【正文】 來越完善，在這種情況下如何提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量成為機(jī)械行業(yè)迫切需要解決的問題，而精確定位兩自由度XY工作臺作為加工機(jī)床的關(guān)鍵部分，具有它廣泛的研究范圍和經(jīng)濟(jì)的研究價(jià)值，對于提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)精度等提高生產(chǎn)的方面的發(fā)展具有深刻的意義。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺精確定位的系統(tǒng)中，可以利用現(xiàn)代控制理論的新發(fā)展，選擇合適的控制方法，在不斷更新設(shè)備的情況下同時(shí)提高對工作臺的精確定位。通過對步進(jìn)電機(jī)定位與PLC的深入研究，本文提出了利用PLC的高速脈沖輸出實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)位置控制功能的有關(guān)見解與方法，介紹了步進(jìn)電機(jī)加減速控制原理以及用PLC實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)快速精確定位的方法，給出了位置控制系統(tǒng)方案及軟件設(shè)計(jì)思路，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)運(yùn)行通過，對于工礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)相關(guān)步進(jìn)電機(jī)的精確定位控制具有較高的應(yīng)用與參考價(jià)值隨著現(xiàn)代微科技技術(shù)的發(fā)展，研制定位精度高、測量范圍大、運(yùn)動(dòng)平面度高的二自由度工作臺，即XY移動(dòng)工作臺具有重要現(xiàn)實(shí)的意義。步進(jìn)電機(jī)作為一種控制用的特種電機(jī)，因其沒有積累誤差（精度為100%）而廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量以達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。關(guān)鍵詞：工作臺 精確定位 PLC 步進(jìn)電機(jī) 引 言　 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用PLC基于高速脈沖的兩自由度工作臺精確定位控制系統(tǒng)，得出了精確定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施的關(guān)鍵，并給出了實(shí)現(xiàn)精確定位的控制方案及PLC程序。而對于開環(huán)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于開環(huán)環(huán)節(jié)的存在，使得我們在本次研究過程中的定位精度受到了一定的限制，對于工作臺的定位精度主要取決于電機(jī)的控制精度以及程序控制誤差的雙重影響，為了達(dá)到最大限度的滿足兩自由度工作臺XY的精確定位，本設(shè)計(jì)主要從基于高速脈沖的精確定位出發(fā)，以滿足和提高現(xiàn)代機(jī)床的定位操作，從而滿足人們兩自由度工作臺越來越高的要求。摘 要隨著高精密加工技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對工作臺的加工精度提出了越來越高的要求。而工作臺的定位精度是影響其加工精度的主要因素之一，所以如何方便實(shí)用的提高對工作臺的精確定位成為現(xiàn)在各個(gè)方面都在研究的重要課題。 為了在一定場合取代高成本的定位控制，實(shí)現(xiàn)精確定位控制系統(tǒng)最優(yōu)的性價(jià)比，采用西門子S7200系列PLC作為控制器，通過驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。這種使用PLC實(shí)現(xiàn)的定位方法具有快速、精確、成本低、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中十分實(shí)用。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號時(shí)就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（稱為“步距角”），其旋轉(zhuǎn)以固定的角度運(yùn)行。同時(shí)也可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度而達(dá)到調(diào)速的目的?！　】删幊绦蚩刂破鳎≒LC）是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性極高、體積小等顯著優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制裝置。精確定位技術(shù)的發(fā)展，不僅在精密測量、半導(dǎo)體光刻方面需要十分精確的定位和非常精細(xì)的運(yùn)動(dòng)，其他如微型機(jī)械、超精密加工、微型裝配、生物細(xì)胞操縱和納米技術(shù)等領(lǐng)域都需要精密工作臺的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，因此研究兩自由度XY工作臺精確定位成為當(dāng)務(wù)之急。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，特別是微型計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用，使現(xiàn)代機(jī)械加工技術(shù)發(fā)生了深刻的變化，這種變化主要涵蓋兩個(gè)方面，一是想著提高產(chǎn)品加工的生產(chǎn)效率為主的高度自動(dòng)化的方向發(fā)展，另一個(gè)是向著提高產(chǎn)品質(zhì)量為主的精度化的方向發(fā)展?；诟咚倜}沖對兩自由度XY工作臺的精確定位，是一種方便、實(shí)用、和低成本的有效方法，這也是本設(shè)計(jì)研究目的之所在。工作原理圖如下所示：PLC控制器驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)工作臺（1）兩自由度XY工作臺控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。（2）（3）第二章 系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì)利用PLC的高速脈沖指令控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，目前世界上主要的PLC廠家生產(chǎn)的PLC均有專門的高速脈沖輸出指令，可以很方便地和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)定位控制系統(tǒng)。工作臺移動(dòng)的距離與PLC脈沖數(shù)之間的關(guān)系為：　　n為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖細(xì)分?jǐn)?shù)(如果步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有脈沖細(xì)分驅(qū)動(dòng))。d為絲杠的螺紋距，它決定了絲杠每轉(zhuǎn)過一圈，工作臺面前進(jìn)的距離。i為傳動(dòng)速比?！　★@然，利用PLC控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵是對PLC產(chǎn)生的脈沖數(shù)的設(shè)定。假設(shè)以貨物倉儲系統(tǒng)中的對直線導(dǎo)軌的定位控制設(shè)計(jì)為例加以說明。假設(shè)從起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)送距離為100 mm，即要求由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)，定位距離為100 mm。其中CPU226型PLC的CPU有兩個(gè)脈沖發(fā)生器。根據(jù)控制要求，系統(tǒng)擬采用高速脈沖串輸出PTO功能，PTO功能可輸出一定脈沖個(gè)數(shù)和占空比為50%的方波信號。PTO功能允許多個(gè)脈沖串排隊(duì)輸出，從而形成流水線。為了消除電機(jī)的低頻振蕩，提高分辨率，采用了步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，176。脈沖細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)定為4。為了維護(hù)步進(jìn)電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)設(shè)備，要求驅(qū)動(dòng)脈沖頻率也線性增大，所以，本定位控制系統(tǒng)采用多管線操作，控制電機(jī)的運(yùn)行過程。定位精度只與步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量有關(guān)， mm/脈沖，則需要900個(gè)脈沖完成定位。如圖2所示。首先，PLC必須是可以輸出高速脈沖的晶體管輸出形式?！　?2)步進(jìn)電機(jī)脈沖細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的選擇及參數(shù)設(shè)置。首先考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型選擇，其次才是品種選擇，根據(jù)系統(tǒng)要求，確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電壓值、電流值以及有無定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置，從而就可以確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)?！　?4)脈沖當(dāng)量的計(jì)算。這些方案對工作臺的精確定位都從某一角度作出了比較好的詮釋。這也是本設(shè)計(jì)選擇其作為兩自由度XY工作臺精確定位的方案之所在。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?？梢灶A(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用必將形成世界潮流。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。在運(yùn)行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。除了執(zhí)行用戶程序外，每次循環(huán)過程中，PLC不還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5 個(gè)階段，如圖46所示。 圖46 掃描工作方式在工作狀態(tài)下，執(zhí)行一次圖46所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期。 輸入采樣階段。此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。 程序執(zhí)行階段。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。 輸出刷新階段。輸入輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指PLC的外部輸入信號發(fā)生變化的時(shí)間到它的控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路的濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式的滯后時(shí)間三部分組成。繼電器輸出電路的滯后時(shí)間一般在10ms左右，雙向可控硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間為1ms，負(fù)載斷開時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms，晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間一般在1ms左右。脈沖列(PTO)功能提供周期與脈沖數(shù)目可以由占空比控制的占空比為50%的方波脈沖輸出。 圖47 方波脈沖串周期：單位可以是微秒μs或毫秒ms；為16位無符號數(shù)據(jù)，周期變化范圍是50~65535μs或2~65535ms，通常應(yīng)設(shè)定周期值為偶數(shù)，若設(shè)置為奇數(shù)，則會引起輸出波形占空比的輕微失真。脈沖數(shù)：用雙字長無符號數(shù)表示，脈沖數(shù)取值范圍是1~4294967295之間。 中斷事件使用高速脈沖串輸出時(shí)，要按以下步驟進(jìn)行：確定脈沖發(fā)生器及工作模式 設(shè)置控制字節(jié)寫入周期值、周期增量值和脈沖數(shù)裝入包絡(luò)