【導讀】控制器采用觸摸屏和plc來實現(xiàn)，縮短了開發(fā)周期，提高了運行的可靠性，尤其適合此類要求工程周期短，可靠性高，批量小的設備開發(fā)。本文就為大家詳細講解一種基于PLC的專用步進電機控制器設計。
1、引言
某進口設備大面積的嚴重損壞。經(jīng)過修理，更換了一大批電子元件，才勉強恢復原有的技術(shù)指標。但其工作已不是很可靠。由于該設備已停產(chǎn)，并且沒有相關(guān)的代替設備。為配合生產(chǎn)需要，我們投入了對該設備的研制。原設備完全由晶體管電路構(gòu)成，考慮到研制周期及可靠性等因素。我們決定采用plc（fx2n-32t）和觸摸屏（mt506s）控制技術(shù)重新進行設計。
2 功能概述
該設備實質(zhì)上就是一臺專用的測控步進電機裝置的設備。步進電機裝置由步進電機及其相關(guān)電路組成。該設備功能包括：距離（工作步數(shù)）設定、啟動、位置顯示及清零，（自動、手動）連續(xù)或單次運行，（自動、手動）回原點，步進電機欠電流檢測報警，原點到位顯示等。
3 裝置原理介紹
3.1 系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)工作原理如圖1所示。圖中觸摸屏作為人機界面，用來顯示并進行操作;plc作為控制器，接收觸摸屏的設定數(shù)據(jù)并進行邏輯處理，再控制步進電機。步進電機裝置是受控對象，不能進行修改。它包括多種電源形式：步進電機工作在－24v三相雙三拍直流矩形波的供電方式，還包括＋12v、－12v、+5v等電壓和極性不同的信號。為了使多種信號的檢測和驅(qū)動、步進電機裝置相匹配，增加了信號的轉(zhuǎn)換電路。
3.2 轉(zhuǎn)換電路原理
信號轉(zhuǎn)換電路的部分電路，如圖2，3所示。
圖2中，當5v或0v信號到達電阻r1后，通過光電耦合器使plc輸入1信號接通，此時電機回原點運行的過程中開始計數(shù)，記錄運行步數(shù)。當+12v信號到達“±12v信號”后，首先點亮發(fā)光管d6，然后通過光電耦合器u1-3使plc輸入3接通，指示到達原點，電機停止運行;當-12v信號到達“±12v信號”后，通過光電耦合器u1-2使plc輸入2接通，超出設定極限。當-12v信號到達“-12v信號2”通過光電耦合器u1-3使plc輸入接通，指示到達原點，電機停止運行。
3.3 電流檢測原理
在步進電機驅(qū)動器中，內(nèi)置了電流檢測電路。電機發(fā)生斷電或欠電流運行時，發(fā)出報警信號，使系統(tǒng)停止運行。檢測原理是利用三相雙三拍步進電機的工作特性，在任意時刻均有兩相得電。只要檢測任意時刻流過公共地線的電流大于相應額定電流的2/3即可認為工作正常，如小于相應額定電流的2/3，則認為欠電流運行。電路原理和時序圖，如圖3，4所示。
圖3中，r是電流檢測電阻，c用于消除競爭。在圖4中in表示三相雙三拍電機流過公共點電流檢測電阻的額定工作電流;in表示檢測電流的門限，in=2/3in;i表示電機的實際工作電流。alm表示欠電流報警。系統(tǒng)運行后，當i≥in時，alm報警，直到故障排除，系統(tǒng)復位后報警解除。圖4中的細實線表示alm未報警時的時序圖。
3.4 觸摸屏的軟件設計
（1） 首頁：打開電源開關(guān)后，提示輸入登錄密碼。正確輸入密碼后，自動進入首頁。設備進入準備狀態(tài)。
（2） 輸入窗口：輸入窗口主要用于設定并進行操作。包括鍵盤和主要操作控件，操作者可以直接對設備進行操作。
（3）配方數(shù)據(jù)窗口：對于經(jīng)常用到的操作數(shù)據(jù)，可以按照提供的格式存放到配方卡記憶體里面，當需要時把它調(diào)出來，而不需要臨時輸入數(shù)據(jù)，可以大大地提高操作效率。
（4） 控制窗口：控制窗口主要用于對設備的基本功能的操作和顯示。包括一個隱藏的小鍵盤窗口，可以在需要設定數(shù)據(jù)時彈出。
（5） 元件檢查窗口：用于對plc內(nèi)部關(guān)鍵元件的監(jiān)測，以便出錯時查找故障。
（6）梯形圖檢查窗口：用于對plc梯形圖的實時監(jiān)控（由于mt506s不具備直接顯示plc內(nèi)部梯形圖的功能，故采用了單獨制作顯示plc各元件的方法組合成關(guān)鍵部分梯形圖）。
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3.5 plc的軟件設計
plc程序流程圖如圖5所示。
系統(tǒng)初始化后，完成了距離設定，選擇運行方式后。再看系統(tǒng)是否有故障或是否到達原點。當完全準備妥后，分別執(zhí)行自動或手動操作。在按設定距離執(zhí)行自動往返運行的過程中，當中間執(zhí)行斷開操作后，系統(tǒng)保持運行方向，運行到設定距離，保持顯示，然后停止運行;當執(zhí)行復位操作后，系統(tǒng)首先運行顯示歸零（計數(shù)清零），然后停止運行。在執(zhí)行手動運行中，當?shù)竭_設定距離后，系統(tǒng)保持顯示，并停止運行;當運行中執(zhí)行斷開操作，方向不變，到達設定距離后，系統(tǒng)保持顯示并停止運行;當執(zhí)行復位操作，則運行顯示歸零（計數(shù)清零），然后停止運行。
4 結(jié)束語
控制器采用觸摸屏和plc來實現(xiàn)，縮短了開發(fā)周期，提高了運行的可靠性，尤其適合此類要求工程周期短，可靠性高，批量小的設備開發(fā)。另外，軟件的靈活性還有利于設備的改造和升級。
