基于PLC的步進電機控制技術

劉兵 楊東陽

摘要：隨著經濟的快速發展和科技的快速進步，從一定意義上推動了我國步進電機的發展進步。步進電機作為一項特殊的先進設備，其適應范圍廣泛，憑借著自身的技術優勢，為眾多行業領域作出了不可估量的貢獻。而PLC作為一種控制裝置，依靠其自身的網絡技術、技術處理等優勢能有效控制步進電機，讓步進電機的價值發揮到最佳狀態。本文闡述步進電機控制技術的工作原理和特性，并分析PLC步進電機控制技術原理和挑戰，以為步進電機的發展提供理論基礎。

關鍵詞：PLC；步進電機；控制技術

毋庸置疑，在計算機技術的發展帶動下，步進電機產生的控制功能無疑被高度青睞，為自動化系統的發展帶來了新盛景。步進電機的轉子慣量低、操作誤差小等優點，為其在部分領域中的地位提供了支撐后盾。PLC在眾多控制裝置中最深得步進電機的心，兩者的有機融合已成為眾多行業中的控制領域的不二之選，其發展潛能極大。同時，PLC的性價比優勢也更具一層，這就確保了PLC的步進電機控制技術的廣泛應用的有效性。故此，相關技術人員應充分了解兩者融合的理論基礎，并放置到實踐中，實現控制技術的大進步。

一、 步進電機控制技術的工作原理

步進電機的控制原理主要依賴電脈沖信號來完成，在控制過程中，把電脈沖信號轉換成相應的角位移或直線位移。在電脈沖的控制的影響下，步進電機的角位移量和速度會與輸入脈沖的數量及頻率形成正比，以達到相應的控制效果，確保實現步進電機在控制中的有效精準定位的目的。同時，步進電機轉動的速度和加速度的控制，主要是依靠脈沖頻率來實現有效控制，以保證運作過程中能進行實時調速。另外，在通電的順序上稍作改動，步進電機的旋轉方向就能夠被有效改變，進而實現步進電機的靈活控制。

二、 步進電機控制技術的特性闡述

常見的步進電機的分類主要分為以下三類：反應式步進電機、永磁性步進電機、混合式步進電機等[1]。除了此種按照結構劃分的方式，步進電機亦還有其他的分類方法。然而，不管是哪種依據劃分的步進電機種類，其控制技術的特性基本上都包含以下七大方面。其一是其跟隨性優良。由于步進電機的角位移量與輸入脈沖的數量是正相關的，再加上其運轉產生的誤差概率極低，幾乎可忽略不計，故其在跟隨性上是十分合格的。其二，步進電機與驅動器一起構成了開環數字控制系統，簡單卻不失實在的可靠性，并且在成本上也非常的可觀。其三是其反應足夠靈敏。無論是在啟動亦或停止工作的響應上，步進電機都是走在前面的，使其很好地發揮了控制作用。其四是其速度調節靈活。平滑調節速度自不用說，在低速的情形下也能取得較大轉矩。其五是步進電機的電源特殊性，即只使用脈沖電源才有作用，對于交流電源或直流電源是無濟于事的。其六是需定期進行優化調控，才能確保步進電機的震蕩和失步影響降到最低，同時做好控制系統與機械負載的優化處理。其七是步進電機在運作時的噪聲和振動較大，以及在帶慣性負載的能力上不是那么盡人意，這就要求相關人員務必具備一定的控制技術。

三、 基于PLC的步進電機控制技術的分析

（一） 傳統控制方式

傳統的控制方式上存在著許多弊端。其傳統原理主要是從控制器中生成控制命令，經環形分配器生成脈沖串，在進入到功率放大器進行脈沖分配，形成旋轉磁場，從而達成控制。然而，這種控制方式是按照質量來達到控制的，這種方式的不足之處就在于其工程量尤其浩大，無論是在設計還是分配上，都需要較大的人力物力的支持，同時，這種控制方式層層緊閉，獨立性較差，在某個環節上稍有不慎，都會引起整個控制體系的癱瘓，無法繼續進行控制運行。這種傳統的控制方式，弊端突出，步進電機的不足之處暴露無遺，效果固然不盡人意。因此，在控制需求愈來愈高的眾多行業中，這種傳統控制方式正逐步被淘汰中，亟待優化升級。

（二） PLC控制原理

基于PLC的步進電機控制技術主要是有PLC和步進電機兩者相融合的一項控制技術，借助于PLC的優勢，彌補步進電機的劣勢，克服傳統方式的不足之處，提高了整個控制體系的性能。一般情況下，PLC步進電機控制系統在硬件上包括了控制面板、PLC控制器、步進電機、驅動器等四大部分。控制面板在和PLC進行通信的基礎上，可以實現監督控制，這些操作面板多種多樣，如按鈕、開關等，而目前的控制面板已經可以直接觸屏操作，用戶錄入信息后，控制面板與PLC進行通信后直接控制信號，發送到驅動器，由驅動器控制步進電機的運作情況。驅動器的選取要有根據，而不能敷衍篩選，因此，務必根據步進電機的型號和PLC輸出信號的極性來選取合適的驅動器。在實際選擇中，一般可選擁有細分功能的驅動器，以確保步進電機在控住精度和運行性能的良好性，當前的驅動器的細分等級小的有8倍，大的能達到256倍，而在選擇時，相關人員務必從實際出發，稱體裁衣，追求合適。同時，在控住操作中，PLC的高速脈沖輸出功能是必不可少的，運用此功能達到控制技術的實現。另外，步進電機的啟動與停止頻率以及轉矩都必須和轉動慣量相匹配，并用相關公式算出脈沖量、頻率等，進而做好PLC的選擇工作。

（三） 程序的創建

基于PLC的步進電機控制技術在運行時有一定的程序，首先在控制步進電機的速度和位置時，就必須對EM253依據控制要求進行組態。EM253位控模塊作為PLC的擴展功能模塊，能相應地控制速度和位置，達到控制效果。組態完成后就得進行調試，這是由于組態產生的參數也不是百分之百的準確，所以需要不斷調試以改善參數，在反復的調試之后，以取得最合適的參數。在編譯之時，就要選取最合適的參數來編譯了，即在上一步的反復調試后取得的最合適的參數，隨之下載到PLC上，這也意味著程序的創建工作順利完成了。

四、 基于PLC的步進電機控制技術的挑戰分析

縱然PLC與步進電機的結合在很大程度上改善了控制技術，但由于兩者并不是十全十美的，故此也會存在著一些挑戰。尤其是步進電機本來存在的弊端，就給PLC的設計工作帶來了許多的阻礙，比如許多的步進電機是雙凸極的，其轉子和定子結構上都帶齒，這就會導致在某些控制體系上無法達到預測的效果，如不穩定或高速運行的狀態不佳等等[2]。總而言之，PLC的融合雖然帶來了步進電機的控制技術的提升，但碧玉微瑕，相關應用人員應該了解這些挑戰后，及時做好控制技術的調整，不斷在前代的基礎上進行加工升級，以將控制過程中的困難程度降到最低，從而確保控制系統的正常運行。

五、 結束語

綜上所述，基于PLC的步進電機控制技術的潛能巨大，在未來的控制領域有著不可限量的發展空間。相較于傳統的控制方式，優勢明顯，無疑促進了步進電機的良好發揮。PLC控制裝置，充分發揮其自身的處理快速、判斷精準、控制簡單等的優勢，為步進電機作出了重要的輔助貢獻。相信在PLC的支撐上，步進電機的控制技術越發完善，控制性能發展穩定，在各行各業的控制領域中都將得心應手，將自身的強大價值有效地發揮出來，實現步進電機的有效發展。

參考文獻：

[1] 江華生，李鳴，高素萍，等.基于PLC的步進電機控制技術[J].自動化技術與應用，2006，25（10）：54-56.

[2] 王彥軍，李增生.基于PLC的步進電機控制[J].科學技術與工程，2011，11（5）：1077-1079.

（作者單位：上海振華港機重工有限公司）