本文介紹了一種新型步進電機控制驅(qū)動器。該驅(qū)動器充分利用了單片機軟件控制靈活和PLC的ΔC門控制方便的主要特點，將傳統(tǒng)的PLC步進電機控制模塊與驅(qū)動電源合二為一，是一種新型的運動控制產(chǎn)品。
傳統(tǒng)上，在用PLC 控制步進電機時，通常在PLC中附加一塊專用的步進電機控制智能模塊，再與驅(qū)動電源相連接實現(xiàn)控制功能。在市場上，一片PLC的價格在2000 元左右，而一塊控制智能模塊也值2000 元，再加上驅(qū)動電源在1500 到2500 元左右，在一些小型控制中顯得成本過高。本文介紹的一種控制驅(qū)動器產(chǎn)品，采用單片機內(nèi)置式控制軟件，接收PLC 的OC 門信息，將步進電機控制模塊與驅(qū)動電源合二為一，省去了步進電機控制智能模塊，使成本大為降低。該驅(qū)動器適用于各種二相、小于3A 的步進電機。
一、系統(tǒng)硬件
本系統(tǒng)采用軟件環(huán)分驅(qū)動，大量工作由軟件完成。硬件電路十分簡單。如圖1所示。
圖1 控制驅(qū)動器線路簡圖
圖2所示，同PLC 配合閉環(huán)控制步進電機，是該驅(qū)動器的一種典型應用。
圖2 系統(tǒng)硬件
二、系統(tǒng)工作原理
眾所周知，普通的PLC 可編程控制器，輸入為OC 門或繼電器，很少有高速脈沖輸出口，但一般有脈沖計數(shù)輸入接口。我們利用這一特征點，通過以下配置可方便的完成機械運動的過程或位置控制。
在機械運動機構(gòu)上安裝過程控制使用的長光柵，并在運動機構(gòu)一端設定限位開關為機械原點(可用光電、霍爾元件) ，遠離限位開關為步進電機運行的正方向。當步進電機通電后，首先向機械原點運行，當碰到限位開關時， PLC 內(nèi)部的計數(shù)器自動清零。如我們要進行機械運動的過程控制，通過光柵與步進電機帶動的機械部件相連，確定步進電機與光柵的脈沖當量值之后，即可在PLC可編程控制器上編程實現(xiàn)高速高效的過程控制了。例如：步進電機的脈沖當量為01001mm ，與之配合的光柵反饋脈沖也選配輸出每個脈沖為01001mm ，這樣步進電機每走一步，光柵反饋一次信號到PLC內(nèi)，計數(shù)器則加(或減)一。
由于該步進電機控制驅(qū)動器有7種速度可選，在不同的運動情況下選不同的速度，當運行到確定的位置后，停止步進電機即可。同時，控制驅(qū)動器內(nèi)還自帶升降頻控制、整步/細分切換等功能，所以PLC 的控制使用十分方便。
三、系統(tǒng)軟件
該系統(tǒng)的核心是單片機軟件部分。
軟件由以下幾個主要模塊組成。如圖3所示。
圖3 控制軟件模塊
初始化模塊：清理程序中所需的標志位，判斷是否需要啟動電機并復位電機。
輸入模塊：CPU接收來自INT1到INT4的電平信號。其中INT1到INT3的各種不同組合用以選擇7種常用頻率來驅(qū)動電機，參見表1。INT4 決定運動方向(1表示正轉(zhuǎn)，0表示反轉(zhuǎn)) 。
表1 編碼信息與頻率關系
升降頻模塊：此模塊包括升降頻數(shù)據(jù)表和查詢數(shù)據(jù)表并給計數(shù)器T0 賦值兩個子模塊。它保證在兩種頻率之間切換時平穩(wěn)圓滑過渡且不失步。程序在升降頻過程中，涉及到“最優(yōu)化升降頻曲線”如圖4 所示，這條曲線的方程由電機參數(shù)決定。詳細說明查閱其他資料。在處理這條曲線時，由時間t 每遞增△t 所對應的頻率f 構(gòu)成一張表，并對應生成一頁MCS - 51 匯編語言數(shù)據(jù)表(計時器T0 的初值) ，以查詢數(shù)據(jù)表的方式來擬合這條曲線，實現(xiàn)優(yōu)化升降頻過程。
圖4 升降頻曲線
整步/ 細分切換模塊：程序確定將七種常用頻率以細分形式驅(qū)動電機，以滿足電機處以不同工作狀態(tài)時的不同需要；并將最高頻率設置成以整步驅(qū)動電機，使電機能高速空走。本模塊負責完成從整步到細分、從細分到整步的切換。
輸出模塊：此模塊包括脈沖環(huán)分和環(huán)分脈沖輸出(T0 中斷完成) 兩個子模塊。本系統(tǒng)按二相二十拍編寫程序。改變此模塊可以廣泛適用于二相各拍步進電機。
四、總結(jié)
同傳統(tǒng)驅(qū)動器相比，該控制驅(qū)動器以軟件代替硬件步進電機控制器和硬件脈沖環(huán)分電路，結(jié)構(gòu)簡單，成本節(jié)約。采用閉環(huán)控制，根據(jù)位置傳感器的不同種類和精度，可廣泛適用于坐標測量儀、比長儀等各種不同精度的精密儀器和機床設備。
參考文獻
[1] 張培仁，劉振安1MCS 單片機應用大全，科海培訓中心.
[2] 孫育才1MCS - 51 系列單片機原理及其應用1 南京工學院出版社.
