摘要：本文主要介紹了組態(tài)軟件和PCL839在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用，同時(shí)也說明了如何計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的頻率。
關(guān)鍵詞：步進(jìn) PCL839 組態(tài)軟件
Abstract: The paper mainly introduces the application of Advantech PCL839 and KingView in Step Motor Control. Besides, it shows how to calculate the Frequency of Step Motor.
Keywords: Step, PCL839 ,Configuration Software
1、 引言
步進(jìn)電機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能的基本部件，它在多種機(jī)電設(shè)備中得到了廣泛地應(yīng)用，如工業(yè)生產(chǎn)中的各種機(jī)床、生產(chǎn)線上的傳送帶、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的灌溉機(jī)械、粉碎機(jī)等。如今，隨著控制技術(shù)的發(fā)展與完善，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制方法也層出不窮，從早期純粹依賴電路設(shè)計(jì)控制，到如今的計(jì)算機(jī)、PLC等先進(jìn)控制方式的涌現(xiàn)，大大提供了步進(jìn)電機(jī)的控制精度和設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性、靈活性，因而也促進(jìn)了步進(jìn)電機(jī)在生產(chǎn)中獲得更加廣泛地應(yīng)用。
晶體生長(zhǎng)控制系統(tǒng)是一種高精度的控制系統(tǒng)，其中對(duì)晶體生長(zhǎng)過程中坩堝的升降、旋轉(zhuǎn)和耔晶桿的升降的控制尤為重要。同時(shí)，晶體生長(zhǎng)控制系統(tǒng)具有控制速度范圍要求廣、低速段的速度要求低（一般低速與高速之比超過10000倍以上）等特點(diǎn)。因此，在設(shè)計(jì)這種控制系統(tǒng)時(shí)，就要充分利用硬件和軟件資源，來達(dá)到良好的控制功能。作者在為臺(tái)灣某大學(xué)設(shè)計(jì)的晶體生長(zhǎng)控制系統(tǒng)中，就利用了研華PCL839三軸步進(jìn)電機(jī)控制卡、研祥多功能板卡711B和北京亞控自動(dòng)化公司的組態(tài)王6.03軟件來達(dá)到精確的控制精度。
2、 控制系統(tǒng)組成
由于晶體生長(zhǎng)控制系統(tǒng)中對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制提出了很高的要求，其中對(duì)兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的控制精度要求在低速達(dá)到0.01mm/Hr---10mm/Hr（Hr代表小時(shí)），在高速達(dá)到10—1000mm/Hr。對(duì)于要求如此高的控制系統(tǒng)，作者設(shè)計(jì)了如下的控制系統(tǒng)硬件配置圖：
圖1 控制系統(tǒng)硬件配置圖
系統(tǒng)主要由研華PCL839步進(jìn)控制卡、研祥711B及端子板785、782、880和減速器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器所構(gòu)成。其中711B主要是通過端子板輸入開關(guān)量、模擬量和輸出開關(guān)量來實(shí)現(xiàn)報(bào)警顯示、A/D轉(zhuǎn)換和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器控制輸出等功能；PCL839是本系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，因?yàn)樗ㄟ^軟件設(shè)置脈沖數(shù)量（頻率）和電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向，去控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行和停止。PCL839是一塊具有三路獨(dú)立步進(jìn)控制功能的運(yùn)動(dòng)控制卡，其脈沖數(shù)可以設(shè)置在1－16382PPS（每秒脈沖數(shù)），而且可以控制步進(jìn)電機(jī)的正反向運(yùn)轉(zhuǎn)。
3、 脈沖數(shù)的計(jì)算步進(jìn)電機(jī)控制中脈沖數(shù)（頻率）的計(jì)算是關(guān)鍵，通過設(shè)置步進(jìn)控制卡的頻率就可以達(dá)到改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。而脈沖數(shù)（頻率）的計(jì)算涉及到螺距（步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所行走的直線距離）、設(shè)定的速度等，其計(jì)算可以按如下的步驟進(jìn)行：
①、 假設(shè)步進(jìn)電機(jī)每個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過的角度為n
p②、 確定電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所需要的脈沖數(shù)值n
r，則 n
r=360/n
p；
③、 如果步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器存在細(xì)分nc，則n
r=360*n
c/n
p；
④、 假設(shè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，運(yùn)動(dòng)的直線距離為D（mm），則運(yùn)動(dòng)每毫米需要的脈沖數(shù)nt，n
t=360*n
c/n
p/D
⑤、 若存在減速器且假設(shè)減速比為nb，則n
t=360*n
c*n
b/n
p/D
⑥、 假設(shè)要求達(dá)到的速度為V（mm/Hr）時(shí)，則可以計(jì)算出脈沖周期Td為T
d=3600/n
t/V=10*n
p*D/n
c/n
b/V
⑦、 可以計(jì)算出要求達(dá)到V（mm/Hr）時(shí)，其頻率 f=1/Td=n
c*n
b*V/10/n
p/D，式中各參數(shù)的意義如下： n
c―――驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)
n
b―――機(jī)械減速比
V―――速度，單位mm/Hr
n
p―――每個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的角度，單位度
D――――步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所運(yùn)行的直線距離，單位mm
現(xiàn)假設(shè)D=5， n
p=1.8， n
c=200， n
b=50，要求達(dá)到0.01mm/Hr的速度，則可以計(jì)算出f=200*50*0.01/10/1.8/5≈1，即在步進(jìn)控制卡的頻率為1HZ時(shí)，速度可以達(dá)到0.01mm/Hr。由此就可以控制步進(jìn)電機(jī)了。
4、 組態(tài)軟件控制步進(jìn)電機(jī)的實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件在冶金、環(huán)保、化工、電力等領(lǐng)域都有不少的應(yīng)用實(shí)例，大大提高了工業(yè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。而組態(tài)軟件控制步進(jìn)電機(jī)主要是通過控件（OCX）和控件函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。北京亞控自動(dòng)化公司提供的PCL839.OCX控件，就是用來控制研華PCL839步進(jìn)電機(jī)控制卡的控件，該控件提供的主要函數(shù)有：
①、 設(shè)置步進(jìn)電機(jī)控制卡地址函數(shù)，SetAddr(long Addr)，其中Addr為地址數(shù)值，十進(jìn)制表示；
②、 停止通道脈沖輸出函數(shù)，MStop(short Chan)，chan為通道號(hào)，數(shù)值為1－7分別代表通道1，2，3，1&2，1&3，2&3，1&2&3;
③、 通道模式設(shè)置函數(shù)，SetMode(short Chan, short Mode)，chan取值同MStop函數(shù)，Mode取值為0或1，分別代表脈沖、方向控制和正負(fù)脈沖控制；
④、 檢測(cè)通道是否有脈沖輸出函數(shù)，CheckBusy()，函數(shù)返回值中位0－2分別代表3個(gè)通道的狀態(tài)，1為有脈沖輸出，0為空閑；
⑤、 脈沖上下限設(shè)置函數(shù)，SetSpeed(short Chan, long LowSpeed, long HighSpeed, long Accelerate)，chan的取值同MStop函數(shù)，LowSpeed代表脈沖下限，取值1－16382，HighSpeed代表脈沖上限，取值1－16382，Accelerate代表脈沖的加速倍速，取值為2－1023；
⑥、 設(shè)置連續(xù)脈沖輸出函數(shù)，CMove(short Chan, long Dir1, long Speed1, long Dir2, long Speed2, long Dir3, long Speed3)，chan取值同MStop函數(shù)，Dir1，Dir2，Dir3分別用以設(shè)置3個(gè)通道步進(jìn)電機(jī)的方向，取值為0或1，Speed1，Speed2，Speed3代表連續(xù)脈沖輸出是以脈沖高限為標(biāo)準(zhǔn)還是以低限為標(biāo)準(zhǔn)，0以低限為標(biāo)準(zhǔn)，1以高限為標(biāo)準(zhǔn)；
⑦、 設(shè)置單步脈沖函數(shù)，PMove(short Chan, long dir1, long Speed1, long Step1, long Dir2, long Speed2, long Step2, long Dir3, long Speed3, long Step3)，Chan，dir1，dir2，dir3，speed1，speed2，speed3參數(shù)意義和取值同CMove函數(shù)，Step1，Step2，Step3分別代表每個(gè)通道每執(zhí)行一次該函數(shù)所要走的脈沖數(shù)，取值為1－16382。
利用組態(tài)控件和函數(shù)來進(jìn)行實(shí)際的編程時(shí)，是首先在畫面上創(chuàng)建一個(gè)控件實(shí)例，如PCL839，然后在按鈕的動(dòng)畫鏈接或其他位置中輸入如下的語句：
PCL839.SetAddr(512); //設(shè)置板卡的地址為200H
PCL839.SetMode(1,1); //設(shè)置通道1的模式為正負(fù)脈沖方式
PCL839.SetSpeed(1,1,1100,2); //設(shè)置通道1的低限脈沖為1，高限脈沖為1100，加速倍速為2
PCL839.CMove(1,1,1,0,0,0,0); //設(shè)置通道1脈沖輸出，并且以高限為標(biāo)準(zhǔn)
在利用控件函數(shù)時(shí)一定要注意大小寫，函數(shù)區(qū)分大小寫。
另外，由于系統(tǒng)的速度跨度比較大，加入了50：1的減速器（此時(shí)的細(xì)分?jǐn)?shù)為10000）用以去除在低速情況下因間隔發(fā)脈沖所帶來的抖動(dòng)現(xiàn)象，保證PCL839脈沖發(fā)生器在最低頻率1HZ的情況下可以達(dá)到0.01mm/Hr的控制速度，但同時(shí)又產(chǎn)生了高速階段達(dá)不到要求的問題，為此需要在高速的情況下去除步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分功能（此時(shí)細(xì)分?jǐn)?shù)僅為50）。該功能通過使用軟件判斷和輸出開關(guān)量控制信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。
5、 結(jié)論通過使用研華PCL839和組態(tài)軟件來對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，不僅可以利用軟件來控制步進(jìn)電機(jī)，提高控制精度，而且可以方便的進(jìn)行速度更改，顯示等操作，可以極大地方便現(xiàn)場(chǎng)操作，提供控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。
作者簡(jiǎn)介：
翁根春 男，1977年4月，漢族，碩士研究生，工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，北京華利嘉環(huán)境工程技術(shù)公司自控事業(yè)部工程師，現(xiàn)主要從事環(huán)保及其他領(lǐng)域的工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作。
