1 前言
　　可編程控製器（PC）包括可編程邏輯控製器（PLC）和可編程計算機控製器（PCC）。無論是PLC還是它的升級產(chan) 品PCC，其基本組成和工作原理部是相同的。但是，PCC具有一般PLC所不具備的特點：① PCC已經采用了多任務操作係統；② PCC不但支持梯形圖和C語言等各種高低編程語言，還具有專(zhuan) 為(wei) 工業(ye) 控製開發的高級語言，它比通用的高級語言，如C 語言更適用於(yu) 工業(ye) 控製，更易於(yu) 編程；③ PCC可以支持多個(ge) 主CPU同時工作，而且還具有智能處理器，如專(zhuan) 門的時間處理單元守（TPU）。綜上所述可看出，PCC在很多方麵突破傳(chuan) 統，在PLC中引入了新的思想和編程思想，更易於(yu) 實現日趨複雜的控製要求[1]。步進電機在工業(ye) 領域應用非常廣泛，實現PCC控製的步進電機具有很大的實用價(jia) 值。
　　2 步進電機的控製
　　步進電機的性能對控製係統的設計具有重要的意義(yi) ，在設計時需要綜合考慮步進電機的步距角、細分數、保持力矩等，使調速係統具有高的可靠性。
　　在步進式PCC調速器中，根據步進電機的控製脈衝(chong) 生成方式，它的控製方式分為(wei) 直接控製和間接控製兩(liang) 種方式。前者，由PCC完成脈衝(chong) 生成和脈衝(chong) 分配，並輸出與(yu) 步進電機相適應的脈衝(chong) ，再經過功率放人驅動步進電機；後者，由PCC完成脈衝(chong) 生成並輸出步進脈衝(chong) 和方向控製信號，再由硬件或其他裝置（如步進電機驅動器）實現脈衝(chong) 分配和功率放大。采用直接控製方式時，步進電機運動頻率由高速任務組的掃描周期決(jue) 定，步進電機的運動頻率愈高，則要求高速任務組的掃描周期愈短，這樣，占用CPU的時間就愈長；采用間接控製方式時，其功能由TPU完成，不占用CPU 資源；脈衝(chong) 分配由步進電機驅動器完成，且具有更完善和靈活的控製功能（如升降速等）。因此在步進式PCC調速器中主要采用間接控製力式。
　　圖1 示出以兩(liang) 相混合式步進電機為(wei) 例，采用間接控製方式的控製結構。在PCC間接控製方式下，方向控製信號根據控製量增量值的正負確定，輸出脈衝(chong) 信號經過步進電機驅動器完成脈衝(chong) 的分配，使步進電機按照所要求的力向和位移量或角度轉動。

圖1 兩(liang) 相步進電機PCC控製電路
　　步進電機選用美國Palker 公司的OEM83 一135 , 驅動器選用Palker 公司的OEM750 , PCC模塊選用奧地利B&R公司的POWER PANEL.PP41 ，數字量輸出模塊選用可與(yu) TPU 通道相連接的高速輸出模塊DOl35 。PCC通過數字量輸出模塊輸出步進脈衝(chong) 信號和方向控製信號，送入OEM750 步進電機驅動器的相應端口， 由OEM750 步進電機驅動器產(chan) 生與(yu) 步進電機相適應的驅動脈衝(chong) 驅動步進電機。在PCC 內(nei) 部控製步進電機的脈衝(chong) 信號通過調用TPU功能塊LTXPestXO 產(chan) 生，該模塊專(zhuan) 門為(wei) 步進電機設計，具有與(yu) 步進電機驅動器相適應的兩(liang) 個(ge) 輸出信號，即步進脈衝(chong) 信號和方向電平信號。PCC 輸出的步進脈衝(chong) 信號用於(yu) 控製步進電機的位置和速度。也就是說，驅動器每接受一個(ge) 脈衝(chong) 就驅動步進電機旋轉一個(ge) 步距角，改變脈衝(chong) 頻率，則同時使步進電機的轉速改變，控製脈衝(chong) 的個(ge) 數，則可使步進電機精確定位，以實現步進電機調速和定位的目的。PCC輸出方向的控製信號用於(yu) 控製步進電機的旋轉方向，此端為(wei) 高電平時，電機順時針旋轉，反之，電機逆時針旋轉。
　　2 .1 步進電機驅動器
　　OEM75驅動器具有分辨率、靜態鎖定電流、最大驅動電流等參數設置以及升降速控製等功能，並具有使用方便、安個(ge) 可靠等許多優(you) 點。
　　分辨率（步進電機運行一圈的步數）的設置可多達16 級，範圍從(cong) 每圈200 步至每圈508 （ ） 0 步不等，可滿足用戶的不同要求。設置時，可通過對該驅動器上的開關(guan) 2 的2 到5 位進行。在PCC調速器中選取每圈步數為(wei) 1000步，這樣步進電機的步距角為(wei) 0.36度 ，完全滿足了調速係統的要求，同時由於(yu) 驅動器采用了細分技術，因此對步進電機的低頻震顫也起到了很好的阻尼作用，增強了係統的穩定性和可靠性。
　　步進電機在靜止狀態時的靜態鎖定電流有4 種不同的電流等級可供選擇。由於(yu) PCC 調速器中的鎖定力矩較小，故選取靜態鎖定電流為(wei) 最大驅動電流的25 % ，以降低步進電機溫升並延長其壽命。
　　為(wei) 使電機能有最大力矩又不引起電機的振蕩和噪音，在PCC調速器中將最大驅動電流設置為(wei) 7.5A , 供電電壓為(wei) 24v 。電流環增益按下式計算：
　　Ki= 364 000 LM／U
　　式中 LM——-電機電感（H） U——-電源電壓
　　需注意，當電機需要改變運動方向時，必須使改變方向的控製電平信號至少保持200us。
　　2 .2 TPU功能塊LTXPestXO模塊
　　TPU 是PP41 模塊微處理器所具有的一個(ge) 時間處理單元，主要用於(yu) 外部處理事件計數、門電平時間測量、頻率測量、脈寬調製等與(yu) 時間有關(guan) 的任務（timing tasks ） ，縮短CPU 模塊為(wei) 處理這些任務調用中斷服務程序所占用的時間。TPU功能模塊包含TPU操作係統、TPU 配置、完成特定功能的TPU 程序模塊等，應用程序通過它與(yu) TPU通訊傳(chuan) 遞參數和數據，該功能模塊由B&R公司專(zhuan) 門研製的TPU 編碼連接器產(chan) 生，並在CPU 熱啟動（warm start）時，將自己傳(chuan) 入TPU 的RAM 中，由此接管TPU 讓它完成用戶特定的功能。
　　在步進電機控製中，主要利用功能模塊LTXPestXO，它與(yu) D0135 模塊配合使用，占用2 個(ge) TPU 輸出通道，第一通道為(wei) 控製步進電機轉速的脈衝(chong) 信號，第二通道為(wei) 控製步進電機力向的信號。它能根據絕對位置或相對位置兩(liang) 種模式調節步進電機。該模塊在循環任務中調用。需注意，該模塊隻能在程序的一個(ge) 地方調用，否則不同程序部分調用同一硬件可能引起衝(chong) 突。
　　功能模塊LTXPestXO可對包括步進電機起／停時的最小速度和最大速度、步進電機升速時的加速度和減速時的加速度、絕對目標位置和相
對目標位置等眾(zhong) 多參數進行設置，使得PCC與(yu) 步進電機配合使用非常靈活且功能強大，從(cong) 而實現對步進電機及驅動器的良好控製。
　　3 應用
　　目前已有多台步進式PCC調速器已在四川越西鐵馬二級電站、四川飛羅電站等水電站投入運行。經對四川越西鐵馬二級電站2 號機組調節係統進行全麵的靜動態特性試驗，其結果表明，性能指標已滿足或優(you) 於(yu) 國標GB/T9652.1一1997的要求，其中主要特性試驗結果：① 調速器轉速死區小於(yu) 0.04 %；② 甩25%額定負荷，接力器不動時間為(wei) 0.16s；③ 甩100%額定負荷時，轉速最大上升為(wei) 額定轉速的118% ，調節時間為(wei) 19s；④ 空載時擾動量取8% ，選若幹組參數進行試驗比較，當Kp＝1.7 , Kz＝0.32, KD= 1.7 時比較理想，擾動後調節時間較短，接力器擺動一次，且機頻超調小。
　　4 結束語
　　將PCC控製步進電機用於(yu) 水輪機調節係統，數十座電站的運行結果表明，其設計合理，運行狀況良好，將步進電機用於(yu) 水輪機調速器中，有效地解決(jue) 了以往調速器存在可靠性低的問題，簡化了調速器結構並降低了造價(jia) ，完全能滿足水輪機調速器動靜態的要求，具有很高的可靠性。
　　參考文獻
　　[1] 齊蓉.新一代可編程計算機控製器技術[M]. 西安：西北大學出版社，2000.
　　[2] OEM75O Driver User Guide[Z].Parker Hannifin Corporation,1997. #p#分頁標題#e#