如何用PLC控制步进电机？.docx

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1、PLC对步进电动机的控制(1)前言步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件步进电机的输出位移量与输人脉冲个数成正比，其速度与单位时间内输人的脉冲数(即脉冲频率)成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而广泛应用在数控机床、钟表、数字系统、程序控制系统及航天工业装置中。随着科技的飞速开展，计算机控制已经广泛应用在所有的工业领域。可编程序控制器(PLC:P

2、rOgranInIableLOgiCContrOller),是一种新型、通用的自动控制装置，具有良好的控制精度、高可靠性、灵活通用、便于编程、使用方便等优点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用。PLC对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实现对步进电机的控制。因此如何实现PLC控制步进电机的通用控制电路设计方法有着实际生产意义。(二)PLC特点L软硬件功能强。PLC内部具备很多功能，如时序、计算器、主控继电器、移位存放器及中间存放器等，能够方便地实现延时、锁存、比拟、跳转和强制0/I等功能。PLC不仅可进行逻辑运算、算术运算

3、、数据转换以及顺序控制，而且还可以实现模拟运算、显示、监控、打印以及报表生成等功能。2 .通用性强、采用模块化结构。绝大多数PLC均采用模块化结构，为了适应各种工业控制需要，设计人员可以根据控制对象的规模和控制要求，选择适宜的PLC产品组成所需要的控制系统。包括CPU,电源、I/O接口等均采用模块化设计，系统的规模和功能可根据需要自行组合且扩充方便、组合灵活。3 .运行稳定可靠，抗干扰能力强。PLC采用可屏蔽、滤波、隔离、故障诊断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，其平均无故障时间到达（35）X104h以上此外PLC还具有编程简单易学、手段多；安装简单、维修方便；速度快等特点

4、，是“机电一体化特有的产品。（三）步进电机工作原理及特点步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角）,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而到达准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而到达调速的目的。步进电动机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。当A相绕组通电时，转子的齿与定子AA上的齿对齐。假设A相断电，B相通电，由于磁力的作用，转子的齿与定子BB上的齿对齐,转子沿顺时针方向转过，如果控制线路不停地按A-B-C-A的顺序控制

5、步进电动机绕组的通断电，步进电动机的转子便不停地顺时针转动。假设通电顺序改为AfCfBfA，步进电动机的转子将逆时针转动30,这种通电方式称为三相三拍。而通常的通电方式为三相六拍，其通电顺序为A-ABfB-BCfC一CAfA及A-AC-C-CB-B-BA-A，相应地，定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过15。步进电机具有以下特点：（1）步进电机的角位移与输人脉冲数严格成正比，电机运转一周后没有累积误差，具有良好的跟随性。（2）由步进电机与驱动器电路组成的开环数字控制系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反应环节组成高性能的闭环数控制系统。（3）步进电机的动态响应快,易于启停

6、、正反转及变速。（4）速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩。（5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。步进电机常见的工作方式有：三相单三拍、三相双三拍、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对三相单三拍步进电机的控制为例进行研究。（四）步进电机控制L控制要求：（1）进行电机转速控制；（2）实现电机的正反转控制；（3）能对电机的步数进行控制。2 .控制原那么：步进电机能响应而不失步的最高步进频率称为“启动频率；与此类似，“停止频率是指系统控制信号突然关断，步进电机不冲过目标位置的最高步进频率。而电机的

7、启动频率、停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应。有了这些数据，就能有效地对步进电机进行变速控制。采用PLC控制步进电机，应计算系统的脉冲当量、脉冲频率上限和最大脉冲数量，进而选择PLC及其相应的功能模块。根据脉冲频率可以确定PLC高速脉冲输出时需要的频率，根据脉冲数量可以确定PLC的位宽。3 .转速控制：步进电机的转速取决于输入的脉冲频率。当改变输人脉冲的周期时，ABCD四相绕组上下电平的宽度将发生变化，这就导致通电和断电变化的速率发生变化，使电机转速发生变化，所以调节输人脉冲的周期就可以控制步进电机的运动速度。图1脉冲分配波形图4 .正、反转控制：步进电机的正、反转控制可通过改变步进

8、电机各绕组的通电顺序来改变其转向，三相单三拍步进电机通电顺为A-B-C时电机正转；当绕组按A-C-B顺序通电时电机反转。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，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。5 .步数控制：步进电机每输人一个电脉冲就前进一步，其输出的角位移与输人的脉冲数成正比。因此可以根据步进电机的输出位移量确定PLC输出的脉冲个数，即可实现对步进电机的步数控制。n-L式中AL为步进电机的输出位移量（Innl）,为机构的脉冲当量（mm脉冲）。（五）PLC控制系统（1）控制框图图2控制图框I/O分配表3.驱动电路由步进电机的工作原理及工作

9、方式可知，控制步进电机最主要的就是要产生出符合要求的控制脉冲。而PLC发产生的脉冲信号缺乏以直接驱动步进电动机的功率，因此必须设计驱动电路使得PLC能通过驱动器来控制步进电机。4,步进电机的PLC控制方法及程序设计梯形图（局部）。（1）转速控制：由脉冲发生器产生不同周期T的控制脉冲，通过脉冲控制器的选择，再通过环形分配器使三个输出继电器YO,Yl,Y2按照单拍的通电方式接通。（2）正、反转控制：通过正、反转驱动环节（调换相序），改变YO,Yl,Y2接通的顺序，以实现步进电机的正、反转控制。（3）步数控制：通过脉冲计数器，控制单拍时序脉冲数,以实现对步进电机步数的控制。系统控制步进电机的梯形图（局部）如图3所示。图3步进电机控制的梯形图.（六）结束语经实践证明，本文利用三菱PLC可方便地实现对步进电机的速度和位置进行控制，可靠地实现各种步进电机的操作，控制效果良好。利用PLC对步进电机进行控制，简单方便，只需改变PLC程序中相应局部便可改变控制参数。而且对任何相数的步进电机都可以使用，在设计方法上简单易行。不仅减少了控制系统设计的工作量，而且提高了控制系统的可靠性。