單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。用軟件完成環(huán)形分配的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，成本低，可以靈活的改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案，驅(qū)動(dòng)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(dòng)和查表法實(shí)現(xiàn)，本次數(shù)控改造采用JBF系列三相六拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因此，脈沖分配采用三相六拍分配方式。

1.步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制

以X向步進(jìn)電機(jī)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(hào)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(jìn)電機(jī)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(qū)動(dòng)X向步進(jìn)電機(jī)。按以上順序進(jìn)行通電，電機(jī)正傳，反之電機(jī)反轉(zhuǎn)。X向電機(jī)與X向相同，其脈沖輸出狀態(tài)表略。

2.步進(jìn)電機(jī)速度控制

控制步進(jìn)電機(jī)的速度，實(shí)際上是改變輸出狀態(tài)碼之間的間隔時(shí)間，通過調(diào)用軟件延時(shí)子程序，或者用微機(jī)定時(shí)器，通過設(shè)定時(shí)間常數(shù)加以控制，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出不同頻率的時(shí)鐘脈沖，實(shí)現(xiàn)不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)，采取調(diào)用軟件延時(shí)子程序的方法。

3.軟件環(huán)形分配器的設(shè)計(jì)

在數(shù)控系統(tǒng)中，專門將一些寄存器作為步進(jìn)電機(jī)的控制寄存器。控制字FCW用來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過控制寄存器中的狀態(tài)，使步進(jìn)電機(jī)按確定的運(yùn)行方式工作。在FCW控制字中，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的方向控制位，轉(zhuǎn)動(dòng)控制位以及停止控制位。分別進(jìn)行定義。FCW中各個(gè)控制位含義如下：D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0，且D0-X向轉(zhuǎn)?？刂莆唬?-轉(zhuǎn)動(dòng)；0-停止）；D1-X向方向位（1-正轉(zhuǎn)；0-反轉(zhuǎn)）；D2-Y向轉(zhuǎn)?？刂莆唬?-轉(zhuǎn)動(dòng)；0-停止）；D3-Y向方向位（1-正轉(zhuǎn)；0-反轉(zhuǎn)）。

步進(jìn)電機(jī)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(diǎn)位控制中，可利用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在開環(huán)控制中，步進(jìn)電機(jī)由一定頻率的脈沖控制。由PLC直接產(chǎn)生脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)可以有效地簡(jiǎn)化系統(tǒng)的硬件電路，進(jìn)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(jìn)電機(jī)不能在高頻下工作。例如，若控制步進(jìn)電機(jī)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(jí)就比掃描周期小很多，如采用此頻率來控制步進(jìn)電機(jī)。則PLC在還未完成輸出刷新任務(wù)時(shí)就已經(jīng)發(fā)出許多個(gè)控制脈沖，但步進(jìn)電機(jī)仍一動(dòng)不動(dòng)，出現(xiàn)了嚴(yán)重的失步現(xiàn)象。若控制步進(jìn)電機(jī)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(jí)，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)亦可能會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。因此用PLC驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)時(shí)，為防止步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)失步與誤差，步進(jìn)電機(jī)應(yīng)在低頻下運(yùn)行，脈沖信號(hào)頻率選為十至幾十赫茲左右，這可以利用程序設(shè)計(jì)加以實(shí)現(xiàn)。保證定位精度與提高定位速度之間的矛盾

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

為了保證定位精度，脈沖當(dāng)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(shí)又能保證定位精度是一項(xiàng)需要認(rèn)真考慮并切實(shí)加以解決的問題。

可變控制參數(shù)的在線修改

PLC應(yīng)用于點(diǎn)位控制時(shí)，用戶顯然希望當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)條件發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)的某些控制參數(shù)能作相應(yīng)的修改，例如步進(jìn)電機(jī)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(duì)控制系統(tǒng)可變參數(shù)的修改應(yīng)在線進(jìn)行。盡管使用編程器可以方便快速地改變?cè)O(shè)定參數(shù)，但編程器一般不能交現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用；雖然利用PLC的輸入按鍵并配合軟件設(shè)計(jì)也能實(shí)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(dú)設(shè)計(jì)數(shù)碼輸入顯示電路，這又將極大地占用PLC的輸入點(diǎn)，導(dǎo)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(yīng)考慮開發(fā)其他簡(jiǎn)便有效的方法實(shí)現(xiàn)PLC的可變控制參數(shù)的在線修改。
東莞市周氏數(shù)控設(shè)備有限公司-數(shù)控車床，企業(yè)堅(jiān)強(qiáng)后盾整理發(fā)布。