【文章內(nèi)容簡介】 使 B 相繞組單獨接通 ，如圖 1（ b）所示 ；再同時接通 B、 C 相繞組， 如圖 2（ b）所示， 依此進行。在這種通電方式時，定子三相繞組需經(jīng)過六次切換才能完成一個循環(huán)，故稱為 “六拍 ”，而且在通電時，有時是單個繞組接通，有時又為兩個繞組同時接通，因此亦稱為 “三相單、雙六拍 ”。 在這種通電方式時，三相步進電動機的步距角α應為 15176。，其具有帶負載能力增加 的優(yōu)點 [9]。 基于 PLC的步進電動機控制系統(tǒng) 4 圖 2 三相雙三拍步進運行 3 步進電動機控制系統(tǒng)原理和組成 步進電機控制 方法 根據(jù)步進電機的工作原理，可知步進電機的角位移量與控制脈沖的個數(shù)成正比，角速度與控制脈沖的 頻率成正比，旋轉方向與各相繞組通電順序有關。因此步進電機的驅動電路，必須能控制步進電機各相勵磁繞組電信號的通電斷電變化頻率、脈沖數(shù)和通電順序。步進電機的控制方式 如果通過按順序給繞組施加有序的脈沖電流，就可以控制電機的轉動，從而實現(xiàn)數(shù)字脈沖 —— 角度的轉換 [10]。轉動的角度大小與施加的脈沖數(shù)成正比。 轉動的速度與脈沖頻率成正比，而轉動方向與脈沖順序有關。以轉子帶有四個齒的三相步進電機為例，列表說明步進電機的控制原理。 表 31 三相單三拍方式 三相 繞組 正轉 反轉 A B C A B C T1 1 0 0 0 0 1 T2 0 1 0 0 1 0 T3 0 0 1 1 0 0 咸陽師范學院 2020屆本科畢業(yè)論文 5 表 32 三相雙三拍方式 三相 繞組 正轉 反轉 A B C A B C T1 1 1 0 1 0 1 T2 0 1 1 0 1 1 T3 1 0 1 1 1 0 表 33 三相六拍 三相 繞組 正轉 反轉 A B C A B C T1 1 0 0 1 0 0 T2 1 1 0 1 0 1 T3 0 1 0 0 0 1 T4 0 1 1 0 1 1 T5 0 0 1 0 1 0 T6 1 0 1 1 1 0 注意： T1T6 表示脈沖周期； A、 B、 C表示電機各相； 1 表示此時有一個脈沖（對應電機繞組接通）， 0 表示沒有脈沖（對應電機繞組斷開）。 控制系統(tǒng)的組成 步進電動機控制系統(tǒng)結構 圖 3 步進電機控制系統(tǒng)結構框圖 PLC 控制器 脈沖控制輸出 驅動電路 指 令 電 源 步進 電機 負 載 基于 PLC的步進電動機控制系統(tǒng) 6 步進電機控制系統(tǒng)結構圖如圖 3 所示，各個部分的功能如下： (1) PLC 控制器 ： 將 PLC 與外接開關連接 。它根據(jù)指令將脈沖按一定的順序加在功率放大電路的控制極上來控制步進電機各相繞組的通斷，以實現(xiàn)電機的速度、 正轉與反轉控制 ，這是整個控制系統(tǒng)的核心。 (2) 驅動電路 ： 由于 PLC輸出的電流只有幾毫安，而一般的步進電機需要幾安到幾十安的電流。因此只有 PLC的輸出信號進行適當?shù)姆糯蟛拍苋ヲ寗硬竭M電機。 步進電動機驅動電路實際上是一個功率開關電路， 可 使步進電動機能輸出足夠的轉矩以驅動負載工作，提供的足夠功率的控制信號。 步進電動機 運行 控制 方式實現(xiàn) 在步進電動機的 PLC控制中， 控制信號由 PLC 產(chǎn)生。其基本控制作用如下 [12]。 (1) 步距角度的控制 三相步進電動機 不同的工作方式下，其步距角也是不同的。當為三 相單三拍的工作方式時，其各相 通電的順序為 A B C A， 當為三相六拍工作方式時，其各相 通電的順序 為AABBBCCCAA。根據(jù)本文中公式 22 可知，單三拍工作方式下，步距角大，而六拍工作方式下，步距角小。 (2) 控制電動機的轉向 通過前面介紹的步進電動機原理我們己經(jīng)知道，如果按給定的工作方式正序通電換相，步進電動機就正轉 。如果按反序通電換相，則電動機就反轉。 例如，三相步進電 動機在單三拍方式， 通電換相正序是 A B– CA ，電動機正轉 。 如果按反序 ACBA ，電動機就反轉。 (3) 控制電動機的速度 如果給步進電動機一個控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉 一個角度 。兩個脈沖間隔時間越短， 步進電動機就轉的越快。 因此， 輸出 脈沖的頻率決定了步進電動機的轉速。調(diào)整 PLC發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電動機進行調(diào)速。 4 控制系統(tǒng)硬件的設計 控制系統(tǒng)硬件的核心是可編程控制器（ PLC）， PLC 選用 西門子公式的整體式 CPU224，其具有可靠性高、功能強、體積小等優(yōu)點。 CPU224 的簡介 咸陽師范學院 2020屆本科畢業(yè)論文 7 圖 4 整 體式 PLC 的組成示意圖 西門子 CPU224 是一種整體式的 PLC，其組成示意圖如圖 4 所示。整體式機構的 PLC是將中央處理單元（ CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信端口、 I/O 端口等組裝在一個箱體內(nèi)構成主機。另外還有獨立的 I/O 擴展單元等與主機配合使用。整體機結構緊湊、體積小，小型機和微型機常采用這種結構 。 西門子 CPU224 是 S7－ 200 系列 PLC 中的典型產(chǎn)品，它的基本單元有 14 個開關量輸入口和 10 個輸出口，最大可連接 7 個擴展模塊，能夠方便地處理開關量、模擬量，并具有 7 個 PID 回路控制功能。 CPU224 具有很強的功能，如自帶高速計數(shù)器、自帶通信接口、具有脈沖輸出功能、具有實時時鐘、能進行浮點運算等。此外， CPU224 允許在程序中立即讀寫輸入、輸出口，允許在程序中在使用中斷、設置停止模擬數(shù)字量輸出狀態(tài)，可以允許為數(shù)字量及模擬量輸入加濾波器，還具有窄脈沖捕捉功能，為復雜的工業(yè)控制提供了方便。 輸入 /輸出端子地址分配 為了實現(xiàn) 步進電機 速度、正轉、反轉、三相單三拍和三相六拍等多種運行方式的控制， 需要 7個輸出控制信號，因此 輸入端子的 選用 為 、 、 、 、 、 。其中 為啟動按鈕， 為停止按鈕 ， 至 是控制電動機運行方式 的選擇，其中 與 是控制 正、反轉的選擇； 是控制單三拍運行方式， 是控制六拍運行方式； 是對速度的選擇。 輸出端子地址為 、 、 ， 控制三相步進電機繞組的接通和斷開，實現(xiàn)步進電機的運行。 當它們?yōu)?1 時與其對應的相就為通電狀態(tài)。 具體地址分配如表 41所示 ，相應的硬件電路如圖 5 所示。 電源 中央 處理器 （ CPU） 用戶程序存儲器 系統(tǒng)程序存儲器 特殊擴展單元 I/O 擴展單元 輸入單元 用戶輸入設備 外設接口 輸出單元 用戶輸出設備 I/O擴展接口 編程器 上位計算機 EPROM 寫入器 可編程終端 PT PLC 基于 PLC的步進電動機控制系統(tǒng) 8 表 41 CPU224 輸入 /輸出端子地址的分配 輸入信號 輸出信號 名稱 輸入端子 名稱 輸出端子 啟動 步進電機 A相