如何用PLC控制步進(jìn)電機(jī)？

1、如何實(shí)現(xiàn)PLC控制步進(jìn)電機(jī)PLC對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制（1）前言步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸人脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度與單位時(shí)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(jìn)電機(jī)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(jī)繞組通電的相序，便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和方向。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能，其啟動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運(yùn)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(jī)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(jì)算機(jī)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:Programmable LogicController)，是一種新型、通用的自動(dòng)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(diǎn)，近年來在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)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(duì)步進(jìn)電機(jī)也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運(yùn)動(dòng)控制功能，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。因此如何實(shí)現(xiàn)PLC控制步進(jìn)電機(jī)的通用控制電路設(shè)計(jì)方法有著實(shí)際生產(chǎn)意義。（二）PLC特點(diǎn)1.軟硬件功能強(qiáng)。PLC內(nèi)部具備很多功能，如時(shí)序、計(jì)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(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制0I等功能。

3、PLC不僅可進(jìn)行邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及順序控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印以及報(bào)表生成等功能。2.通用性強(qiáng)、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(jì)人員可以根據(jù)控制對(duì)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(jì)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)需要自行組合且擴(kuò)充方便、組合靈活。3.運(yùn)行穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)。PLC采用可屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動(dòng)恢復(fù)等措施，使可編程控制器具有很強(qiáng)的抗干擾能力，其平均無故障時(shí)間達(dá)到（35）×104h以上此外PLC還具有編程簡(jiǎn)單易學(xué)、

4、手段多；安裝簡(jiǎn)單、維修方便；速度快等特點(diǎn)，是“機(jī)電一體化”特有的產(chǎn)品。（三）步進(jìn)電機(jī)工作原理及特點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的作用原理。當(dāng)A相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子的齒與定子AA上的齒對(duì)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(duì)齊，轉(zhuǎn)子沿順時(shí)

5、針方向轉(zhuǎn)過，如果控制線路不停地按ABCA的順序控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的通斷電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子便不停地順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。若通電順序改為ACBA，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)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?yàn)锳ABBBCCCAA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(jìn)電機(jī)具有以下特點(diǎn)：（1）步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸人脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一周后沒有累積誤差，具有良好的跟隨性。（2）由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器電路組成的開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，既非常簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？煽俊Ｍ瑫r(shí)，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）

6、步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。 （4）速度可在相當(dāng)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(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源。步進(jìn)電機(jī)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(duì)三相單三拍步進(jìn)電機(jī)的控制為例進(jìn)行研究。（四）步進(jìn)電機(jī)控制1.控制要求：(1)進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速控制；(2)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制；(3)能對(duì)電機(jī)的步數(shù)進(jìn)行控制。2.控制原則:步進(jìn)電機(jī)能響應(yīng)而不失步的最高步進(jìn)頻率稱為“啟動(dòng)頻率”；與此類似，“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號(hào)突然關(guān)斷，步

7、進(jìn)電機(jī)不沖過目標(biāo)位置的最高步進(jìn)頻率。而電機(jī)的啟動(dòng)頻率、停止頻率和輸出轉(zhuǎn)矩都要和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相適應(yīng)。有了這些數(shù)據(jù)，就能有效地對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行變速控制。采用PLC控制步進(jìn)電機(jī)，應(yīng)計(jì)算系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量、脈沖頻率上限和最大脈沖數(shù)量，進(jìn)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(shí)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(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率。當(dāng)改變輸人脈沖的周期時(shí)，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(jī)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(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度。圖1 脈沖分配波形圖4

8、.正、反轉(zhuǎn)控制：步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制可通過改變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向，三相單三拍步進(jìn)電機(jī)通電順為A-B-C時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)繞組按A-C-B順序通電時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此，可以通過PLC輸出的方向控制信號(hào)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(jìn)電機(jī)繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。5.步數(shù)控制：步進(jìn)電機(jī)每輸人一個(gè)電脈沖就前進(jìn)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(jìn)電機(jī)的輸出位移量確定PLC輸出的脈沖個(gè)數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)控制。n =L/式中L為步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量(mm)，為機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量(mm/脈沖)。（五）PLC控制系統(tǒng)（1）控制框圖圖

9、2 控制圖框（2）I/O分配表3.驅(qū)動(dòng)電路 由步進(jìn)電機(jī)的工作原理及工作方式可知，控制步進(jìn)電機(jī)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(hào)不足以直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率，因此必須設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路使得PLC能通過驅(qū)動(dòng)器來控制步進(jìn)電機(jī)。 4.步進(jìn)電機(jī)的PLC控制方法及程序設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)環(huán)節(jié)(調(diào)換相序)，改變YO,Y1,Y2接通的順序，以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制。（3）步數(shù)控制：通過脈沖計(jì)數(shù)器，控制單拍時(shí)序脈沖數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)步數(shù)的控制。  系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)的梯形圖(部分)如圖3所示。圖3 步進(jìn)電機(jī)控制的梯形圖.（六）結(jié)束語 經(jīng)實(shí)踐證明，本文利用三菱PL