1  引言
      隨著紡機裝備技術進步,，步進與伺服電機運動控制系統(tǒng)的應用越來越廣泛，其功能多樣性和產品可靠性日臻完善,，正在逐步取代原來的普通電機,。而且隨著可編程控制器技術的日益成熟，將二者完整地結合起來,，完成對各種復雜運動的自動控制,，實行機電一體化，正在成為一種趨勢,。步進電機是一種將脈沖信號轉換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件,。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比, 其速度與單位時間內輸入的脈沖數(shù)（即脈沖頻率） 成正比, 其轉向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量,、頻率及電機繞組通電的相序, 便可控制步進電機的輸出位移量,、速度和方向。步進電機具有較好的控制性能, 其啟動,、停車,、反轉及其它任何運行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內完成, 且可獲得較高的控制精度, 因而得到了廣泛的應用。
2  步進電機脈沖分配器
      在可編程控制器plc的應用中,，步進電機是常見的被控制對象,。步進電機是一種數(shù)字控制元件，直接接收脈沖信號,，它旋轉的角度和轉速分別與輸入的脈沖數(shù)和頻率成正比,，因此只要控制輸入到其線圈繞組中的脈沖數(shù)和脈沖頻率就可控制步進電機的轉動角度和轉速，但是輸入的脈沖還需要經過脈沖分配器分配給步進電機的各個繞組,。用plc控制步進電機,，脈沖分配器的設計是一個很重要和非常靈活的問題，它可以用硬件組成,，也可以用軟件組成,，本文以松下fp0- c16t plc為例，討論幾種實現(xiàn)步進電機脈沖分配器的方法。

 圖1  控制原理接線圖
      用硬件實現(xiàn)步進電機脈沖分配器控制原理接線圖如圖1所示,。由于脈沖分配器是由硬件實現(xiàn),， fp0-c16t只需提供一串脈沖，而fp0系列的plc具有脈沖輸出功能和高速計數(shù)器（hsc）功能,，因此利用此功能進行控制步進電機非常方便,。

圖2  控制梯形圖

      fp0系列各型號的plc的輸出端y0或y1都具有脈沖輸出功能，其輸出脈沖的最大頻率為10khz,。具體輸出脈沖頻率可以用軟件編程,，y0 或y1輸出的脈沖經脈沖分配器把脈沖分配給步進電機的各相繞組，同時y0或y1接至pulse的輸入接點,；當達到頂定值時發(fā)生中斷,，使y0或y1的脈沖頻率切換至下一參數(shù)。y2或y3是方向控制信號,。vcc值為5v時,，r短路；vcc值為12v時,，r＝1kq（≥1/8w） ,；vcc值為24v 時，r=2kq（≥1/8w）,。圖2是實現(xiàn)這一控制的梯形圖,。dt100～dt106是存放輸出脈沖頻率和個數(shù)的通用寄存器，梯形圖中所給參數(shù)是輸出脈沖初始頻率為500hz,，最高頻率為5000hz,，脈沖個數(shù)為10000。
3  軟件步進電機脈沖分配器設計
3.1 電原理設計
 

圖3  硬件接線圖 

     圖3是用軟件實現(xiàn)步進電機脈沖分配器plc與步進電機的硬件接線圖,。步進電機以最常見的三相六拍通電方式工作,。k0、k1,、k2分別是正轉,、反轉及停止控制開關，分別接在plc的輸入繼電器x0,、xl和x2上;plc的輸出繼電器y0,、y1和y2分別接步進電機的三相繞組a、b,、c,。軟件實現(xiàn)脈沖分配的方法很多，這里討論三種實現(xiàn)方案,。
3.2 軟件實現(xiàn)方案之一
 

圖4  軟件方案1梯形圖
       梯形圖如圖4所示,。步進電機是以相六拍通電方式工作,，即三相繞組的通電順序是：正轉：a－ab－b－bc－c－ca  反轉：a－ac－c－cb－b－ba 該方案中，時鐘可以用plc中的定時器設計一個時鐘發(fā)生器,，也可以使用plc中的內部0.01s,、0.02s、 0.1s,、0.2s、1s,、2s時鐘,，它們分別由plc中的特殊內部繼電器r9018、r9019,、r901a,、r901b、r901c,、r901d產生,，為了方便、在此使用plc中的特殊內部繼電器r901a 0.1s脈沖繼電器作為控制時鐘,。繼電器r0和r1分別在正反轉接通,；16位移位寄存器（繼電器）wr1產生正反轉的六個節(jié)拍，用移位寄存器的各觸點r10～r15與r0,、r1進行組合,使輸出繼電器y0,、y1、y2按上述正反轉的順序通電,。
3.3 軟件實現(xiàn)方案之二

圖5  軟件方案2梯形圖
      梯形圖如圖5所示,。該方案中，開關x0,、x1作為正反轉啟動控制,，k2作為停止。時鐘仍然使用plc中的特殊內部繼電器901a 0.1s脈沖繼電器作為控制時鐘,。使用一個16位移位寄存器（繼電器）wr1,，產生正反轉所需的六個節(jié)拍，用位移位寄存器（繼電器）的觸點r10-15和正反轉控制繼電器r0-r1的觸點進行組合,，并利用plc中的高級數(shù)據(jù)傳輸指令．把所需的控制字（見附表）直接輸出到plc的輸出端,，使輸出繼電器y0、y1,、y2 按上述正反轉的順序通電,。
3.4 軟件實現(xiàn)方之三

圖6  軟件方案3梯形圖

      梯形圖如圖6所示?？刂崎_關的作用和時鐘仍然如方案二所述,。在該方案中，利用r9013運行初期0n脈沖繼電器，開機時把輸出控制字送到 plc的通用數(shù)據(jù)寄存器dt0～dt7中,根據(jù)正反轉控制要求把plc中的檢索寄存器ix（置初值（正轉置0或反轉置5）作為輸出控制字的初始指針,；利用 [f0 mv ,ixdt0, wy0]指令,，把所需的控制字直接輸出到plc的輸出端，之后修改ix的值,，使輸出繼電器y0,、y1、y2按上述正反轉的順序通電,。r900b是比較相等標志,。

4  應用案例
 

圖7  國產梳棉機電氣系統(tǒng)框圖

      基于硬件實現(xiàn)方案設計了一套步進電機控制系統(tǒng)，成功用于國產梳棉機的電控系統(tǒng)的改造上,。其電控系統(tǒng)原理框圖如圖7所示,。該電氣控制系統(tǒng)通過 plc控制步進電機解決了國產梳棉機繼電器控制系統(tǒng)復雜，可靠性不高,，控制精度不夠,，故障點多，布線繁雜等難點,，可以按梳棉機的工藝要求方便地控制梳棉機,，還可以根據(jù)所紡纖維種類和對產品質量要求確定梳棉機的電氣參數(shù)，包括錫林和道夫的啟動時間以及它們的轉速等,。另外,，該系統(tǒng)具有性能可靠，控制精度高,、操作簡單,、運行平穩(wěn)、無噪音等優(yōu)點,，提高了梳棉機的機電一體化程度,，完全能滿足用戶的使用要求。
5  結束語

      利用可編程控制器可方便地實現(xiàn)對電機的速度和位置進行控制,，能夠可靠地實現(xiàn)步進電機的操作,，完成各種復雜的動作?；趐lc控制步進電機的控制系統(tǒng)方案在國產梳理機上的應用,，提高了梳棉機的機電一體化水平，更為重要的是為提高棉紡全流程運行的穩(wěn)定性,、可靠性奠定了基礎,，保證了全流程連續(xù)、同步,、平穩(wěn)運行,，使輸出毛條長片段,、起長片段、甚至短片段的均勻度都能穩(wěn)定在一定范圍內,，從而保證了成紗質量的穩(wěn)定性,。基于plc控制步進電機的控制系統(tǒng)在國產梳理機上的成功證明,，該機所采用的控制系統(tǒng),，完全可以應用于其它國產傳統(tǒng)紡織設備的改造當中，對國內紡織廠進行國產設備改造升級具有很好的參考價值,。