短周期，高可靠的步进电机控制器设计
控制器采用触摸屏和plc来实现，缩短了开发周期，提高了运行的可靠性，尤其适合此类要求工程周期短，可靠性高，批量小的设备开发。本文就为大家详细讲解一种基于PLC的专用步进电机控制器设计。
1、引言
某进口设备大面积的严重损坏。经过修理，更换了一大批电子元件，才勉强恢复原有的技术指标。但其工作已不是很可靠。由于该设备已停产，并且没有相关的代替设备。为配合生产需要，我们投入了对该设备的研制。原设备完全由晶体管电路构成，考虑到研制周期及可靠性等因素。我们决定采用plc（fx2n-32t）和触摸屏（mt506s）控制技术重新进行设计。
2 功能概述
该设备实质上就是一台专用的测控步进电机装置的设备。步进电机装置由步进电机及其相关电路组成。该设备功能包括：距离（工作步数）设定、启动、位置显示及清零，（自动、手动）连续或单次运行，（自动、手动）回原点，步进电机欠电流检测报警，原点到位显示等。
3 装置原理介绍
3.1 系统工作原理
系统工作原理如图1所示。图中触摸屏作为人机界面，用来显示并进行操作;plc作为控制器，接收触摸屏的设定数据并进行逻辑处理，再控制步进电机。步进电机装置是受控对象，不能进行修改。它包括多种电源形式：步进电机工作在－24v三相双三拍直流矩形波的供电方式，还包括＋12v、－12v、+5v等电压和极性不同的信号。为了使多种信号的检测和驱动、步进电机装置相匹配，增加了信号的转换电路。
3.2 转换电路原理
信号转换电路的部分电路，如图2，3所示。
图2中，当5v或0v信号到达电阻r1后，通过光电耦合器使plc输入1信号接通，此时电机回原点运行的过程中开始计数，记录运行步数。当+12v信号到达“±12v信号”后，首先点亮发光管d6，然后通过光电耦合器u1-3使plc输入3接通，指示到达原点，电机停止运行;当-12v信号到达“±12v信号”后，通过光电耦合器u1-2使plc输入2接通，超出设定极限。当-12v信号到达“-12v信号2”通过光电耦合器u1-3使plc输入接通，指示到达原点，电机停止运行。
3.3 电流检测原理
在步进电机驱动器中，内置了电流检测电路。电机发生断电或欠电流运行时，发出报警信号，使系统停止运行。检测原理是利用三相双三拍步进电机的工作特性，在任意时刻均有两相得电。只要检测任意时刻流过公共地线的电流大于相应额定电流的2/3即可认为工作正常，如小于相应额定电流的2/3，则认为欠电流运行。电路原理和时序图，如图3，4所示。
图3中，r是电流检测电阻，c用于消除竞争。在图4中in表示三相双三拍电机流过公共点电流检测电阻的额定工作电流;in表示检测电流的门限，in=2/3in;i表示电机的实际工作电流。alm表示欠电流报警。系统运行后，当i≥in时，alm报警，直到故障排除，系统复位后报警解除。图4中的细实线表示alm未报警时的时序图。
3.4 触摸屏的软件设计
（1） 首页：打开电源开关后，提示输入登录密码。正确输入密码后，自动进入首页。设备进入准备状态。
（2） 输入窗口：输入窗口主要用于设定并进行操作。包括键盘和主要操作控件，操作者可以直接对设备进行操作。
（3）配方数据窗口：对于经常用到的操作数据，可以按照提供的格式存放到配方卡记忆体里面，当需要时把它调出来，而不需要临时输入数据，可以大大地提高操作效率。
（4） 控制窗口：控制窗口主要用于对设备的基本功能的操作和显示。包括一个隐藏的小键盘窗口，可以在需要设定数据时弹出。
（5） 元件检查窗口：用于对plc内部关键元件的监测，以便出错时查找故障。
（6）梯形图检查窗口：用于对plc梯形图的实时监控（由于mt506s不具备直接显示plc内部梯形图的功能，故采用了单独制作显示plc各元件的方法组合成关键部分梯形图）。
3.5 plc的软件设计
plc程序流程图如图5所示。
系统初始化后，完成了距离设定，选择运行方式后。再看系统是否有故障或是否到达原点。当完全准备妥后，分别执行自动或手动操作。在按设定距离执行自动往返运行的过程中，当中间执行断开操作后，系统保持运行方向，运行到设定距离，保持显示，然后停止运行;当执行复位操作后，系统首先运行显示归零（计数清零），然后停止运行。在执行手动运行中，当到达设定距离后，系统保持显示，并停止运行;当运行中执行断开操作，方向不变，到达设定距离后，系统保持显示并停止运行;当执行复位操作，则运行显示归零（计数清零），然后停止运行。
4 结束语
控制器采用触摸屏和plc来实现，缩短了开发周期，提高了运行的可靠性，尤其适合此类要求工程周期短，可靠性高，批量小的设备开发。另外，软件的灵活性还有利于设备的改造和升级。
