PCL839在步进电机控制中的应用

1、 引言步进电机是一种将电能转变为动能的基本部件，它在多种机电设备中得到了广泛地应用，如工业生产中的各种机床、生产线上的传送带、农业生产中的灌溉机械、粉碎机等。如今，随着控制技术的发展与完善，对步进电机的控制方法也层出不穷，从早期纯粹依赖电路设计控制，到如今的计算机、PLC等先进控制方式的涌现，大大提供了步进电机的控制精度和设计的简单性、灵活性，因而也促进了步进电机在生产中获得更加广泛地应用。晶体生长控制系统是一种高精度的控制系统，其中对晶体生长过程中坩埚的升降、旋转和耔晶杆的升降的控制尤为重要。同时，晶体生长控制系统具有控制速度范围要求广、低速段的速度要求低（一般低速与高速之比超过10000倍以上）等特点。因此，在设计这种控制系统时，就要充分利用硬件和软件资源，来达到良好的控制功能。作者在为台湾某大学设计的晶体生长控制系统中，就利用了研华PCL839三轴步进电机控制卡、研祥多功能板卡711B和北京亚控自动化公司的组态王6.03软件来达到精确的控制精度。2、 控制系统组成由于晶体生长控制系统中对步进电机的控制提出了很高的要求，其中对两台步进电机的控制精度要求在低速达到0.01mm/Hr---10mm/Hr（Hr代表小时），在高速达到10—1000mm/Hr。对于要求如此高的控制系统，作者设计了如下的控制系统硬件配置图： 图1 控制系统硬件配置图系统主要由研华PCL839步进控制卡、研祥711B及端子板785、782、880和减速器、步进电机驱动器所构成。其中711B主要是通过端子板输入开关量、模拟量和输出开关量来实现报警显示、A/D转换和步进驱动器控制输出等功能；PCL839是本系统的关键设备，因为它通过软件设置脉冲数量（频率）和电机运转方向，去控制步进电机的运行和停止。PCL839是一块具有三路独立步进控制功能的运动控制卡，其脉冲数可以设置在1－16382PPS（每秒脉冲数），而且可以控制步进电机的正反向运转。3、 脉冲数的计算步进电机控制中脉冲数（频率）的计算是关键，通过设置步进控制卡的频率就可以达到改变步进电机的运行速度。而脉冲数（频率）的计算涉及到螺距（步进电机转一圈所行走的直线距离）、设定的速度等，其计算可以按如下的步骤进行：①、 假设步进电机每个脉冲转过的角度为np②、 确定电机旋转一周所需要的脉冲数值nr，则 nr=360/np；③、 如果步进电机驱动器存在细分nc，则nr=360*nc/np；④、 假设电机旋转一周，运动的直线距离为D（mm），则运动每毫米需要的脉冲数nt，nt=360*nc/np/D⑤、 若存在减速器且假设减速比为nb，则nt=360*nc*nb/np/D⑥、 假设要求达到的速度为V（mm/Hr）时，则可以计算出脉冲周期Td为Td=3600/nt/V=10*np*D/nc/nb/V⑦、 可以计算出要求达到V（mm/Hr）时，其频率 f=1/Td=nc*nb*V/10/np/D，式中各参数的意义如下： nc―――驱动器细分数 nb―――机械减速比 V―――速度，单位mm/Hr np―――每个脉冲，步进电机运动的角度，单位度 D――――步进电机旋转一周所运行的直线距离，单位mm现假设D=5， np=1.8， nc=200， nb=50，要求达到0.01mm/Hr的速度，则可以计算出f=200*50*0.01/10/1.8/5≈1，即在步进控制卡的频率为1HZ时，速度可以达到0.01mm/Hr。由此就可以控制步进电机了。

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