摘 要：本文簡要介紹利用PLC控制步進電機對執行元件進行自動分度，重點介紹一種PLC控制步進電機的分度演算法，可實現3600內轉角誤差為0，保證了精確分度，並給出分度演算法梯形圖。
關鍵詞：PLC 步進電機 分度 分度演算法 梯形圖
Design and Implement of PLC Control Stepping Motor Indexing
Absract: This paper introduces how to realize the automatic indexing for workpiece using PLC control stepping motor. The indexing algorithm that can realize the corner error being zero in 3600 to ensure the precision indexing is mainly explained. The indexing algorithm ladder chart is also given.
Keywords: PLC. Stepping motor. Indexing. Indexing algorithm. Ladder chart.
1、引言
大型軸承內、外套上的分度、打孔是軸承中的關鍵工序 ,它的工藝水平和質量的高低直接影響軸承的質量、壽命和製造成本。目前軸承行業大型軸承內、外套的分度方式普遍採用人工分度方式 ,其分度精度低、累積誤差大 、工作效率低、工人勞動強度大，對軸承性能的提高造成很大的影響。我們所研製的大型數控分度頭,採用PLC可編程控制器 ,控制步進電機驅動蝸輪蝸桿對執行工件進行自動分度， 結構簡單、製造費用低，較好地解決了生產中的實際問題。
2、總體設計方案
步進電機是將電脈衝信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決於脈衝信號的頻率和脈衝數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈衝信號，電機則轉過一個步距角。其重要特點是只有周期性的誤差而無累積誤差。步進電機的運行要有步進電機驅動器這一電子裝置進行驅動，這種裝置就是把控制系統發出的脈衝信號轉化為步進電機的角位移，或者說: 控制系統每發一個脈衝信號，通過驅動器就使步進電機旋轉一步距角。所以步進電機的轉速與脈衝信號的頻率成正比。因此，控制步進脈衝信號的頻率，可以對電機精確調速;控制步進脈衝的個數，可以對電機精確定位。
在我們所設計的數控分度頭中，就是利用這一線性關係，用PLC進行電氣控制、編寫分度演算法程序，控制脈衝信號的頻率和脈衝數，步進電機驅動蝸輪蝸桿對執行工件進行精確分度，並可實現調整、手動分度、自動分度等多種電氣控制。
電氣控制方案為PLC+步進電機及可細分驅動器+數顯尺。PLC選用DVP20EH00T，AC220伏供電20點 200HZ晶體管輸出類型;根據分度精度要求考慮，選用可細分驅動器及步進電機，考慮分度時對工件的扭矩M=FR=fNR ,計算出最大扭矩為27Nm。按矩頻特性選取步進電機 ,選130BYG350A型三相混合式步進電機及配套細分驅動器MS-3H130M。
PLC的I/O配置如下表：
I0.0
調整/分度
Q0.0
脈衝數
I0.1
急停
Q0.1
花盤上升
I0.2
步進轉位
Q0.2
花盤下降
I0.3
花盤卡緊/鬆開
Q0.3
故障指示
I0.4
花盤上升/下降
Q0.4
方向
I0.5
自動分度
Q0.5
I0.6
調整啟動/結束
Q0.6
I0.7
驅動器信號
Q0.7
I0.10-I0.13
孔數設置
該數控分度頭在徑向安裝數顯尺來控制徑向分度尺寸;由PLC控制步進電機軸向分度。操作人員啟動電源 ,輸入分度數后 ,調整/分度開關置於分度位置即可實現手動或自動分度。在自動分度中可實現分度機構的鬆開、上升、分度、下降、卡緊再鬆開的順序控制
3、分度演算法
設總孔數為D2,總脈衝數D0，分度脈衝可計算為 :D0/D2=D4 +D5(餘數)。若D5=0時 ,步進電機每轉動一次,電機轉角控制脈衝均為D4。若D5≠0時 ,將D5與孔數的一半(D2/2=D8)進行比較，若小於孔數的一半，步進電機先按D4個脈衝分度，步進電機每轉過一個分度角，餘數D5累積一次，當累積數大於D8時，步進電機則按D4+1個脈衝分度一次，此時累積數減去D4+1脈衝的餘數即D2-D5，然後再按D4個脈衝分度，依次類推直至分度完畢;若餘數大於孔數的一半，步進電機先按D4+1個脈衝分度，餘數按D2-D5累積，當累積數大於D8時，步進電機則按D4個脈衝分度一次，此時累積數減去D4脈衝的餘數D5，然後再按D4+1個脈衝分度，依次類推直至分度完畢。這樣的分度演算法，使孔與孔之間的分度誤差始終小於一個脈衝當量，可以實現在3600轉角誤差為0的分度精度要求。
4、分度演算法梯形圖
5、結束語
該大型數控分度頭應用於1000mm～2000mm的軸承內、外套的分度 。主要優點為 :(1)分度精度高。驅動器在最高細分10000工作狀態下，孔孔之間分度誤差可控制在7.3μm, 可以實現3600轉角誤差為0的分度精度要求，滿足了工件的分度要求。(2) 工作效率高，分度速度快。選用的PLC最高頻率為200HZ，在自動分度工作狀態下，50個孔的分度工作不足十分鐘即可完成。(3)操作靈活、簡便。該數控分度頭實現調整(不分度)、手動或自動分度等電氣操作。人工分度方式需要測量、畫線等費工費時 ,由PLC控制的步進電機自動分度方式只需輸入分度數 ,即可實現分度的多種控制。 (4)該數控分度頭經濟、實用。投入使用后，較好地解決了以往大型軸承內、外套的分度存在的問題，提高了軸承產品質量 ,降低工人勞動強度。
參考文獻
[1]孫振強，等可編程式控制制器原理及應用教程 北京：清華大學出版社，2005，2
[2]宋伯生，等PLC編程理論、演算法、及技巧 機械工業出版社 2005，6
[3]劉乘啟 新編銑工計算手冊 機械工業出版社 2003，6
