1、如何實現(xiàn)PLC控制步進電機PLC對步進電動機的控制（1）前言步進電機是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件步進電機的輸出位移量與輸人脈沖個數(shù)成正比，其速度與單位時間內(nèi)輸人的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機繞組通電的相序，便可控制步進電機的輸出位移量、速度和方向。步進電機具有較好的控制性能，其啟動、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，且可獲得較高的控制精度，因而廣泛應(yīng)用在數(shù)控機床、鐘表、數(shù)字系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)及航天工業(yè)裝置中。隨著科技的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域。

2、可編程序控制器(PLC:ProgrammableLogicController)，是一種新型、通用的自動控制裝置，具有良好的控制精度、高可靠性、靈活通用、便于編程、使用方便等優(yōu)點，近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。PLC對步進電機也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，即可實現(xiàn)對步進電機的控制。因此如何實現(xiàn)PLC控制步進電機的通用控制電路設(shè)計方法有著實際生產(chǎn)意義。（二）PLC特點1.軟硬件功能強。PLC內(nèi)部具備很多功能，如時序、計算器、主控繼電器、移位寄存器及中間寄存器等，能夠方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強制0I等功能。PLC不僅可

3、進行邏輯運算、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及順序控制，而且還可以實現(xiàn)模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印以及報表生成等功能。2.通用性強、采用模塊化結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)，為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，設(shè)計人員可以根據(jù)控制對象的規(guī)模和控制要求，選擇合適的PLC產(chǎn)品組成所需要的控制系統(tǒng)。包括CPU,電源、I/0接口等均采用模塊化設(shè)計，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)需要自行組合且擴充方便、組合靈活。3.運行穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強。PLC采用可屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動恢復(fù)等措施，使可編程控制器具有很強的抗干擾能力，其平均無故障時間達到（35）104h以上此外PLC還具有編程簡單易學(xué)、手段多；安裝簡單、維修方

4、便；速度快等特點，是“機電一體化”特有的產(chǎn)品。（三）步進電機工作原理及特點 步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電動機的工作原理實際上是電磁鐵的作用原理。當A相繞組通電時，轉(zhuǎn)子的齒與定子AA上的齒對齊。若A相斷電，B相通電，由于磁力的作用，轉(zhuǎn)子的齒與定子BB上的齒對齊，轉(zhuǎn)子沿順時針方向轉(zhuǎn)過，如果控制線路不停地按AB

5、CA的順序控制步進電動機繞組的通斷電，步進電動機的轉(zhuǎn)子便不停地順時針轉(zhuǎn)動。若通電順序改為ACBA，步進電動機的轉(zhuǎn)子將逆時針轉(zhuǎn)動30，這種通電方式稱為三相三拍。而通常的通電方式為三相六拍，其通電順序為AABBBCCCAA及AACCCBBBAA，相應(yīng)地，定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15。步進電機具有以下特點：（1）步進電機的角位移與輸人脈沖數(shù)嚴格成正比，電機運轉(zhuǎn)一周后沒有累積誤差，具有良好的跟隨性。（2）由步進電機與驅(qū)動器電路組成的開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非?？煽俊Ｍ瑫r，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控制系統(tǒng)。（3）步進電機的動態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。（

6、4）速度可在相當寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩。（5）步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流電源。步進電機常見的工作方式有：三相單三拍、三相雙三拍、三相六拍、二相四拍、二相八拍、四相四拍及四相八拍等工作方式。下面就以三菱PLC對三相單三拍步進電機的控制為例進行研究。（四）步進電機控制1.控制要求：(1)進行電機轉(zhuǎn)速控制；(2)實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)控制；(3)能對電機的步數(shù)進行控制。2.控制原則:步進電機能響應(yīng)而不失步的最高步進頻率稱為“啟動頻率”；與此類似，“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號突然關(guān)斷，步進電機不沖過目標位置的最高步進頻率。而電機的啟動頻率、停止頻

7、率和輸出轉(zhuǎn)矩都要和負載的轉(zhuǎn)動慣量相適應(yīng)。有了這些數(shù)據(jù)，就能有效地對步進電機進行變速控制。采用PLC控制步進電機，應(yīng)計算系統(tǒng)的脈沖當量、脈沖頻率上限和最大脈沖數(shù)量，進而選擇PLC及其相應(yīng)的功能模塊。根據(jù)脈沖頻率可以確定PLC高速脈沖輸出時需要的頻率，根據(jù)脈沖數(shù)量可以確定PLC的位寬。3.轉(zhuǎn)速控制：步進電機的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率。當改變輸人脈沖的周期時，ABCD四相繞組高低電平的寬度將發(fā)生變化，這就導(dǎo)致通電和斷電變化的速率發(fā)生變化，使電機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，所以調(diào)節(jié)輸人脈沖的周期就可以控制步進電機的運動速度。圖1脈沖分配波形圖4.正、反轉(zhuǎn)控制：步進電機的正、反轉(zhuǎn)控制可通過改變步進電機各繞組的通電順序

8、來改變其轉(zhuǎn)向，三相單三拍步進電機通電順為A-B-C時電機正轉(zhuǎn)；當繞組按A-C-B順序通電時電機反轉(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，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)。5.步數(shù)控制：步進電機每輸人一個電脈沖就前進一步，其輸出的角位移與輸人的脈沖數(shù)成正比。因此可以根據(jù)步進電機的輸出位移量確定PLC輸出的脈沖個數(shù)，即可實現(xiàn)對步進電機的步數(shù)控制。n=L/式中L為步進電機的輸出位移量(mm)，為機構(gòu)的脈沖當量(mm/脈沖)。（五）PLC控制系統(tǒng)（1）控制框圖圖2 控制圖框（2）I/O分配表3.驅(qū)動電路由步進電機的工作原理及工作方式可知，控制步

9、進電機最主要的就是要產(chǎn)生出符合要求的控制脈沖。而PLC發(fā)產(chǎn)生的脈沖信號不足以直接驅(qū)動步進電動機的功率，因此必須設(shè)計驅(qū)動電路使得PLC能通過驅(qū)動器來控制步進電機。4.步進電機的PLC控制方法及程序設(shè)計梯形圖(部分)。（1）轉(zhuǎn)速控制：由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生不同周期T的控制脈沖，通過脈沖控制器的選擇，再通過環(huán)形分配器使三個輸出繼電器YO,Y1,Y2按照單拍的通電方式接通。（2）正、反轉(zhuǎn)控制：通過正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動環(huán)節(jié)(調(diào)換相序)，改變YO,Y1,Y2接通的順序，以實現(xiàn)步進電機的正、反轉(zhuǎn)控制。（3）步數(shù)控制：通過脈沖計數(shù)器，控制單拍時序脈沖數(shù)，以實現(xiàn)對步進電機步數(shù)的控制。系統(tǒng)控制步進電機的梯形圖(部分)如圖3所示。圖3步進電機控制的梯形圖.（六）結(jié)束語經(jīng)實踐證明，本文利用三菱PLC可方便