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西門子6ES7317-2AJ10-0AB0中央控制器 西門子6ES7317-2AJ10-0AB0中央控制器
步進電機的控制系統(tǒng)由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器和步進電機功率驅(qū)動器組成，控制系統(tǒng)中PLC用來產(chǎn)生控制脈沖；通過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進電機的轉(zhuǎn)角進而控制伺服機構(gòu)的進給量；同時通過編程控制脈沖頻率——既伺服機構(gòu)的進給速度；環(huán)行脈沖分配器將可編程控制器輸出的控制脈沖按步進電機的通電順序分配到相應(yīng)的繞組。
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　2晶閘管交流電子開關(guān)對控制系統(tǒng)的要求及PLC的選用

　　晶 閘管交流電子開關(guān)的主電路由兩個反并聯(lián)晶閘管支路構(gòu)成，每個支路分別由兩只晶閘管并聯(lián)組成， 共使用四只晶閘管（ 聯(lián)接方式如圖2 所示） 。按照電氣化工程設(shè)計的要求， 晶閘管交流電子開關(guān)安裝于牽引變壓器附近的移動房屋內(nèi)， 結(jié)合應(yīng)用工況該裝置對控制系統(tǒng)有如下要求：

　　（1） 應(yīng)具有高度的可靠性， 以適應(yīng)電鐵供電網(wǎng)長期處于運行狀態(tài)的客觀要求;

　　（2） 應(yīng)具有完善的事故報警系統(tǒng)， 發(fā)生故障后應(yīng)該指示出故障類型， 無故障運行時應(yīng)指示出電力電容器的投切狀態(tài);

　　（3） 應(yīng)具有完善的邏輯控制和自動保護功能;

　　（4） 應(yīng)確保晶閘管在電壓過零點觸發(fā);

　　（5） 應(yīng)具有良好的電磁兼容性能， 能夠適應(yīng)牽引變電站現(xiàn)場復雜的電磁環(huán)境。

　　完 成電子開關(guān)的控制功能可以通過三種途徑： ①使用集成電路開發(fā)專用控制電路板; ②使用單片機和外圍電路開發(fā)專用控制電路板; ③使用PLC 和擴展模塊開發(fā)專用控制系統(tǒng)。由于PLC 具有控制可靠、組態(tài)靈活、體積小、功能強、速度快、擴展性好、維修方便等特點，不僅減少了系統(tǒng)的硬件接線， 提高了可靠性， 而且通過修改程序可適應(yīng)新的要求， 因此1600A1000V 晶閘管交流電子開關(guān)中選用了西門子公司的小型機S7—200 系列的PLC 作為其控制系統(tǒng)的核心部件。

　　3 PLC 控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其在交流電子開關(guān)中的作用

　　（1） 硬件構(gòu)成及其作用

　　在本裝置的PLC 控制系統(tǒng)中，選用了西門子小型機S7—200 系列的CPU222、模擬量擴展模塊EM231 和文本顯示器TD200。可用硬件系統(tǒng)資源分配圖如下表所示：

　　CPU222 是PLC 控制系統(tǒng)中的CPU 單元， 負責接收所有的開關(guān)量和經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換后的模擬量輸入，并根據(jù)控制邏輯輸出控制信號;EM231 負責對主電路的電壓、電流信號進行A/D 轉(zhuǎn)換， 并將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸送給CPU 單元; 文本顯示器TD200 負責監(jiān)視CPU 單元的輸出狀態(tài)， 根據(jù)各個輸出量的組合情況指示出晶閘管電子開關(guān)的運行狀態(tài)和故障類型。

　　（2） 軟件構(gòu)成及其功能

　　在本裝置的PLC 控制系統(tǒng)中，軟件有兩部分： 文本顯示軟件和邏輯控制軟件。文本顯示軟件中存儲著文本顯示器所要顯示的全部文本內(nèi)容和CPU 單元輸出量組合情況的對應(yīng)關(guān)系。

　　邏 輯控制軟件包含了晶閘管電子開關(guān)的所有控制邏輯， 在軟件結(jié)構(gòu)上由1 個主程序、2 個子程序、2 個定時中斷程序構(gòu)成。它的主要功能是： 根據(jù)控制要求， 實現(xiàn)對電壓、電流的檢測，適時的發(fā)出觸發(fā)信號， 以及對過壓、過流、風機、電源等諸類故障的檢測， 并及時發(fā)出報警信號， 實現(xiàn)保護功能。該軟件實現(xiàn)的流程圖如圖4 所示。

　　4 晶閘管的控制策略

　　晶 閘管交流電子開關(guān)是串連補償裝置的核心部件， 晶閘管的控制策略則是晶閘管交流電子開關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。要實現(xiàn)對晶閘管的過零觸發(fā)必須依賴于對主電路電壓相位的同步， 而在該裝置中一旦晶閘管導通， 同步信號就會消失， 這是設(shè)計晶閘管觸發(fā)電路時必須注意的問題之一。另外， 晶閘管未導通時， 其承受的電壓與電力電容器承受的電壓同相， 而導通后由于電路結(jié)構(gòu)的變化， 電路會發(fā)生一個過渡過程， 這也是設(shè)計晶閘管觸發(fā)電路時必須注意的問題之一。

　　5 結(jié)束語

　　由 于PLC 集成度高， 抗干擾能力強， 編程簡單， 系統(tǒng)便于開發(fā)、維護和升級等優(yōu)點， 加之文本顯示器可以清楚明了的指示出晶閘管的導通、截止狀態(tài)以及顯示出各類故障狀態(tài)， 因此使用PLC 控制系統(tǒng)的晶閘管交流電子開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、維護方便， 且具有較高的可靠性、可維護性和靈活性。
PLC控制的步進電機可以采用軟件環(huán)行分配器，也可以采用如圖1所示的硬件環(huán)行分配器。采用軟環(huán)占用的PLC資源較多，特別是步進電機繞組相數(shù)M》4時，對于大型生產(chǎn)線應(yīng)該予以充分考慮。采用硬件環(huán)行分配器，雖然硬件結(jié)構(gòu)稍微復雜些，但可以節(jié)省占用PLC的I/O口點數(shù)，目前市場有多種專用芯片可以選用。步進電機功率驅(qū)動器將PLC輸出的控制脈沖放大到幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅(qū)動能力。

　　一般PLC的輸出接口具有一定的驅(qū)動能力，而通常的晶體管直流輸出接口的負載能力僅為十幾~幾十伏特、幾十~幾百毫安。但對于功率步進電機則要求幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅(qū)動能力，因此應(yīng)該采用驅(qū)動器對輸出脈沖進行放大。

　　數(shù)控滑臺的控制因素主要有三個：

　　1 行程控制

　　一般液壓滑臺和機械滑臺的行程控制是利用位置或壓力傳感器（行程開關(guān)/死擋鐵）來實現(xiàn)；而數(shù)控滑臺的行程則采用數(shù)字控制來實現(xiàn)。由數(shù)控滑臺的結(jié)構(gòu)可知，滑臺的行程正比于步進電機的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進電機的總轉(zhuǎn)角即可。由步進電機的工作原理和特性可知步進電機的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個數(shù)；因此可以根據(jù)伺服機構(gòu)的位移量確定PLC輸出的脈沖個數(shù)：

　　n=DL/d （1）

　　式中 DL——伺服機構(gòu)的位移量（mm）

　　d ——伺服機構(gòu)的脈沖當量（mm/脈沖）

　　2 進給速度控制

　　伺服機構(gòu)的進給速度取決于步進電機的轉(zhuǎn)速，而步進電機的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率;因此可以根據(jù)該工序要求的進給速度，確定其PLC輸出的脈沖頻率：

　　f=Vf/60d （Hz） （2）

　　式中 Vf——伺服機構(gòu)的進給速度（mm/min）

　　3 進給方向控制

　　進給方向控制即步進電機的轉(zhuǎn)向控制。步進電機的轉(zhuǎn)向可以通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向;如三相步進電機通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A…時步進電機正轉(zhuǎn);當繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時步進電機反轉(zhuǎn)。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來實現(xiàn)，或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來改變步進電機繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。