數(shù)控車床步進電機控制程序設計

單片機數(shù)控系統(tǒng)的步進電機驅動系統(tǒng)，可以用軟件來代替可變頻率脈沖源和環(huán)形分配器等硬件，對步進電機進行控制。用軟件完成環(huán)形分配的優(yōu)點是線路簡單，成本低，可以靈活的改變步進電機的控制方案，驅動功率放大功能仍由硬件完成。環(huán)形分配器邏輯序列的產(chǎn)生可用循環(huán)移動和查表法實現(xiàn)，本次數(shù)控改造采用JBF系列三相六拍步進電動機，因此，脈沖分配采用三相六拍分配方式。

1.步進電機的轉向控制

以X向步進電機為例，其環(huán)形分配器的輸出狀態(tài)表如下：

環(huán)形分配器的輸出狀態(tài)

節(jié)拍序號地址代碼C相B相A相通電順序

00700H01H001001

10701H03H011011

20702H02H010010

30703H06H110110

40704H04H100100

50705H05H101101

將上述步進電機所需的環(huán)形分配器輸出狀態(tài)表存入EPROM中，根據(jù)加工程序的需要，依次取出表地址至PA口，驅動X向步進電機。按以上順序進行通電，電機正傳，反之電機反轉。X向電機與X向相同，其脈沖輸出狀態(tài)表略。

2.步進電機速度控制

控制步進電機的速度，實際上是改變輸出狀態(tài)碼之間的間隔時間，通過調(diào)用軟件延時子程序，或者用微機定時器，通過設定時間常數(shù)加以控制，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出不同頻率的時鐘脈沖，實現(xiàn)不同的電機轉速。本系統(tǒng)，采取調(diào)用軟件延時子程序的方法。

3.軟件環(huán)形分配器的設計

在數(shù)控系統(tǒng)中，專門將一些寄存器作為步進電機的控制寄存器?？刂谱諪CW用來控制電機轉動，通過控制寄存器中的狀態(tài)，使步進電機按確定的運行方式工作。在FCW控制字中，對步進電機的方向控制位，轉動控制位以及停止控制位。分別進行定義。FCW中各個控制位含義如下：D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0，且D0-X向轉?？刂莆唬?-轉動；0-停止）；D1-X向方向位（1-正轉；0-反轉）；D2-Y向轉停控制位（1-轉動；0-停止）；D3-Y向方向位（1-正轉；0-反轉）。

步進電機是一種性能良好的數(shù)字化執(zhí)行元件，在數(shù)控系統(tǒng)的點位控制中，可利用步進電機作為驅動電機。在開環(huán)控制中，步進電機由一定頻率的脈沖控制。由PLC直接產(chǎn)生脈沖來控制步進電機可以有效地簡化系統(tǒng)的硬件電路，進一步提高可靠性。由于PLC是以循環(huán)掃描方式工作，其掃描周期一般在幾毫秒至幾十毫秒之間，因此受到PLC工作方式的限制以及掃描周期的影響，步進電機不能在高頻下工作。例如，若控制步進電機的脈沖頻率為4000HZ，則脈沖周期為0.25毫秒，這樣脈沖周期的數(shù)量級就比掃描周期小很多，如采用此頻率來控制步進電機。則PLC在還未完成輸出刷新任務時就已經(jīng)發(fā)出許多個控制脈沖，但步進電機仍一動不動，出現(xiàn)了嚴重的失步現(xiàn)象。若控制步進電機的脈沖頻率為100HZ，則脈沖周期為10毫秒，與PLC的掃描周期約處于同一數(shù)量級，步進電機運行時亦可能會產(chǎn)生較大的誤差。因此用PLC驅動步進電機時，為防止步進電機運行時出現(xiàn)失步與誤差，步進電機應在低頻下運行，脈沖信號頻率選為十至幾十赫茲左右，這可以利用程序設計加以實現(xiàn)。保證定位精度與提高定位速度之間的矛盾

步進電機的轉速與其控制脈沖的頻率成正比，當步進電機在極低頻下運行時，其轉速必然很低。而為了保證系統(tǒng)的定位精度，脈沖當量即步進電機轉一個步距角時刀具或工作臺移動的距離又不能太大，這兩個因素合在一起帶來了一個突出問題：定位時間太長。例如若步進電機的工作頻率為20HZ，即50ms走一步，取脈沖當量為δ＝0.01mm/步，則1秒鐘刀具或工作臺移動的距離為20x0.01＝0.2mm，1分鐘移動的距離為60x0.2＝12mm，如果定位距離為120mm，則定位時間需要10分鐘，如此慢的定位速度在實際運行中是難以忍受的。

為了保證定位精度，脈沖當量不能太大，但卻影響了定位速度。因此如何既能提高定位速度，同時又能保證定位精度是一項需要認真考慮并切實加以解決的問題。

可變控制參數(shù)的在線修改

PLC應用于點位控制時，用戶顯然希望當現(xiàn)場條件發(fā)生變化時，系統(tǒng)的某些控制參數(shù)能作相應的修改，例如步進電機步數(shù)的改變，速度的調(diào)整等。為滿足生產(chǎn)的連續(xù)性，要求對控制系統(tǒng)可變參數(shù)的修改應在線進行。盡管使用編程器可以方便快速地改變原設定參數(shù)，但編程器一般不能交現(xiàn)場操作人員使用；雖然利用PLC的輸入按鍵并配合軟件設計也能實現(xiàn)控制參數(shù)的在線修改，但由于PLC沒有提供數(shù)碼顯示單元，因此需要為此單獨設計數(shù)碼輸入顯示電路，這又將極大地占用PLC的輸入點，導致硬件成本增加，而且操作不便，數(shù)據(jù)輸入速度慢。所以，應考慮開發(fā)其他簡便有效的方法實現(xiàn)PLC的可變控制參數(shù)的在線修改。
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