CN111464087A - 一种无零位开关步进电机的控制方法及定位机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无零位开关步进电机的控制方法及定位机构，其控制方法包括以下步骤：移动车刀至合适的位置，人机界面将对刀指令传送给PLC控制器，PLC控制器接收指令并记录初始位置信息；在人机界面将设定的步进电机每段运行距离及速度传送给PLC控制器；PLC控制器接收信息，并通过控制步进电机驱动器使车床运转；步进电机运行到设定位置后停止运行，步进电机将位置信息传送给PLC控制器；PLC控制器以此位置为基准进行下一次定位。本发明的定位机构至少包括人机界面、PLC控制器、编码器、步进电机和机床传动机构。采用本发明控制方法的定位机构无需对步进电机进行回零操作，操作非常简单、方便，且定位精确度高，减少了废品的产生率，大大降低了成本。

Description

一种无零位开关步进电机的控制方法及定位机构

技术领域

本发明涉及一种无零位开关步进电机的控制方法及定位机构，属于机械加工技术领域。

背景技术

步进电机可以根据脉冲数和脉冲频率来对电机实现开环控制位置和速度，是一种便宜、简单好用的控制类电机，在自动化控制领域得到越来越广泛的应用。步进电机价格低廉在大扭矩、600转每分钟以内的低转速应用中较有优势。但由于步进电机不是闭环控制，选型或者使用不当，也会容易出现步进电机失步，也叫步进电机丢步，也就是步进电机没有按照指令到达应该到达的位置，为了不让由此产生的定位误差积累，每次新的定位动作前都要对步进电机执行一次回零操作，这样不仅操作繁琐，而且在一些机床中会由于零位开关的误动作导致一些废品的产生，使生产成本大大增加，且延误生产周期。现有技术对于步进电机丢步多采用一些实现补偿的编程方法，但此类编程方法非常复杂，不易实现，且容易出错。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，并提供一种无零位开关步进电机的控制方法及定位机构，采用本发明控制方法的定位机构在每次新的定位动作前无需对步进电机进行回零操作，操作非常简单、方便，且定位精确度高，能消除步进电机丢步而产生的定位误差，减少了废品的产生率，大大降低了成本。

为实现上述目的，本发明一种无零位开关步进电机的控制方法采用的技术方案包括以下步骤：

S1、移动车刀至合适的位置，对人机界面发出“对刀”指令，人机界面将指令传送给PLC控制器，PLC控制器执行HSC指令将高速计数器HSC1的当前值更改为“0”；PLC控制器将高速计数器HSC1的数值传送给变量寄存器VD188作为计数当前值传送给步进电机驱动器和人机界面，并以此为基准控制步进电机驱动器的启停；

S2、在人机界面设定步进电机每段运行距离及速度，并将信息传送给PLC控制器；

S3、PLC控制器接收人机界面的输入信息，并将信息转换成运动指令传送给步进电机驱动器，步进电机驱动器控制步进电机运行，步进电机带动传动丝杆，从而控制车床运转；

S4、步进电机运行到设定位置后停止运行，步进电机通过与其位置同步的传动丝杆将其位置信息通过编码器传送给PLC控制器；

S5、PLC控制器接收编码器传送的信息，并将高速计数器HSC1的数值传送给变量寄存器VD188作为计数当前值传送给步进电机驱动器和人机界面，并以此为基准控制步进电机驱动器的启停；

S6、重复步骤S2～S5，直到加工到位。

对此技术方案的进一步改进是：

所述PLC控制器设有行程上下限位开关，当步进电机运行至设定行程终点时即会强制停止运行。

在需要对对刀位进行微量调整时，可在人机界面上通过输入适当的偏移量，同样通过执行HSC指令将高速计数器HSC1的当前值进行更改，从而实现对刀调整。

本发明使用上述控制方法的无零位开关步进电机的定位机构，技术方案是：

至少包括人机界面、PLC控制器、编码器、步进电机和机床传动机构，人机界面通过串口与PLC控制器相连；PLC控制器输入端口与编码器相连，输出端口连接有步进电机驱动器；步进电机驱动器与步进电机相连；步进电机与机床传动机构的传动丝杆相连；传动丝杆的另一端与编码器相连。

对此技术方案的进一步改进是：

PLC控制器输入端口还连接有上、下限位开关，上、下限位开关用于限制步进电机超程运行。

所述的人机界面采用SUK-070L。

所述PLC控制器的变量寄存器具有断电不丢失的功能。

所述PLC控制器为新泰阳CPU 224XP-6DS。

由本发明提供的技术方案可知，本发明的无零位开关步进电机的控制方法操作非常简单，仅需对人机界面发出相应指令，人机界面即可把相关信息传送给PLC控制器，PLC控制器通过将指令传送给步进电机驱动器从而控制步进电机的运转，达到带动机床运转的目的，并同时接收步进电机的位置信号，以作为下一次定位操作的初始位置，从而实现不用每次定位操作均需回到零位，大大提高了定位的精度，避免了废品的产生。PLC控制器设有行程上下限位开关，避免步进电机超行程运行，可以保障设备及产品的安全。本发明的定位机构所需部件均为市面上常用的产品，制造成本不高，且连接方式及控制程序均较为简单，PLC控制器的变量寄存器本身还具有断电不丢失的功能，连带与其相连的编码器也具有断电不丢失的功能，即使断电重开机的情况下也不用再次进行零位设置，非常简单实用。

附图说明

图1为本实发明的定位机构结构示意图。

图2为本发明的PLC控制器的输入、输出端口接线示意图。

图中：1.PLC控制器；2.人机界面；3.步进电机驱动器，4.步进电机；5.下限位开关；6.传动丝杆；7.上限位开关；8.编码器；9.PLC控制器的输入端口；10.PLC控制器的输出端口；11.PLCPORT0通讯口；12.人机界面通讯口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

本发明实施例的无零位开关步进电机的控制方法，包括以下步骤：

S1、移动车刀至合适的位置，对人机界面2发出“对刀”指令，人机界面2将指令传送给PLC控制器1，PLC控制器1执行HSC指令将高速计数器HSC1的当前值更改为“0”；在需要对对刀位进行微量调整时，可在人机界面2上通过输入适当的偏移量，同样通过执行HSC指令将高速计数器HSC1的当前值进行更改，从而实现对刀调整。PLC控制器1将高速计数器HSC1的数值传送给变量寄存器VD188作为计数当前值传送给步进电机驱动器3和人机界面2，并以此为基准控制步进电机驱动器3的启停；

S2、在人机界面2设定步进电机4每段运行距离及速度，并将信息传送给PLC控制器1；

S3、PLC控制器1接收人机界面2的输入信息，并将信息转换成运动指令传送给步进电机驱动器3，步进电机驱动器3控制步进电机4运行，步进电机4带动传动丝杆6，从而控制车床运转；所述PLC控制器1设有行程上下限位开关7和5，当步进电机4运行至设定行程终点时即会强制停止运行。

S4、步进电机4运行到设定位置后停止运行，步进电机4通过与其位置同步的传动丝杆6将其位置信息通过编码器8传送给PLC控制器11；

S5、PLC控制器接收编码器8传送的信息，并将高速计数器HSC1的数值传送给变量寄存器VD188作为计数当前值传送给步进电机驱动器3和人机界面2，并以此为基准控制步进电机驱动器3的启停；

S6、重复步骤S2～S5，直到加工到位。

如图1所示，本实施例的使用上述控制方法的无零位开关步进电机的定位机构，包括人机界面2、PLC控制器1、编码器8、步进电机4和机床传动机构，人机界面2采用SUK-070L，人机界面2通过COM通讯口12与PLC控制器PLCPORT0通讯口11相连，PLC控制器采用新泰阳CPU 224XP-6DS；PLC控制器输入端口9与轴向行程的上下限位开关7和5、编码器8的AB相输入及机床其它输入相连，输出端口10与步进电机驱动器3相连；步进电机驱动器3与步进电机4相连，用于驱动步进电机4；本实施例的步进电机4和步进电机驱动器3为飞利美50N.M套装，步进电机4与机床传动机构的传动丝杆6相连；传动丝杆6的另一端与编码器8相连，编码器8采用欧姆龙E6B2-CWZ6C。

PLC控制器1用于接受人机界面2输出运动指令、通过步进电机驱动器3控制步进电机4运行，同时接收与传动丝杆6相联的编码器8输入的位置信号，并以编码器8反馈的位置信号为基准控制步进电机4的启停。人机界面2用于设定步进电机每段运行的距离及速度并实时显示当前位置等信息。

PLC控制器的输入端口9中使用I0.6和I0.7作为编码器8的AB两相的输入，其Z端输出不接，PLC控制器输入公共端1M接24V正电源，编码器8选用增量式、工作电压5～24V、每圈脉冲数2500、输出为推挽输出或NPN型集电极开路输出。

PLC控制器1的电源端口接+24V电源，人机界面2的电源端口接+24V电源，步进电机驱动器3电源端口接220V 50Hz电源。

上下限位开关用于限制步进电机超程运行，当其有效时会给步进电机初始化指令(AXSET指令)中控制参数Scarm置位，使步进电机停止保护设备安全。

PLC控制器利用高速记数指令HSC1进行计数反馈实时位置信息，通过实际编码器计数变化值n＝实际需要运行的距离s×(编码器每圈脉冲数m/丝杆螺距)，来计算编码器的新的预置值，利用在PLC控制器的中断程序，预置值与当前值相当时触发，对步进电机初始化指令(AXSET指令)中的Scram参数进行置位，来完成定位到位停止步进电机的动作。这样轴向定位的基准为反映轴向位置信息的编码器的脉冲数值，而不是以往的给步进电机发送的脉冲数，定位精度将不再受到步进电机丢步的影响，也不用步进电机每次进行回零找基准来消除定位积累误差。

PLC控制器的输出端口中设有与步进电机驱动器相联的控制信号——脉冲(Q0.0)、方向(Q0.2)，PLC控制器有厂家提供的用于位置控制库指令如AXSET(运动轴的初始化指令)和AXL1(单轴的定位指令)等，PLC控制器通过设置指令中相关字节和位置来控制步进电机的运行及停止，运行包括速度和距离，本机构中此距离值人为设置为很大值，并不以此值作为电机运行到位的依据。

初始操作时，需对机床进行对刀，先手动移动车刀至合适的位置，由电机带动丝杆，丝杆上有拖板，拖板上带有车刀，然后在人机界面上按下“对刀”按钮，这时将PLC控制器执行HSC指令将高速计数器HSC1的当前值更改为“0”，从而实现机床轴向坐标系的建立，完成对刀。

在需要对对刀位进行微量调整时，人机界面上设有“对刀调整”按钮，可以通过输入适当的偏移量，同样通过执行HSC指令将高速计数器HSC1的当前值进行更改，从而实现对刀调整。

在PLC控制器程序中在非第一扫描周期中，将高速计数器HSC1的数值传送给变量寄存器VD188，而在PLC控制器开机第一个扫描周期中，在高速计数器的初始指令中将VD188作为计数当前值进行传送。由于新泰阳PLC控制器的变量寄存器具有断电不丢失的特性，所以经上述指令编程后，普通增量式编码器的计数器值也具有断电不丢失的功能，这样断电后不必重新对刀，简化了操作。

人机界面通过COM口来与PLC控制器进行通信，除了完成以上“对刀”及“对刀调整”的操作控制外，还要完成电机运行参数的设置，工件加工参数的设置，还可以有一键启动加工程序，并能实时监视加工过程的功能。

本实发明的无零位开关步进电机的控制方法及定位机构，能达到相关的定位精度的要求，且定位数据不需要电池就能实现停电保持，操作方便，运行可靠，使产品废品率得以下降，从而降低生产成本。本发明的定位机构适用于加工外形较为复杂的产品，由于无零位开关，消除了由于恶劣的粗加工环境引起的回零开关误动作造成的废品的产生，且定位不以发给步进电机驱动器的脉冲数为依据，消除了步进电机丢步产生的定位误差，该机构结构简单，运行可靠，操作方便。

Claims (8)

1.一种无零位开关步进电机的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、移动车刀至合适的位置，对人机界面发出“对刀”指令，人机界面将指令传送给PLC控制器，PLC控制器执行HSC指令将高速计数器HSC1的当前值更改为“0”；PLC控制器将高速计数器HSC1的数值传送给变量寄存器VD188作为计数当前值传送给步进电机驱动器和人机界面，并以此为基准控制步进电机驱动器的启停；

S2、在人机界面设定步进电机每段运行距离及速度，并将信息传送给PLC控制器；

S3、PLC控制器接收人机界面的输入信息，并将信息转换成运动指令传送给步进电机驱动器，步进电机驱动器控制步进电机运行，步进电机带动传动丝杆，从而控制车床运转；

S4、步进电机运行到设定位置后停止运行，步进电机通过与其位置同步的传动丝杆将其位置信息通过编码器传送给PLC控制器；

S5、PLC控制器接收编码器传送的信息，并将高速计数器HSC1的数值传送给变量寄存器VD188作为计数当前值传送给步进电机驱动器和人机界面，并以此为基准控制步进电机驱动器的启停；

S6、重复步骤S2～S5，直到加工到位。

2.根据权利要求1所述的无零位开关步进电机的控制方法，其特征在于：所述PLC控制器设有行程上下限位开关，当步进电机运行至设定行程终点时即会强制停止运行。

3.根据权利要求1所述的无零位开关步进电机的控制方法，其特征在于：在需要对对刀位进行微量调整时，可在人机界面上通过输入适当的偏移量，同样通过执行HSC指令将高速计数器HSC1的当前值进行更改，从而实现对刀调整。

4.使用权利要求1所述的控制方法的无零位开关步进电机的定位机构，至少包括人机界面、PLC控制器、编码器、步进电机和机床传动机构，其特征在于：人机界面通过串口与PLC控制器相连；PLC控制器输入端口与编码器相连，输出端口连接有步进电机驱动器；步进电机驱动器与步进电机相连；步进电机与机床传动机构的传动丝杆相连；传动丝杆的另一端与编码器相连。

5.根据权利要求4所述的无零位开关步进电机的定位机构，其特征在于：PLC控制器输入端口还连接有上、下限位开关，上、下限位开关用于限制步进电机超程运行。

6.根据权利要求4所述的无零位开关步进电机的定位机构，其特征在于：所述的人机界面采用SUK-070L。

7.根据权利要求4所述的无零位开关步进电机的定位机构，其特征在于：所述PLC控制器的变量寄存器具有断电不丢失的功能。

8.根据权利要求7所述的无零位开关步进电机的定位机构，其特征在于：所述PLC控制器为新泰阳CPU 224XP-6DS。

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