一种基于PLC的专用步进电机控制器

2019-10-14 15:13

1 引言

  某进口设备大面积的严重损坏。经过修理,更换了一大批电子元件,才勉强恢复原有的技术指标。但其工作已不是很可靠。由于该设备已停产,并且没有相关的代替设备。为配合生产需要,我们投入了对该设备的研制。原设备完全由晶体管电路构成,考虑到研制周期及可靠性等因素。我们决定采用plc(fx2n-32t)和触摸屏(mt506s)控制技术重新进行设计。

2 功能概述

  该设备实质上就是一台专用的测控步进电机装置的设备。步进电机装置由步进电机及其相关电路组成。该设备功能包括:距离(工作步数)设定、启动、位置显示及清零,(自动、手动)连续或单次运行,(自动、手动)回原点,步进电机欠电流检测报警,原点到位显示等。

3 装置原理介绍

  3.1 系统工作原理

  系统工作原理如图1所示。图中触摸屏作为人机界面,用来显示并进行操作;plc作为控制器,接收触摸屏的设定数据并进行逻辑处理,再控制步进电机。步进电机装置是受控对象,不能进行修改。它包括多种电源形式:步进电机工作在-24v三相双三拍直流矩形波的供电方式,还包括+12v、-12v、+5v等电压和极性不同的信号。为了使多种信号的检测和驱动、步进电机装置相匹配,增加了信号的转换电路。

  3.2 转换电路原理

  信号转换电路的部分电路,如图2,3所示。

  图2中,当5v或0v信号到达电阻r1后,通过光电耦合器使plc输入1信号接通,此时电机回原点运行的过程中开始计数,记录运行步数。当+12v信号到达12v信号后,首先点亮发光管d6,然后通过光电耦合器u1-3使plc输入3接通,指示到达原点,电机停止运行;当-12v信号到达12v信号后,通过光电耦合器u1-2使plc输入2接通,超出设定极限。当-12v信号到达-12v信号2通过光电耦合器u1-3使plc输入接通,指示到达原点,电机停止运行。

  3.3 电流检测原理

  在步进电机驱动器中,内置了电流检测电路。电机发生断电或欠电流运行时,发出报警信号,使系统停止运行。检测原理是利用三相双三拍步进电机的工作特性,在任意时刻均有两相得电。只要检测任意时刻流过公共地线的电流大于相应额定电流的2/3即可认为工作正常,如小于相应额定电流的2/3,则认为欠电流运行。电路原理和时序图,如图3,4所示。

  图3中,r是电流检测电阻,c用于消除竞争。在图4中in表示三相双三拍电机流过公共点电流检测电阻的额定工作电流;in表示检测电流的门限,in=2/3in;i表示电机的实际工作电流。alm表示欠电流报警。系统运行后,当iin时,alm报警,直到故障排除,系统复位后报警解除。图4中的细实线表示alm未报警时的时序图。

  3.4 触摸屏的软件设计

  (1) 首页:打开电源开关后,提示输入登录密码。正确输入密码后,自动进入首页。设备进入准备状态。

  (2) 输入窗口:输入窗口主要用于设定并进行操作。包括键盘和主要操作控件,操作者可以直接对设备进行操作。

  (3)配方数据窗口:对于经常用到的操作数据,可以按照提供的格式存放到配方卡记忆体里面,当需要时把它调出来,而不需要临时输入数据,可以大大地提高操作效率。

  (4) 控制窗口:控制窗口主要用于对设备的基本功能的操作和显示。包括一个隐藏的小键盘窗口,可以在需要设定数据时弹出。

  (5) 元件检查窗口:用于对plc内部关键元件的监测,以便出错时查找故障。

  (6)梯形图检查窗口:用于对plc梯形图的实时监控(由于mt506s不具备直接显示plc内部梯形图的功能,故采用了单独制作显示plc各元件的方法组合成关键部分梯形图)。

  3.5 plc的软件设计

  plc程序流程图如图5所示。

  系统初始化后,完成了距离设定,选择运行方式后。再看系统是否有故障或是否到达原点。当完全准备妥后,分别执行自动或手动操作。在按设定距离执行自动往返运行的过程中,当中间执行断开操作后,系统保持运行方向,运行到设定距离,保持显示,然后停止运行;当执行复位操作后,系统首先运行显示归零(计数清零),然后停止运行。在执行手动运行中,当到达设定距离后,系统保持显示,并停止运行;当运行中执行断开操作,方向不变,到达设定距离后,系统保持显示并停止运行;当执行复位操作,则运行显示归零(计数清零),然后停止运行。

4 结束语

  控制器采用触摸屏和plc来实现,缩短了开发周期,提高了运行的可靠性,尤其适合此类要求工程周期短,可靠性高,批量小的设备开发。另外,软件的灵活性还有利于设备的改造和升级。

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