ＰＬＣ控制步進電機應用系統設計

摘要：步進電機作為執行元件，是實現機電一體化的關鍵產品之一，在工業自動化中有著廣泛的應用。本文介紹了可編程控制器（PLC）控制步進電機的軟硬件設計方法，包括硬件接線圖、系統流程圖和梯形圖程序等。此系統在實際工程應用中取得很好的效果。

關鍵詞：PLC 步進電機 控制電路 梯形圖

0 引言

作為一種數字伺服執行元件，步進電機具有結構簡單、運行可靠、控制方便、控制性能好等優點，廣泛應用在數控機床、機器人、自動化儀表等領域。為了實現步進電機的簡易運動控制，一般采用PLC控制驅動器驅動步進電機，實現步進電機的速度和位置定位控制。

1 系統要求

此控制系統由42BYG4503混合式步進電機、豐煒VH-10MT的PLC、ST-25HB二相混合式細分驅動器和光感應器等組成。系統要求步進電機速度、方向、進給距離、進給次數可調，且要求PLC和計算機進行實時通信以實現傳送機構與檢測設備協調工作。

2 系統硬件

本系統采用軟件驅動，大量工作由軟件完成。硬件電路較為簡單，如圖1所示。

步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。當PLC發送一個脈沖信號到驅動器，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行。可以通過控制PLC發送脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制PLC發送脈沖的頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到有效控制的目的，此系統采用開環控制。

3 系統軟件

該系統的核心是PLC程序部分，程序的編寫主要圍繞步進電機驅動器的控制進行展開的，系統控制流程圖如圖2所示。

步進電機的速度取決于輸入控制脈沖的頻率，步進電機的定位取決于輸入控制脈沖的數量。在豐煒VH系列PLC中，利用高速處理脈沖輸出指令PLSY來實現脈沖頻率和數量的控制。指令格式PLSY S1 S2 D，PLSY表示脈沖輸出助記符，S1表示脈沖輸出頻率，S2表示脈沖輸出數目，D表示脈沖輸出點，此指令適用于晶體管輸出型PLC，對于繼電器輸出，頻繁的脈沖輸出不但會縮短使用壽命，由于機械觸點的影響，還會使輸出脈沖波形嚴重畸變。在VH系列PLC中輸出點只能采用Y0，頻率最高可以達到7K，能夠滿足步進電機應用多數場合的速度需求。為確保晶體管輸出PLC脈沖輸出的質量，負載電流必須大于200mA，還需外加一上拉電阻。

步進電機由于其電氣特性，運轉時會有步進感，即震動感。為了使電機轉動平滑，減小震動，可在步進電機控制脈沖的上升沿和下降沿采用細分的梯形波，以減小步進電機的步進角，提高電機運行的平穩性。在步進電機停轉時，為了防止因慣性而使電機軸產生順滑，則需采用合適的鎖定波形，產生鎖定磁力矩，鎖定步進電機的轉軸，使步進電機轉軸不能自由轉動。程序在升降頻過程中，涉及到“最優化升降頻曲線”如圖3所示。

4 PLC梯形圖

下面是步進電機控制軟件系統中的部分PLC梯形圖，如圖4所示，其中51-65行是脈沖輸出控制指令部分，82-96行是比較指令，用于判斷進給是否達到目標次數，是整個程序的核心部分。

5 結束語

PLC控制步進電機開環伺服系統應用在自動化檢測儀器的傳送機構中，簡化了系統的結構，提高了生產效率。控制系統硬件之間的連線簡潔，降低了故障發生率。程序中采用了升降頻設計使得電機轉動平滑，穩定。在實際工程應用中，證明該系統實用、可靠、性能優良，適合生產需要。

參考文獻：

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