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1、基于 PLC 的四相步进电机控制方法及实现#1 步进电机是一种将电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入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数（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、速度和转向。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，都在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用2PLC 的特点及应用可编程序控制器 fProgrammableLogicController）简称 PLC,是在继电器
2、控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。它具有可靠性高、环境适应性好、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等优点,因此迅速普及并成为当代工业自动化的支柱设备之一。2.1 高可靠性PLC 所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离；各输入端均采用 RC 滤波器，其滤波时间常数一般为 1020ms；各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；采用性能优良的开关电源：具有良好的自诊断功能一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU 立即采用有效措施，以防止故障
3、扩大；简化编程语言，对信息进行保护和恢复.设置警戒时钟 WDT；对程序和动态数据进行电池后备。上述措施使 PLC 有高的可靠性。而采用循环扫描工作方式也提高其抗干扰能力。2.2 通用性强、采用模块化结构各个 PLC 的生产厂家都有各种系列化产品和各种模块供用户选择。用户可以根据控制对象的规模和控制要求，选择合适的 PLC 产品，组成所需要的控制系统。在做应用设计时，一般不需要用户制作任何附加装置从而能使设计工作简化。为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC 以外。绝大多数 PLC 均采用模块化结构。PLC 的各个部件。包括 CPU、电源、I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模
4、块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合且扩充方便、组合灵活。此外 PLC 具有丰富的 I/O 接口模块、编程简单易学、手段多；安装简单、维修方便;速度快等特点，是“机电一体化”特有的产品。2.3 PLC 的应用领域PLC 在工业自动化领域起着举足轻重的作用在国内外已广泛应用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。实践证明 80以上的工业控制可以使用 PLC 来完成。PLC 可用于逻辑顺序控制、过程控制、运动及位置控制、数据处理、通信联网等。使用 PLC 可实现步进电机的控制可使步进电机动作的抗干扰能力强、可靠性高。2 步进电机的控制原理2.1 四相步进
5、电机的控制要求：（1）能对四相步进电机的转速进行控制；(2)可实现对四相步进电机的正反转控制(3)能对四相步进电机的步数进行控制。2.2 运动速度的控制步进电机的转速取决于输入的脉冲频率。从图 1 可以看出，当改变输入脉冲的周期时，ABCD 四相绕组高低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。所以调节输入脉冲的周期就可以控制步进电机的运动速度。2.3 正、反转控制步进电机的正、反转控制可通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向，四相双四拍步进电机通电顺为 ABBCCDDAAB时电机正转；当绕组按 ADDCCBBAAD顺序通电时电机反转因此，可以通过
6、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。2.4 步数控制步进电机每输入一个电脉冲就前进一步，其输出的角位移与输入的脉冲数成正比。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=AL/6式中 AL 为步进电机的输出位移量(mm),&为机构的脉冲当量(mm/脉冲)。3PLC 控制系统的设计步进电机控制的最大特点是开环控制，不需要反馈信号。因为步进电机的运动不产生旋转量的误差累积。本系统 PLC 选用三菱 FX232MR。其控制系统如图 2 所示。阳 2P1X 控制进电机的慕魏
7、框图根据要求 I/O 分配见表 1。1 曲井配蕊兀样/侶悄碧定艾冗啊1/nq侪号宦梵4 步进电机电路4.1 步进电机驱动电路PLC 控制步进电机常用的形式有普通型通用 PLC 控制和 PLC 专用步进驱动模块控制等两种，模块式控制方式具有控制可靠性高的优点，而通用 PLC 控制步进驱动系统具有PLC 系统构成简单。工程造价低等优点，易于推广应用。图 3 所示为步进电机的驱动电路。图 3 中仅为一相的驱动电路。其余三相与之相同在图 3 中三极管 T1 起开关作用。当三极管截止时，无集电极电流流通，开关相当于断开；当三极管饱和时，流过的集电极电流最大。开关相当于闭合，该开关“动作”可由加于基极的电
8、流来控制。由 T2、T3 两个三极管组成达林顿式功放电路，驱动步进电机的 4 个绕组.使电机绕组的静态电流达到近2A。电路中使用光电耦合器将控制和驱动信号隔离。当控制输入信号为低电平时，T1 截止，输出高电平，则红外发光二极管截止，光敏三极管不导通.因此绕组中无电流流过；当输入信号为高电平时，T1 饱和导通，于是红外发光二极管被点亮，使光敏三极管导通，向功率驱动级晶体管提供基极电流使其导通，绕组被通以电流。4.2 步进电机的 PLC 控制方法及程序设计梯形图(部分)(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四个输出继电器 YO、Y1、Y2
9、 和 Y3 按照双四拍的通电方式接通。(2)、正、反转控制通过正、反转驱动环节(调换相序)，改变 YO、Y1、Y2 和 Y3 接通的顺序.以实现步进电机的正、反转控制。即正转；境转，gYlfYkY2乜 TOWk 竹 f 罠蛇巴、YlYl、卩(3)、步数控制通过脉冲计数器，控制四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(部分)如图 4 所示。5 结束语本文作者创新点是用 PLC 控制四相双四拍步进电机的方法简单易行，可靠性高。由于采用了 PLC 控制步进电机技术，所以改变控制参数相当方便，只需改变 PLC 程序中相应部分即可。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减少占用PLC 的 I/O 口，与 PLC 接口时比较方便，这样在 PLC 控制步进电机的控制系统中不仅减少了控制系统设计的上作量、大大缩短开发研制周期和节约了开发费用而且提高了控制系统的柔性和可靠性，具有较高的推广和实用价值。
PLC的四相步进电机控制方法及实现
