| 标题 | 农机中的PLC 调速器步进电机控制方法的改善研究 |
| 范文 | 何璐兵 【摘?? 要】 步进电机具有很好的实用性，不论是从较低的上手难度还是从低廉的维护费用方面来说，都是在水轮机上能够做到长期使用的工具，但是由于步进电机的驱动是在油料的驱动下进行，这就导致了机器容易产生油污，对长期的使用造成一定困扰，s7-200是一种可编程小型机械，在对脉冲的控制上，能够提供较好的效果，对农机中的PLC调速器步进电机控制方法有很好的改良作用。 【关键词】 农机中的PLC;步进电机;改善;编程 中图分类号：TM3?????????????? 文献识别码：A?????????????? 文章编号：2096-1073（2020）11-0060-62 [Abstract] Stepper motor has good practicability， whether from the lower difficulty of starting hand or from the low maintenance cost， it is a tool that can be used in hydraulic turbine for a long time， but because the drive of stepper motor is driven by oil， it is easy to produce oil pollution and cause some trouble for long-term use. s7-200 is a programmable small machine， which can provide better effect on pulse control and improve the control method of PLC governor stepping motor in agricultural machinery. [Key words]? PLC; stepping motor in farm machinery; improvement; programming 水輪机可编程农机中的调速器（简称PLC调速器）是用于水电站建设的一种常见装置，在上世纪九十年代投入到水电生产之中，其主要的优点是具有较强的可靠性，同时操作难度较低，再加上学习的方式较为简单，所以在水电工程上适用性较广。 1? 农机中的PLC调速器 PLC是指Program mable Logic Controller，即可编程逻辑控制器，其主要是为工业生产所服务的一种数字运算操作的电子系统，它是一种即时系统，主要采用可编程的存储器，在其内部进行程序的存储，从而进行逻辑运算，最终完成顺序控制、定时操作、计数以及算术的操作等指令，并且该系统能够通过数字控制其的输入与输出，从而保证各类机械的生产或运作过程符合要求。 水轮机是一种广泛运用于水中的器械，能够在一定的条件下将水流的能量转化为机械动力，作为一种透平机械，水轮机能够在有水流的地方产生强大的动能，所以在水利发电领域被广泛使用。 2? 农机中的PLC调速器步进电机存在的问题 作为电机，油污是必须要面对的东西，在电机的运行过程中，油污的产生是不可避免的，在油污产生的情况之下，电机中关于电气到机械再到液压转换的过程中，可靠性就会变得非常差，这样的方式对整个机械的运作伤害是非常大的，同时效率也会受到一定的限制，所以在这一方面，相关单位陆续推出了多种解决方案，其中改动最多的地方就是将原先的电液转换器更换成为步进电机，同时对步进电机进行可编程操作，以此来减少油污对于效率的损害，这种做法在一定程度上减轻了因油污而导致的问题，但是可编程操作在步进电机的运用上还存在一定的问题。 首先是步进式可编程调速器在电机的驱动上存在一些问题，在水轮机使用中，需要对其进行调节，很多农机中的PLC调速器步进电机采用的启动方式过于简单，这就会让转子的惯性影响到步进电机，最终会导致步进电机失去同步功能，这样的事情并不是个例，很多操作人员在使用过程中都会出现类似的问题。其次是在步进电机的运转过程中，由于电机中的电子脉冲设备突然失灵的情况发生，直接就会导致转子发生位置上的偏移，最终导致了变速器不能够正常的运行。 所以要想对其精度进行控制，首先就需要对步进电机的动力学特征以及其升降曲线进行掌握，这种预测曲线是较为复杂的，所以在一定程度上需要对其进行模拟，只有这样才能够对电机进行一系列精确的流程设计，让电机的控制达到一种较为精确的程度。 3? s7-200小型可编程控制器 s7-200是一种小型的可编程控制器，所以从适用性角度而言有一定的参考价值。由于s7-200具备高频脉冲输出功能，尤其是其信号最高可达20kHZ，所以在对其功能的反馈上可以做到更加精确，同时对定位来说可以做到更加准确。 在步进电机中，其工作效率主要是通过控制系统对其进行加减速来决定的，所以在加减速的特性方面，一定要做到完全的控制，这样才能够避免出现电机运行精度差、不转、升降速度慢的问题。可以对高速脉冲串的时间间隔进行调整，从而在提速过程中加大脉冲串的密集程度，减速时降低，同时在一定的时间之内对其进行断电，以此来对电机的变速进行控制，发生这样的情况所要具备的条件是将s7-200通过脉冲放大单元进行指令的实现，这样做的好处就是成本能够显著降低。 由于s7-200有两个发生器，分别是PTO与PWM发生器，PTO发生器能够产生钙素脉冲串，而PWM发生器则能够产生宽度可调的波形，这就让二者形成互补，在使用的过程中能够在一定程度上解决在脉冲控制上的问题[1]。 PTO在脉冲串的输出上，用户可以对其周期以及数量进行一定控制，而PWM则是能够在宽度以及周期上进行控制，同时二者的加速单元也存在一定的区别，PTO加速单元有一个八位的控制字节，同时有一个十六位的无符号脉宽值，而PWM发生器则是由一个十六位五符号的周期和一个三十二位无符号脉冲计数值。双方的数值都会在s7-200的特殊储存器中得以储存，在储存器进行设置之后，就可以对脉冲进行指令的下发，而指令会让CPU储存器中的位置进行对照，最终对发生器进行编辑。 在对PTO或PWM进行控制的时候，需要注意PTO以及PWM的控制寄存器，可执行脉冲指令会从控制寄存器中读取数据，以达到对程序的控制，所以在执行脉冲指令的时候，必须对寄存器进行设置，这样才能够保证部件功能能够运行[2]。 在对于PTO的操作上，需要预先对其进行一定的设置，而由于PTO功能的范围要求较为精确，所以在使用的过程中需要对数值进行精确，其中，周围范围是10-65535μs或者存在2-65535ms。脉冲的范围则是：1-4294967295。而PTO的发生器有两种模式，分别是单段线管以及多段线管，尤其是在PTO发生器中的多段线管对于步进电机的控制作用非常好。 在PTO多管线模式中，CPU的变量在存储区会建立一个包络表，其中存储了各个脉冲串的控制参数，在执行指令的时候，CPU会自动从其中读出控制，由于是多管线模式，其中的數据会根据输入时候的指令依次进行读取，最终达到控制的效果，而且其中的元素周期变量可以选择单位，需要保证所有的周期都能够在同一个时间基准下进行。 对于步进式水轮调速器来说，步进电机控制系统在加速以及减速功能方面所变出出来的特性与工作效率的好坏息息相关。如果其设计参数出现疏漏，则会导致步进电机出现失步（运行精度不够到位）、堵转以及升速或降速过程进展缓慢（运行效率差）等不良现象。而PTO可通过计算包络参数来实现对控制器的编程，从而有效地解决上述可能出现的问题。例如，如果接力器运行完整个行程时所对应的步进电机总共运行3000步，而步进电机需要完成启动、运行以及减速等3个阶段的工作，这样一来就必须提供3000个脉冲。启动与减速所需达到的频率通常为16Hz，脉冲频率的最大值为1KHz。对于包络表而言，其数值通常是按照周期来进行表示的，并非是频率的形式，故而需要将所提供的频率值通过分析来转化为周期值。启动与减速操作所需周期为62.5ms，频率最大值所对应的周期数值为1ms。先要求加速阶段在125个脉冲时间内务必要达到脉冲的最大频率，即1KHz，同时减速阶段务必要在250个脉冲时间内结束。PTO发生器可以用来对给定脉冲周期所对应的周期增量进行合理你的调整。以ETC表示这一阶段的结束周期，ICT表示这一阶段的初始周期，Q表示这一阶段的脉冲数，则周期增量的表达式为：周期增量=（ECT-ICT）/Q。通过这一表达式便可以计算出第一阶段（即整个加速阶段）周期增量的数值为-192，第三阶段（即整个减速阶段）周期增量的数值为246.对于第二阶段而言，该阶段旨在做到恒温控制，故而这一阶段周期增量的数值为0。同理，当接力器由0走到整个行程的25%、50%、75%时。其运行控制也可以分为启动、运行以及减速等三大阶段，此时其所需的脉冲数分别为750个、1500个以及250个，其余情况下的计算方法与上述计算过程类似。PTO发生器可以借助包络表的计算而获取到脉冲周期所需的周期增量，而包络表自身能够通过与之相对应的用户程序中的相关指令来被存放到V存储器当中，进而发挥作用以对脉冲周期做出合理的调整。 4? 程序实际操作 在程序进行实际使用的时候，首先需要对PTO多段操作进行初始化，防止上次的数据残留影响本次结果，最终造成操作失败，在初始化的同时，需要对第一扫描内存进行复位输出，并且对将要调用的子程序同样进行初始化，这样做一方面可以对扫描的时间进行优化，同时能够使内部程序在一定程度上得到优化。随后对子程序进行输入，其中输入的单位以及数据应该以实际操作需要为准，对PTO和PWM两个功能进行挑选，选中PTO之后，将工作方式切换为多段操作模式，并且将单位进行设置。上述设置完毕之后，就需要对起始变量进行存入，其中主要的数据就是关于起始变量的内存偏移量。在设置完成之后，对包络表内的数值进行对照，防止出现数值错误，最后对PTO/PWM内部进行程序编辑，同时执行脉冲指令，使用完毕之后，退出子程序[3]。 5? s7-200的优势 首先，在步进电机的工作中，由于工作的要求以及电机本身设计时存在的一定限制，会导致油污的问题层出不穷，因为电机出现事故而停止生产的情况比比皆是，严重耽误了工作效率。在这样的情况下，对s7-200的使用能够很好地解决这样的问题，选择这样的工具无疑会提高整体的效率，同时能够让工作变得更加轻松、省心[4]。 其次就是这样的操作方式对于技术的要求并不繁琐，只需要知道具体的操作，就可以对其进行完整的控制，这样的方式能够让效率得到提升，增强了实用性。 再次，s7-200机器相对来说价格较为便宜，相对于整个水轮机来说，无疑是非常廉价的[5]。有这样的机械存在，那么在一定的程度上能够降低成本，同时由于解决了油污的问题，能够让成本再一次下降，对于相关单位来说，也能够减轻经济以及人力上的压力。 最后则是PLC调速器在脉冲控制方面能够做到非常优秀的地步，这样就能够有效减少机械的损耗，在一定的程度上对机械寿命进行一定时间的延长[6]。提高了农产品的生产效益，最重要的是PLC可以进行编程，可以将一些操作工序编入预先设置好的程序中，也就是说这样的机械使用范围更广，更加能够适合各种不同的情况。农机中的PLC调速器能在步进电机遇到问题的时候及时处理，同时在了解事故的原因之后，能够将规避方案输入到程序之中，避免未来发生同样失误。 6? 结束语 在步进电机的控制以及容错改进方面，PLC调速器主要就是通过对转子的限制，从而达到控制电机的目的，这种方式在工业活动中被经常使用，希望本文的这些分析可以帮助到相关人员。 参考文献： [1] 黄玉宾.PLC技术在自动控制中的应用[J/OL].集成电路应用，2019（05）：97-98[2019-05-07].https：//doi.org/10.19339/j.issn.1674-2583.2019.05.037. [2] 王姝，卢秀和.双馈风电机组双PWM变换器控制技术的发展[J].科技创新与应用，2019（10）：146-147. [3] 王愈凌.PTO指令及其在步进电机控制系统中的应用[J].机电信息，2019（05）：10-11. [4] 马猛猛.PLC在步进电机控制中的应用探究[J].科技创新与应用，2019（01）：161-162. [5] 赵成龙，张春雷，陈龙.基于定时器的步进电机控制程序设计[J].精密制造与自动化，2018（04）：30-32. [6] 刘洋.PLC变频调速器对多电机系统控制研究[J].内燃机与配件，2018（08）：106-107. （编辑：李丹） |
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