摘 要：本文简要介绍利用PLC控制步进电机对执行元件进行自动分度，重点介绍一种PLC控制步进电机的分度算法，可实现3600内转角误差为0，保证了精确分度，并给出分度算法梯形图。
关键词：PLC 步进电机 分度 分度算法 梯形图
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
大型轴承内、外套上的分度、打孔是轴承中的关键工序 ,它的工艺水平和质量的高低直接影响轴承的质量、寿命和制造成本。目前轴承行业大型轴承内、外套的分度方式普遍采用人工分度方式 ,其分度精度低、累积误差大 、工作效率低、工人劳动强度大，对轴承性能的提高造成很大的影响。我们所研制的大型数控分度头,采用PLC可编程控制器 ,控制步进电机驱动蜗轮蜗杆对执行工件进行自动分度， 结构简单、制造费用低，较好地解决了生产中的实际问题。
2、总体设计方案
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。其重要特点是只有周期性的误差而无累积误差。步进电机的运行要有步进电机驱动器这一电子装置进行驱动，这种装置就是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说: 控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。因此，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速;控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位。
在我们所设计的数控分度头中，就是利用这一线性关系，用PLC进行电气控制、编写分度算法程序，控制脉冲信号的频率和脉冲数，步进电机驱动蜗轮蜗杆对执行工件进行精确分度，并可实现调整、手动分度、自动分度等多种电气控制。
电气控制方案为PLC+步进电机及可细分驱动器+数显尺。PLC选用DVP20EH00T，AC220伏供电20点 200HZ晶体管输出类型;根据分度精度要求考虑，选用可细分驱动器及步进电机，考虑分度时对工件的扭矩M=FR=fNR ,计算出最大扭矩为27Nm。按矩频特性选取步进电机 ,选130BYG350A型三相混合式步进电机及配套细分驱动器MS-3H130M。
PLC的I/O配置如下表：
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I0.0 |
调整/分度 |
Q0.0 |
脉冲数 |
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I0.1 |
急停 |
Q0.1 |
花盘上升 |
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I0.2 |
步进转位 |
Q0.2 |
花盘下降 |
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I0.3 |
花盘卡紧/松开 |
Q0.3 |
故障指示 |
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I0.4 |
花盘上升/下降 |
Q0.4 |
方向 |
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I0.5 |
自动分度 |
Q0.5 |
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I0.6 |
调整启动/结束 |
Q0.6 |
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I0.7 |
驱动器信号 |
Q0.7 |
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I0.10-I0.13 |
孔数设置 |
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该数控分度头在径向安装数显尺来控制径向分度尺寸;由PLC控制步进电机轴向分度。操作人员启动电源 ,输入分度数后 ,调整/分度开关置于分度位置即可实现手动或自动分度。在自动分度中可实现分度机构的松开、上升、分度、下降、卡紧再松开的顺序控制
3、分度算法
设总孔数为D2,总脉冲数D0，分度脉冲可计算为 :D0/D2=D4 +D5(余数)。若D5=0时 ,步进电机每转动一次,电机转角控制脉冲均为D4。若D5≠0时 ,将D5与孔数的一半(D2/2=D8)进行比较，若小于孔数的一半，步进电机先按D4个脉冲分度，步进电机每转过一个分度角，余数D5累积一次，当累积数大于D8时，步进电机则按D4+1个脉冲分度一次，此时累积数减去D4+1脉冲的余数即D2-D5，然后再按D4个脉冲分度，依次类推直至分度完毕;若余数大于孔数的一半，步进电机先按D4+1个脉冲分度，余数按D2-D5累积，当累积数大于D8时，步进电机则按D4个脉冲分度一次，此时累积数减去D4 脉冲的余数D5，然后再按D4+1个脉冲分度，依次类推直至分度完毕。这样的分度算法，使孔与孔之间的分度误差始终小于一个脉冲当量，可以实现在3600 转角误差为0的分度精度要求。
4、结束语
该大型数控分度头应用于1000mm～2000mm的轴承内、外套的分度 。主要优点为 :(1)分度精度高。驱动器在最高细分10000工作状态下，孔孔之间分度误差可控制在7.3μm, 可以实现3600转角误差为0的分度精度要求，满足了工件的分度要求。(2) 工作效率高，分度速度快。选用的PLC最高频率为200HZ，在自动分度工作状态下，50个孔的分度工作不足十分钟即可完成。(3)操作灵活、简便。该数控分度头实现调整(不分度)、手动或自动分度等电气操作。人工分度方式需要测量、画线等费工费时 ,由PLC控制的步进电机自动分度方式只需输入分度数 ,即可实现分度的多种控制。 (4)该数控分度头经济、实用。投入使用后，较好地解决了以往大型轴承内、外套的分度存在的问题，提高了轴承产品质量 ,降低工人劳动强度。
参考文献
[1]孙振强，等可编程控制器原理及应用教程 北京：清华大学出版社，2005，2
[2]宋伯生，等PLC编程理论、算法、及技巧 机械工业出版社 2005，6
[3]刘乘启 新编铣工计算手册 机械工业出版社 2003，6