PLC步進電動機正反轉及調速的控制研究

陳隆

（齊重數控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

PLC步進電動機正反轉及調速的控制研究

陳隆

（齊重數控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

隨著PLC技術的發展，給步進電機應用技術的發展帶來了新的方向。本文首先對步進電機的工作原理、構造種類及特點特性進行分析，并從PLC的控制原理及組成、PLC控制硬件的設計以及PLC控制軟件的設計幾方面討論了PLC應用于步進電動機正反轉及調速的控制研究，為PLC技術在步進電機中的應用提供一些參考。

PLC；步進電機；正反轉；調速；控制研究

步進電機是一種感應電機，利用步進電機能實現對電機轉速的即時調節，以滿足不同生產或工作對電機調速的需要。PLC應用于步進電動機正反轉及調速控制，作為現代自動化控制系統中步進電機應用的關鍵技術，更是受到社會各領域的廣泛重視和高度關注。

1 步進電機概述

1.1 步進電機的工作原理

步進電機工作系統中，步進電機是執行元件，由開環伺服系統進行速度控制。步進電機的工作原理是利用電子電路，將直流電變為分時供電，多項時序控制電流，通過用這種多相時序電流為步進電動機供電，使步進電機工作。步進電機工作時，將進給脈沖轉換為機械角位位移，并由傳動杠帶動工作臺移動，因此，步進電機的工作精度主要由電動機的步距角和與之相聯系的絲杠等傳動機構決定。步進電機的開環伺服工作系統控制結構簡單，較容易調整，因此在對速度和精度要求不高的場合具有一定的應用價值。

1.2 步進電機的特點特性

（1）步進電機外表對溫度控制要求更高，這是因為一旦步進電機使用溫度過高，將對電機的磁性材料造成影響，導致退磁，使步進電機發生失步現象。一般應用于步進電機的磁性材料退磁點在130 ℃以上，因此步進電機的外表溫度控制在90 ℃左右最為合適。

（2）步進電機轉動時，其力矩會隨轉速的升高而下降，這是因為步進電機在轉動時，各繞組會形成一個反向電動勢，頻率越高，反向電動勢越大，而點擊頻率的增大將會使相電流減小，從而導致力矩下降。

（3）步進電機低速能夠正常運轉，但高于一定的速度便無法正常啟動，還伴有嘯叫聲。

2 PLC步進電動機正反轉及調速的控制設計

2.1 PLC控制系統的原理及組成

PLC能夠按照預先設計的程序指令，將脈沖按順序加在功率放大器的控制輸入上，以實現步進電機速度、正傳和反轉的控制，是PLC步進電機正反轉及調速系統控制的核心。由于PLC控制器的輸出電流較小，因此PLC無法直接驅動步進電機，因而需要通過脈沖控制輸入和驅動電路的聯合作用，將PLC控制器的控制信號轉換為脈沖電流，提供給電機足夠功率的控制信號，使步進電機正反轉或調速。

2.2 控制系統硬件的設計

想要實現對步進電機正反轉及調速控制，需要對硬件的輸入信號進行設計。輸入控制信號可根據步進電機的應用需要進行設計，如實現步進電機速度、正轉、反轉等基礎功能，可以設計s0～s4五個輸入端子，其中s0為啟動開關，s1為停止開關，s2～s4是電機運行方式的選擇，其中s2與s3設計為正反轉控制選擇，s4是控制電機的轉速。PLC應用于步進電機進行正反轉及調速控制時，必須設計驅動電路才能將PLC的控制信號轉換為足夠功率的信號，控制步進電機的動作。

2.3 PLC控制系統軟件設計

PLC控制系統的軟件程序設計，是PLC實現對步進電機進行控制的工作重點。本文以三菱FX2n-48MR機型作為案例，對PLC控制系統的軟件系統設計進行探討和分析。PLC控制系統軟件設計的工作原理是編寫一個控制程序，使步進電機三相繞組的通電順序循環變換，實現對步進電機的正反轉控制。再通過改變步進電機三相繞組的通電切換速度，來控制步進電機的轉速。

在本控制程序中，脈沖信號來自T200。由步進電動機的轉速n=60 f/Zr.m（其中取轉子齒數Zr =4，運行拍數 m=6）及轉速控制要求（最高轉速為10 r/min，最低轉速為1 r/min ），可得 fmax=4 Hz ， fmin=0.4 Hz 。由于f由T200決定，所以通過設置T200的時間常數即可獲得所需的頻率。由T=1f，可得T200 min=250 ms，T200max=2 500 ms。因為 T200的定時單位為 10 ms ，所以可得T200的時間常數K設置為Kmin=25 ， Kmax=250。同理可以推導出轉速為5 r/min 時， T200 的時間常數應設置為K=50 。因此，只要按需要增加按鈕的個數，就可以輕松的實現對步進電機正反轉及轉速的控制。針對轉速要求較快的步進電機，則不宜采用繼電器輸出型的PLC進行控制，應采用更先進的晶體管輸出型PLC。

3 結語

綜上所述，PLC技術在步進電機正反轉及調速中的應用，極大擴大了步進電機的應用范圍運行穩定性。隨著PLC技術的發展和步進電機設計制造技術的提升，步進電機技術作為一種能夠自由實現調速的重要技術，必然會為社會的進步帶來貢獻，促進我國社會的經濟發展。

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（P-02）

Control of PLC stepper motor reversing and speed regulation

TM32

1009-797X （2015） 22-0016-02

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.005

陳隆（1986-），男，畢業于齊齊哈爾職業學院，大專學歷，研究方向為電氣，數控機床調試。

2015-10-17