信捷PLC多段速脉冲输出控制三相步进电机

    信捷XC3系列PLC具有2路高速脉冲输出，其输出频率最高可达400kHz，本节介绍用PLSR指令实现的多段速双向脉冲输出，它能更好地适应实际的控制要求。    1．功能要求    (1)系统设置自动和手动两种工作方式，用信捷PLC和DSP-5230三相步进驱动器控制三相步进电机，也要求按图7.11所示来回运动，但前进时可按4种不同的段速变速前进。    (2)设计如图7.17所示的文本显示器人机界面。通过主画面(a)可以跳转到手动画面(b)和自动画面(c)，在画面(b)和(c)中分别可以手动或自动启动电机前进和返回，同时显示当前的脉冲段段号和累计脉冲数。
    图7.17    多段速脉冲输出文本显示器人机界面    (3)按信捷DSP-5230驱动器说明书，DSP-5230能驱动输入电压为300VDC或220VAC、电流在5.2A以下的各种三相混合式步进电机（如90、110、130型），适合要求高定位精度、低速平稳运行的自动化设备。本例选用的是110型三相混合式步进电机，型号为110BYG350C，步距为0.6°/1.2°，电压为80～300V，电流为3A，保持转距18N·m，重量达10kg以上。    2．PLC与文本显示器选型及存储分配    输出信号只有两个，其地址分配和相关信息如表7. 17所示。PLC选择信捷XC3-18RT-E型，属于XC系列的标准机型，为继电器和晶体管混合输出，上面提到的两路高速脉冲输出Y0、Y1为晶体管输出。    表7.17    步进电机控制输出信号及地址分配
    根据图7. 17画面选择信捷可编程文本显示器OP320-A-S( DC24V，3W)，它能显示12汉字×4行。图7. 17各画面中相应部件的存储分配与属性分别如表7.18～表7.22所示，按照这些表中的数据，用信捷“OP20系列画面设置工具”(V6.5n)，就可以画出图7. 17的人机界面了。    表7. 18    图7.17(a)人机界面中功能键存储分配与属性
    表7. 19    图7.17 (b)人机界面中功能键存储分配与属性
    表7. 20    图7.17(b)人机界面中数据显示窗存储分配与属性
    表7. 21    图7.17(c)人机界面中功能键存储分配与属性
    表7. 22    图7.17(c)人机界面中数据显示窗存储分配与属性
    3．梯形图程序设计    多段速脉冲输出控制三相步进电机采用状态编程，其状态梯形图如图7. 18所示，读者可以结合注释来阅读。下面对程序设计中的算法和相关知识作如下说明。
    图7.18    信捷PLC多段速脉冲输出控制步进梯形图    (1)状态表    多段速双向脉冲输出控制的状态表如表7. 23所示。S2为总流程控制初始状态。可以通过手动和自动按钮转移到S21状态，Y0输出脉冲，Y1输出脉冲方向，驱动步进电机按4段速前进；通过M8170标志可转移到S22状态，Y0输出脉冲，Y1输出脉冲方向，驱动步进电机返回原点。此后，M8170标志又将控制状态转移到S2，从而控制步进电机在前进与返回两个工步之间循环运动。    表7.23    多段速双向脉冲输出控制的状态表
    (2)带加减速脉冲输出指令    信捷PLSR指令除兼容三菱的FNC59脉冲输出指令外，还扩展了另外两种控制模式。本案例中介绍的是最具特色的多段速双向脉冲输出控制模式，它是以指定的频率、加减速时间和脉冲方向分段产生定量脉冲。下面以图7. 19示例梯形图（即图7.18中101梯级处这条32位脉冲输出指令）和图7. 18中设定的相关脉冲参数为例，进行说明。
    图7. 19    多段速双向脉冲输出指令示例    [S1·]为设置脉冲输出参数的数据寄存器区域的起始地址。示例中D10、D11设定第1段脉冲的最高频率，D12、D13设定第1段脉冲的个数；D14、D15设定第2段脉冲的最高频率，D16、D17设定第2段脉冲的个数；以此类推，最多可设定24段，当遇到Dn、Dn+1的值都为0时，表示分段结束。示例梯形图中[S1·]的取值为图7.18梯形图中48步梯级处所设定的值，总共设定4段，如表7. 24所示。    表7. 24    图7.19中[S1·]的设定
    [S2·]为加减速时间，指从开始到第一段最高频率的加速时间，这一调速斜率也将是其余段的加减速率。可用操作数为十进制常数K和各类数据寄存器。示例梯形图中[S2·]的取值为图7. 18梯形图中19步梯级处所设定的值，即D30=200ms。    [D1·]为脉冲输出的Y地址，只限Y0或Y1。本例中取Y0。    [D2·]为脉冲输出方向的Y地址，可以任意指定。在一次多段速脉冲输出中，当[S1·]中第一段设定的脉冲个数为正时，脉冲方向为ON；而当设定的脉冲个数为负时，脉冲方向为OFF。这一脉冲方向的设定也将是其余各段的脉冲方向。本例中取Y1。    在图7. 19中，当T200接通时，Y0将先后按照表7.24指定的各段频率，以200ms为加减速时间，分段输出指定的定量脉冲，脉冲方向信息由Y1输出，可用于驱动步进电机。    (3)步进电机的计算    由于DSP-5230设计时把方波改为三相正弦波驱动，所以步进电机步距角要按1.8°/步估算。若细分数等于10，按上节介绍的计算方法，可算出其转一圈的脉冲数为2000。对应表7. 24中各段的脉冲数步进电机的圈数如表7.25所示。    表7. 25    对应表7.24中各段的脉冲数步进电机的转数
    (4)手动和自动的工作过程    上电后M8002接通一个扫描周期，对系统进行初始化，同时置状态S2 =1。文本显示器上出现主画面，用到的功能键定义见表7.18～表7.22。    ①S2状态：设置加减速时间为200ms，把Y0脉冲当前值寄存器D8170清0。在文本显示器的主画面，如果触按SET键，M100常开瞬时ON，进人手动方式（触按“↑”键可跳转至手动画面）；如果触按“↓”键，跳转至自动画面后，触按ENT键，M200常开瞬时ON，置自动标志M203 =1。手动和自动是互锁的，在状态最后均将置状态S21=1。    ②S21状态：按表7.24设置4段速脉冲输出各段的频率和脉冲数。在手动画面触按“→”键，M101常开瞬时ON，进入手动启动，M201置1，开T200定时器，延时1s后，按图7. 19中说明启动手动前进。如果在S21已置M203 =1，则会启动自动前进。在脉冲发送中标志M8170的下降沿，复位M201，关T200定时器，电机前进停止，最后置状态S22 =1。    ③S22状态：设置返回原点时的频率和脉冲数（D10和D30）。在手动画面触按返回原点“←”键，M102常开瞬时ON，M202置1，开T201定时器，延时1s后，按5000Hz频率返回原点。如果在S21已置M203 =1，则会启动自动返回原点。在M8170脉冲发送中标志的下降沿，复位M202，关T201定时器，电机到原点停止。最后置状态S21=1。在自动方式，又将循环执行电机自动前进，在手动方式需要触按前进功能键。    在手动或自动画面中，分别触按ESC键，M110或M210常开瞬时ON，将停止步进电机运转。    4．接线图    多段速脉冲输出接线图如图7. 20所示。其中，信捷XC3-48RT-E是AC电源型，电压允许范围为AC90～265V，它与文本显示器OP320-A-S之间仍然可以用DVP连接线（即与PC连接的那根通信电缆）连接。    信捷DSP-5230为三相高精度步进驱动器，适用各种要求高定位精度、低速平稳运行的自动化设备中，如雕刻机、数控机床、切割机等。同DSP-565一样，它有控制信号接口、强电接口和8个微型拨动开关SW1～SW8，其外形如图7.21所示。它的控制信号接口的连接与上面介绍的DSP-565一样，不再重复说明。它的强电接口用于同供电电源和步进电机连接，只要把驱动器的A、B、C输出端分别和步进电机三相线圈输出端1、3、5对应相连即可（不管三相线圈是星接还是角接）。它的供电电压为AC50～220V或DC70～300V，本案例中采用AC供电。
    图7.20    信捷多段速双向脉冲输出接线图
    图7.21   DSP-5230    DSP-5230细分动态可调范围为2～128，用SW5～SW8可设定15挡细分值，SW1～SW3可设定8挡电流值；还可用SW4设定全流和半流。本例为空载试验，SW4为OFF（半流工作状态），电流设定为2. 8A。表7.26是本例中对SW1～SW8的设定。    表7.26    图7.19中[S1·]的设定