(wěn)。

　　例：步距角為1.8°，設(shè)定10細(xì)分，那么PLC每發(fā)出一個(gè)脈沖，電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)0.18°，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈(360°)，需要PLC發(fā)出多少個(gè)脈沖?

　　答：360°/X=0.18°/1，所以X=2000個(gè)脈沖。

　　小結(jié)：步距角越大，脈沖數(shù)越少;步距角越小，脈沖數(shù)越多。

　　步進(jìn)系統(tǒng)硬件介紹(以普菲德步進(jìn)電機(jī)為例)

　　1、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器

　　普菲德驅(qū)動(dòng)器說明

　　步進(jìn)電機(jī)的方向控制一般有兩種：

　　A)脈沖+方向：PUL有脈沖產(chǎn)生時(shí)，電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，方向由DIR來決定。

　　B)正向脈沖+反向脈沖：當(dāng)PUL有脈沖產(chǎn)生時(shí)，正轉(zhuǎn);當(dāng)DIR有脈沖產(chǎn)生時(shí)，反正。但PUL與DIR不能同時(shí)有脈沖產(chǎn)生。

　　2、步進(jìn)電機(jī)

　　當(dāng)A.B 兩相繞組調(diào)換時(shí)，可使電機(jī)反向。

　　在組合機(jī)床自動(dòng)線中，一般根據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑臺(tái)(1)液壓滑臺(tái)，用于切削量大，加工精度要求較低的粗加工工序中;(2)機(jī)械滑臺(tái)，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中;(3)數(shù)控滑臺(tái)，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。可編程控制器(簡(jiǎn)稱PLC)以其通用性強(qiáng)、可靠性高、指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)便易學(xué)、易于掌握、體積小、維修工作少、現(xiàn)場(chǎng)接口安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制中。特別是在組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線的控制及CNC機(jī)床的S、T、M功能控制更顯示出其卓越的性能。PLC控制的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用于組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線上的數(shù)控滑臺(tái)控制，可省去該單元的數(shù)控系統(tǒng)使該單元的控制系統(tǒng)成本降低70~90%，甚至只占用自動(dòng)線控制單元PLC的3~5個(gè)I/O接口及<1KB的內(nèi)存。特別是大型自動(dòng)線中可以使控制系統(tǒng)的成本顯著下降。

　　2 PLC控制的數(shù)控滑臺(tái)結(jié)構(gòu)

　　一般組合機(jī)床自動(dòng)線中的數(shù)控滑臺(tái)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)。采用PLC控制的數(shù)控滑臺(tái)由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成，見圖1。

　　伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪Z1、Z2應(yīng)該采取消隙措施，避免產(chǎn)生反向死區(qū)或使加工精度下降;而絲杠傳動(dòng)副則應(yīng)該根據(jù)該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。采用滾珠絲杠副，具有傳動(dòng)效率高、系統(tǒng)剛度好、傳動(dòng)精度高、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高且不能自鎖。

　　3 數(shù)控滑臺(tái)的PLC控制方法

　　數(shù)控滑臺(tái)的控制因素主要有三個(gè)：

　　3.1 行程控制

　　一般液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)的行程控制是利用位置或壓力傳感器(行程開關(guān)/死擋鐵)來實(shí)現(xiàn);而數(shù)控滑臺(tái)的行程則采用數(shù)字控制來實(shí)現(xiàn)。由數(shù)控滑臺(tái)的結(jié)構(gòu)可知，滑臺(tái)的行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個(gè)數(shù);因此可以根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的位移量確定PLC輸出的脈沖個(gè)數(shù)：

　　n= DL/d (1)

　　式中 DL——伺服機(jī)構(gòu)的位移量(mm)，d ——伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量(mm/脈沖)

　　3.2 進(jìn)給速度控制

　　伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率;因此可以根據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度,確定其PLC輸出的脈沖頻率:

　　f=Vf/60d (Hz) (2)

　　式中 Vf——伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度(mm/min)

　　3.3 進(jìn)給方向控制

　　進(jìn)給方向控制即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向;如三相步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA-A…時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號(hào)改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來實(shí)現(xiàn)，或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來改變步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。

　　4 PLC的軟件控制邏輯

　　由滑臺(tái)的PLC控制方法可知，應(yīng)使步進(jìn)電機(jī)的輸入脈沖總數(shù)和脈沖頻率受到相應(yīng)的控制。因此在控制軟件上設(shè)置一個(gè)脈沖總數(shù)和脈沖頻率可控的脈沖信號(hào)發(fā)生器;對(duì)于頻率較低的控制脈沖，可以利用PLC中的定時(shí)器構(gòu)成，如圖2所示。脈沖頻率可以通過定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)控制脈沖周期，脈沖總數(shù)控制則可以設(shè)置一脈沖計(jì)數(shù)器C10。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，計(jì)數(shù)器C10動(dòng)作切斷脈沖發(fā)生器回路，使其停止工作。伺服機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)無脈沖輸入時(shí)便停止運(yùn)轉(zhuǎn)，伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位。當(dāng)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移速度要求較高時(shí)，可以用PLC中的高速脈沖發(fā)生器。不同的PLC其高速脈沖的頻率可達(dá)4000~6000Hz。對(duì)于自動(dòng)線上的一般伺服機(jī)構(gòu)，其速度可以得到充分滿足。