【導讀】模塊如高速計數(shù)輸入和脈沖輸出的應(yīng)用上已經(jīng)基本滿足用戶的需求了。但隨著應(yīng)用需求及關(guān)。聯(lián)產(chǎn)品技術(shù)性能的提升，PLC將繼續(xù)得已完善和發(fā)展。本文主要論述了步進電機的原理及驅(qū)。動方法，并在S7-200PLC的基礎(chǔ)上，對步進電機進行控制。本設(shè)計選用PLC控制兩相混合。式步進電機，在PLC編程的基礎(chǔ)上用按鈕開關(guān)控制步進電機的啟動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等基本功能。

　　

【正文】 矩，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生步進運動。 當 A 相繞組通電時 ， 在轉(zhuǎn)子 N 極端磁極 1 上的繞組產(chǎn)生的 S 磁極吸引轉(zhuǎn)子N 極 ， 使得磁極 1 下是齒對齒 ， 磁力線由轉(zhuǎn)子 N 極指向磁極 1 齒面 ， 磁極 5 下也無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 21 是齒對齒 ， 磁極 3 和 7 是齒對槽 ， 所示 A 相通電轉(zhuǎn)子 N 極端定轉(zhuǎn)子平衡。由于兩段轉(zhuǎn)子鐵芯上的小齒相互錯開半個齒距 ， 在轉(zhuǎn)子 S 極端 ， 磁極 1 和 5 產(chǎn)生的 S極磁場 ， 排斥轉(zhuǎn)子 S 極 ， 與轉(zhuǎn)子正好是齒對槽 ， 磁極 3 和 7 齒面產(chǎn)生 N 極磁場 ，吸引轉(zhuǎn)子 S 極 ， 使得齒對齒。 A 相繞組通電時轉(zhuǎn)子 N 極端、 S 極端轉(zhuǎn)子平衡。如圖 45 所示。 因轉(zhuǎn)子上共有 50 個齒 ， 其齒距角為 360176。 /50=176。，定子每個極距所占的齒數(shù)為不是整數(shù) ， 因此當定子的 A 相通電 ， 在轉(zhuǎn)子 N 極 ， 磁極 1 的 5 個齒與轉(zhuǎn)子齒對齒 ， 旁邊的 B 相繞組的磁極 2 的 5 個齒和轉(zhuǎn)子齒有 1/4 齒距的錯位 ， 即 176。， A相通電時定轉(zhuǎn)子齒展開圖畫圓圈的地方 ， A相磁極 3的齒和轉(zhuǎn)子就會錯位 176。 ，實現(xiàn)齒對槽了。磁力線是沿轉(zhuǎn)子 N 端→ A(1)S 磁極→導磁環(huán)→ A(3)N 磁極→ 轉(zhuǎn)子S 端→轉(zhuǎn)子 N 端 ， 成一閉合曲線。當 A 相斷電 B 相通電時 ， 磁極 2 產(chǎn)生 N 極性 ，吸合離它最近的 S 極轉(zhuǎn)子 7 齒 ， 使得轉(zhuǎn)子沿順時針方向轉(zhuǎn)過 176。 ， 實現(xiàn)磁極 2和轉(zhuǎn)子齒對齒 ， B 相繞組通電定轉(zhuǎn)子齒展開圖如圖 5 所示 ， 此時磁極 3 和轉(zhuǎn)子齒有 1/4 齒距的錯位。依次類推若繼續(xù)按四拍的順序通電 ， 轉(zhuǎn)子就按順時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動 ， 每通電一次即每來一個脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 176。 ， 即稱步距角為 176。 ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈需要 360176。 /176。 =200 個脈沖。如圖 46 所示。 在轉(zhuǎn)子 S 極端也是同樣道理 ,當繞組齒對齒 時 ,其旁邊一相磁極錯位 176。 [5]。 A ( 1 ) B ( 2 )1 2 34 5 6A ( 3 ) B ( 4 )A ( 5 ) B ( 6 ) A ( 7 ) B ( 8 ) 圖 45 A相通電時定轉(zhuǎn)子齒展開圖 A ( 1 ) B ( 2 )1 2 34 5 6A ( 3 ) 圖 46 B相繞組通電定轉(zhuǎn)子齒展開圖 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 22 驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置 由于上述步進電機的相電流為 ，驅(qū)動器的 SW1SW3分別設(shè)置為： ON、ON、 ON，即輸出峰值電流為 ， SW5SW8分別設(shè)置為 ON、 OFF、 ON、 ON，即細設(shè)定為 800步 /圈。具體參數(shù)參照附錄。 PLC 控制步進電機 控制步 進電機最重要的就是要產(chǎn)生出符合要求的控制脈沖。西門子 PLC本身帶有高速脈沖計數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，其發(fā)出的頻率最大為 10KHz，能夠滿足步進電動機的要求。對 PLC提出兩個特性要求： 一是在此應(yīng)用的 PLC最好是具有實時刷新技術(shù)的 PLC， 使輸 出信號的頻率可以達到數(shù)千赫 或更高。其目的是使脈沖能有較高的分配速度 ， 充分利用步進電機的速度響應(yīng)能力 ， 提高整個系統(tǒng)的快速性。二是 PLC本身的輸出端口應(yīng)該采用大功率晶體管 ， 以滿足步進電機各相繞組數(shù)十伏脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅(qū)動要 求。 利用 PLC輸出脈沖信號，通過驅(qū)動器驅(qū)動步進電 機。原理框圖如圖 47所示： 圖 47 控制框圖 環(huán)形分配程序?qū)Σ竭M電機各相繞組的通電順序進行環(huán)形脈沖分配，從而控制接到步進電機兩相繞組的直流電源的依次通、斷，形成旋轉(zhuǎn)磁場，使步進電機轉(zhuǎn)動。當步進電機各相繞組的通電順序按 ： A+—B+—A—B導通斷開時，步進電機正轉(zhuǎn)。當按 A—B+—A+—B 依次導通、斷開時，步進電機反轉(zhuǎn)，即步進電機可以按兩相四拍工作。每當步進電機走一步，環(huán)形脈沖分配程序的步數(shù)減一，當步數(shù)減為零時，停止環(huán)形脈沖分配，等待下一次的脈沖輸入。 控制部分的由外部開關(guān)決定，分別接 PLC的 ，接線圖如圖 ： 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 23 圖 48 PLC控制接線圖 接線實物圖 如圖 4 410所示 圖 49 接線實物圖 1 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 24 圖 410 接線實物圖 本設(shè)計希望通過控制 PLC的 2個開關(guān)實現(xiàn)以下功能： 1）起動電機，使其實現(xiàn)正轉(zhuǎn) 10圈后自動停止 ； 2）按反轉(zhuǎn)啟動按鈕，使其實現(xiàn)反轉(zhuǎn) 10圈后自動停止 啟動主程序 ，則可在此時選擇電機轉(zhuǎn)動方向，若電機 轉(zhuǎn)動，則無法改變；電機停止時選擇電機轉(zhuǎn)動方向，當電機轉(zhuǎn)動到設(shè)定的 10圈后，電機自動停止 。 本設(shè)計中的輸入 /輸出點地址分配地址如表 41所示： 表 41 I/O端口分配 表 輸入點 符號 輸出點 符號 啟動信號 START 脈沖輸出信號 方向選擇信號 方向控制信號 控制電機方向轉(zhuǎn)動 用接在 。如果 =1，將輸出 ，則電機逆時針轉(zhuǎn)動。如果 =0，將輸出 ，電機順時針轉(zhuǎn)動 。 程序如下： //設(shè)置轉(zhuǎn)動方向 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 25 LDN //若電機處于停止狀態(tài) A //且轉(zhuǎn)向開關(guān)置于 1 S , 1 //逆時針轉(zhuǎn)動 LDN //若電機處于停止狀態(tài) AN //且轉(zhuǎn)向開關(guān)置于 0 R , 0 //順時針轉(zhuǎn)動 程序調(diào)試 按照上述所編寫的程序繪制梯形圖，而后編譯程序，如圖 411 至 413 圖 411 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 26 圖 412 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 27 圖 413 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 28 第五章 論文總結(jié) 本文論述了基于 PLC的步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和研制過程，包括硬件設(shè)計、軟件設(shè)計 以及系統(tǒng)組態(tài) 等方面。硬件電路用西門子 PLC、 驅(qū)動器和步進電機 設(shè)計而成。軟件程序用 PLC梯形圖 和語句表 語言寫成。 在本次設(shè)計中， 利用軟硬件結(jié)合，實現(xiàn)對步進電機工作狀態(tài)的控制。利用 PLC輸出的脈沖和方向信號， 改變對步進電機繞組的通電方式和通電順序，來準確控制步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn) 等 工作狀態(tài)。 通過設(shè)定不同計時器的數(shù)值，來改變步進電機的工作頻率。 目前利用可編程序控制器（即 PLC 技術(shù)）可以方便地實現(xiàn)對電機速度和位置的控制，方便地進行各種 步進電機的操作，完成各種復雜的工作，它代表了先進的工業(yè)自動化技術(shù)水平 ，加速了機電一體化的實現(xiàn)。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 29 參考文獻 [1] 劉順禧，《電氣控制技術(shù)》，北京：北京理工大學出版社， 1995 [2] 束長保，《 PLC應(yīng)用實踐》，東南大學出版社， [3] 張如萍，《 電氣控制與 PLC》，無錫科技職業(yè)學院， 2021. [4] 羅宇航主編，《流行 PLC實用程序及設(shè)計》， 西安：西安電子科技大學出版社， 2021. [5] 鄧星鐘等編著 《機電傳動與控制》（第四版） . 華中科技大學出版社 2021年 7 月第 4 版 [6] 宋伯生編著 《 PLC 編程理論、算法及技巧》 . 機械工業(yè)出版社 2021 年 7月 [7] 吳作明編著 《 PLC 開發(fā)與應(yīng)用實例詳解》 . 北京航空航天大學出版社 [8] 程明編著 《微特電機及系統(tǒng)》 . 中國電力出版社 2021 年 6 月 [9] 李明編著 《電機與電力拖動》 . 電子工業(yè)出版社出版 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 30 致謝 在本次設(shè)計中， 機電學院的武彩霞 老師給我提供了良好的設(shè)計條件和細心的指導。導師前瞻性的科學思維、寬廣的專業(yè)知識和兢兢業(yè)業(yè)的工作精神，令我敬佩，使我受益匪淺。在導師的指導和幫助下，我順利地完成了這次設(shè)計任務(wù)，在此向 武老師致以最誠摯的感謝！ 雖然畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)完成了，但是，由于自己所學的知識有限，在很多方面還不夠全面，我希望在以后的工作和專業(yè)發(fā)展中，導師能繼續(xù)給以指導和幫助。 同時，在與機電學院的王爽 同學一起做實驗時，早期由于基礎(chǔ)不扎實，會有很多問題，王爽同學都耐心的幫助我，在此表示衷心的感謝。 最后，我要感謝我的父母在這三年中給予我的默默支持，以及母校無錫科技職業(yè)學院在這三年中給我提供了舒適的學習生活環(huán)境以及濃厚的學術(shù)氛圍。感謝老師們課堂上激情洋溢的教學，生活中無微不至的照顧，也感謝同學們?nèi)陙韺ξ覍W習，生活上的幫助。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 31 附錄 電氣性能 說明 單位 最小值 典型值 最大值 輸出電流 A 2 輸入電源電壓 VDC 12 24 36 控制信號輸入電流 mA 7 10 16 步進脈沖頻率 KHz 100 脈沖低電平時間 μs 5 表 01 的電氣性能表 電流輸出設(shè)定 輸出峰值電流 （ A） SW1 SW2 SW3 ON ON ON OFF ON ON ON OFF ON OFF OFF ON ON ON OFF OFF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF 表 02 DMD402A 電流輸出設(shè)定表 細分設(shè)定 步數(shù) /圈 Micro SW5 SW6 SW7 SW8 200 1 ON ON ON ON 400 2 OFF ON ON ON 800 4 ON OFF ON ON 1600 8 OFF OFF ON ON 3200 16 ON ON OFF ON 6400 32 OFF ON OFF ON 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 的步進電機的控制 32 12800 64 ON OFF OFF ON 25600 128 OFF OFF OFF ON 表 03 DMD402A細分設(shè)定表 輸入信號接口功能 符號標記 功能 詳細說明 PLS 步進脈沖信號 下降沿有效， 每當脈沖由高變低時電機走一步。 ≤低電平 ≤,≤高電平 ≤,脈沖寬度 DIR 方向控制信號 改變電機方向。 ≤低電平≤,≤高 電平 ≤,脈寬 VCC 輸入信號光電隔離正端 接 +5V供電電源， +5V～ +24均可驅(qū)動，高于 +5V需接限流電阻。 EN 電機釋放信號 有效（低電平）時關(guān)斷電機線圈電流，驅(qū)動停止工作，電機處于自由狀態(tài)。 表 04 輸入信號接口功能表