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1、基于PCC的步进电机控制及应用yangliu导语：步进电机的性能对控制系统的设计具有重要的意义，在设计时需要综合考虑步进电机的步距角、细分数、保持力矩等，使调速系统具有高的可靠性。1前言可编程控制器PC包括可编程逻辑控制器PLC和可编程计算机控制器PCC。无论是PLC还是它的晋级产品PCC，其根本组成和工作原理部是一样的。但是，PCC具有一般PLC所不具备的特点：PCC已经采用了多任务操纵系统；PCC不但支持梯形图和C语言等各种上下编程语言，还具有专为工业控制开发的高级语言，它比通用的高级语言，如C语言更适用于工业控制，更易于编程；PCC可以支持多个主CPU同时工作，而且还具有智能处理器，如专
2、门的时间处理单元守TPU。综上所述可看出，PCC在很多方面打破传统，在PLC中引入了新的思想和编程思想，更易于实现日趋复杂的控制要求1。步进电机在工业领域应用非常广泛，实现PCC控制的步进电机具有很大的实用价值。2步进电机的控制步进电机的性能对控制系统的设计具有重要的意义，在设计时需要综合考虑步进电机的步距角、细分数、保持力矩等，使调速系统具有高的可靠性。在步进式PCC调速器中，根据步进电机的控制脉冲生成方式，它的控制方式分为直接控制和间接控制两种方式。前者，由PCC完成脉冲生成和脉冲分配，并输出与步进电机相适应的脉冲，再经过功率放人驱动步进电机；后者，由PCC完成脉冲生成并输出步进脉冲和方向
3、控制信号，再由硬件或者其他装置如步进电机驱动器实现脉冲分配和功率放大。采用直接控制方式时，步进电机运动频率由高速任务组的扫描周期决定，步进电机的运动频率愈高，那么要求高速任务组的扫描周期愈短，这样，占用CPU的时间就愈长；采用间接控制方式时，其功能由TPU完成，不占用CPU资源；脉冲分配由步进电机驱动器完成，且具有更完善和灵敏的控制功能如升降速等。因此在步进式PCC调速器中主要采用间接控制力式。图1示出以两相混合式步进电机为例，采用间接控制方式的控制构造。在PCC间接控制方式下，方向控制信号根据控制量增量值的正负确定，输出脉冲信号经过步进电机驱动器完成脉冲的分配，使步进电机按照所要求的力向和位
4、移量或者角度转动。align=center图1两相步进电机PCC控制电路/align步进电机选用美国Palker公司的OEM83一135,驱动器选用Palker公司的OEM750,PCC模块选用奥地利B&R公司的POWERPANEL.PP41，数字量输出模块选用可与TPU通道相连接的高速输出模块DOl35。PCC通过数字量输出模块输出步进脉冲信号和方向控制信号，送入OEM750步进电机驱动器的相应端口，由OEM750步进电机驱动器产生与步进电机相适应的驱动脉冲驱动步进电机。在PCC内部控制步进电机的脉冲信号通过调用TPU功能块LTXPestXO产生，该模块专门为步进电机设计，具有与步进电机驱动
5、器相适应的两个输出信号，即步进脉冲信号和方向电平信号。PCC输出的步进脉冲信号用于控制步进电机的位置和速度。也就是讲，驱动器每承受一个脉冲就驱动步进电机旋转一个步距角，改变脉冲频率，那么同时使步进电机的转速改变，控制脉冲的个数，那么可使步进电机准确定位，以实现步进电机调速和定位的目的。PCC输出方向的控制信号用于控制步进电机的旋转方向，此端为高电平时，电机顺时针旋转，反之，电机逆时针旋转。2.1步进电机驱动器OEM75驱动用具有分辨率、静态锁定电流、最大驱动电流等参数设置以及升降速控制等功能，并具有使用方便、安个可靠等很多优点。分辨率步进电机运行一圈的步数的设置可多达16级，范围从每圈200步
6、至每圈5080步不等，可知足用户的不同要求。设置时，可通过对该驱动器上的开关2的2到5位进展。在PCC调速器中选取每圈步数为1000步，这样步进电机的步距角为0.36度，完全知足了调速系统的要求，同时由于驱动器采用了细分技术，因此对步进电机的低频震颤也起到了很好的阻尼作用，增强了系统的稳定性和可靠性。步进电机在静止状态时的静态锁定电流有4种不同的电流等级可供选择。由于PCC调速器中的锁定力矩较小，应选取静态锁定电流为最大驱动电流的25%，以降低步进电机温升并延长其寿命。为使电机能有最大力矩又不引起电机的振荡和噪音，在PCC调速器中将最大驱动电流设置为7.5A,供电电压为24v。电流环增益按下式
7、计算：Ki=364000LMU式中LM-电机电感HU-电源电压需留意，当电机需要改变运动方向时，必须使改变方向的控制电平信号至少保持200us。2.2TPU功能块LTXPestXO模块TPU是PP41模块微处理器所具有的一个时间处理单元，主要用于外部处理事件计数、门电平时间测量、频率测量、脉宽调制等与时间有关的任务timingtasks，缩短CPU模块为处理这些任务调用中断效劳程序所占用的时间。TPU功能模块包含TPU操纵系统、TPU配置、完成特定功能的TPU程序模块等，应用程序通过它与TPU通讯传递参数和数据，该功能模块由B&R公司专门研制的TPU编码连接器产生，并在CPU热启动warmst
8、art时，将自己传入TPU的RAM中，由此接收TPU让它完成用户特定的功能。在步进电机控制中，主要利用功能模块LTXPestXO，它与D0135模块配合使用，占用2个TPU输出通道，第一通道为控制步进电机转速的脉冲信号，第二通道为控制步进电机力向的信号。它能根据绝对位置或者相对位置两种形式调节步进电机。该模块在循环任务中调用。需留意，该模块只能在程序的一个地方调用，否那么不同程序局部调用同一硬件可能引起冲突。功能模块LTXPestXO可对包括步进电机起停时的最小速度和最大速度、步进电机升速时的加速度和减速时的加速度、绝对目的位置和相对目的位置等诸多参数进展设置，使得PCC与步进电机配合使用非常
9、灵敏且功能强大，进而实现对步进电机及驱动器的良好控制。3应用目前已有多台步进式PCC调速器已在四川越西铁马二级电站、四川飞罗电站等水电站投入运行。经对四川越西铁马二级电站2号机组调节系统进展全面的静动态特性试验，其结果说明，性能指标已知足或者优于国标GB/T9652.1一1997的要求，其中主要特性试验结果：调速器转速死区小于0.04%；甩25%额定负荷，接力器不动时间为0.16s；甩100%额定负荷时，转速最大上升为额定转速的118%，调节时间为19s；空载时扰动量取8%，选假设干组参数进展试验比拟，当Kp1.7,Kz0.32,KD=1.7时比拟理想，扰动后调节时间较短，接力器摆动一次，且机频超调小。4完毕语将PCC控制步进电机用于水轮机调节系统，数十座电站的运行结果说明，其设计公道，运行状况良好，将步进电机用于水轮机调速器中，有效地解决了以往调速器存在可靠性低的问题，简化了调速器构造并降低了造价，完全能知足水轮机调速器动静态的要求，具有很高的可靠性。参考文献1齐蓉.新一代可编程计算机控制器技术M.西安：西北大学出版社，2000.2OEM75ODriverUserGuideZ.ParkerHannifinCorporation,1997.作者简介：何跃贵1965男，云南人，高级工程师，研究方向为电力电子技术。0