西门子6ES7317-2AJ10-0AB0中央控制器 西门子6ES7317-2AJ10-0AB0中央控制器
步进电机的控制系统由可编程控制器、环行脉冲分配器和步进电机功率驱动器组成，控制系统中PLC用来产生控制脉冲；通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲，控制步进电机的转角进而控制伺服机构的进给量；同时通过编程控制脉冲频率——既伺服机构的进给速度；环行脉冲分配器将可编程控制器输出的控制脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕组。
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　2晶闸管交流电子开关对控制系统的要求及PLC的选用

　　晶 闸管交流电子开关的主电路由两个反并联晶闸管支路构成，每个支路分别由两只晶闸管并联组成， 共使用四只晶闸管（ 联接方式如图2 所示） 。按照电气化工程设计的要求， 晶闸管交流电子开关安装于牵引变压器附近的移动房屋内， 结合应用工况该装置对控制系统有如下要求：

　　（1） 应具有高度的可靠性， 以适应电铁供电网长期处于运行状态的客观要求;

　　（2） 应具有完善的事故报警系统， 发生故障后应该指示出故障类型， 无故障运行时应指示出电力电容器的投切状态;

　　（3） 应具有完善的逻辑控制和自动保护功能;

　　（4） 应确保晶闸管在电压过零点触发;

　　（5） 应具有良好的电磁兼容性能， 能够适应牵引变电站现场复杂的电磁环境。

　　完 成电子开关的控制功能可以通过三种途径： ①使用集成电路开发专用控制电路板; ②使用单片机和外围电路开发专用控制电路板; ③使用PLC 和扩展模块开发专用控制系统。由于PLC 具有控制可靠、组态灵活、体积小、功能强、速度快、扩展性好、维修方便等特点，不仅减少了系统的硬件接线， 提高了可靠性， 而且通过修改程序可适应新的要求， 因此1600A1000V 晶闸管交流电子开关中选用了西门子公司的小型机S7—200 系列的PLC 作为其控制系统的核心部件。

　　3 PLC 控制系统的构成及其在交流电子开关中的作用

　　（1） 硬件构成及其作用

　　在本装置的PLC 控制系统中，选用了西门子小型机S7—200 系列的CPU222、模拟量扩展模块EM231 和文本显示器TD200。可用硬件系统资源分配图如下表所示：

　　CPU222 是PLC 控制系统中的CPU 单元， 负责接收所有的开关量和经过A/D 转换后的模拟量输入，并根据控制逻辑输出控制信号;EM231 负责对主电路的电压、电流信号进行A/D 转换， 并将转换结果输送给CPU 单元; 文本显示器TD200 负责监视CPU 单元的输出状态， 根据各个输出量的组合情况指示出晶闸管电子开关的运行状态和故障类型。

　　（2） 软件构成及其功能

　　在本装置的PLC 控制系统中，软件有两部分： 文本显示软件和逻辑控制软件。文本显示软件中存储着文本显示器所要显示的全部文本内容和CPU 单元输出量组合情况的对应关系。

　　逻 辑控制软件包含了晶闸管电子开关的所有控制逻辑， 在软件结构上由1 个主程序、2 个子程序、2 个定时中断程序构成。它的主要功能是： 根据控制要求， 实现对电压、电流的检测，适时的发出触发信号， 以及对过压、过流、风机、电源等诸类故障的检测， 并及时发出报警信号， 实现保护功能。该软件实现的流程图如图4 所示。

　　4 晶闸管的控制策略

　　晶 闸管交流电子开关是串连补偿装置的核心部件， 晶闸管的控制策略则是晶闸管交流电子开关的关键技术。要实现对晶闸管的过零触发必须依赖于对主电路电压相位的同步， 而在该装置中一旦晶闸管导通， 同步信号就会消失， 这是设计晶闸管触发电路时必须注意的问题之一。另外， 晶闸管未导通时， 其承受的电压与电力电容器承受的电压同相， 而导通后由于电路结构的变化， 电路会发生一个过渡过程， 这也是设计晶闸管触发电路时必须注意的问题之一。

　　5 结束语

　　由 于PLC 集成度高， 抗干扰能力强， 编程简单， 系统便于开发、维护和升级等优点， 加之文本显示器可以清楚明了的指示出晶闸管的导通、截止状态以及显示出各类故障状态， 因此使用PLC 控制系统的晶闸管交流电子开关结构简单、维护方便， 且具有较高的可靠性、可维护性和灵活性。
PLC控制的步进电机可以采用软件环行分配器，也可以采用如图1所示的硬件环行分配器。采用软环占用的PLC资源较多，特别是步进电机绕组相数M》4时，对于大型生产线应该予以充分考虑。采用硬件环行分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省占用PLC的I/O口点数，目前市场有多种专用芯片可以选用。步进电机功率驱动器将PLC输出的控制脉冲放大到几十~上百伏特、几安~十几安的驱动能力。

　　一般PLC的输出接口具有一定的驱动能力，而通常的晶体管直流输出接口的负载能力仅为十几~几十伏特、几十~几百毫安。但对于功率步进电机则要求几十~上百伏特、几安~十几安的驱动能力，因此应该采用驱动器对输出脉冲进行放大。

　　数控滑台的控制因素主要有三个：

　　1 行程控制

　　一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器（行程开关/死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的总转角，因此只要控制步进电机的总转角即可。由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺服机构的位移量确定PLC输出的脉冲个数：

　　n=DL/d （1）

　　式中 DL——伺服机构的位移量（mm）

　　d ——伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲）

　　2 进给速度控制

　　伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率;因此可以根据该工序要求的进给速度，确定其PLC输出的脉冲频率：

　　f=Vf/60d （Hz） （2）

　　式中 Vf——伺服机构的进给速度（mm/min）

　　3 进给方向控制

　　进给方向控制即步进电机的转向控制。步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向;如三相步进电机通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转;当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。因此可以通过PLC输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实现。