基于PLC的步进电动机单双轴运动控制的实现
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当设置为绝对坐标系时，坐标值记录在 SR229、SR228 通道 （端口 0）中，坐标变化情况类似于单相脉冲输出，但正／反向脉冲
00005
00006
图 2 控制时序图
00005 00006
00006 00005
DIFU 20000
@MDV #1000 DM0000
@MDV #0000 D 所示，梯形图中设定参数有：
和 01003 作方向控制，如图 6 所示。
180
文章编号：1001-3997（2009）03-0180-03
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
一种新型空间轴定比传动的研究
第3期 2009 年 3 月
张克敏 梁锡昌 （重庆大学 机械传动国家重点实验室，重庆 400044）
00005 按下时正向运行
设置低位脉冲数 1000 个脉冲
设置高位脉冲 脉冲从 0100 端子输出。 作为 CW 脉冲
00006 按下时反向运行
@MDV #1000 DM0000
设置低位脉冲 1000 个脉冲
00006 AR1115 2001
@MDV #800 DM0001
PULS（65） 000 000
DM0010 值为 0001，对应加减速率为 10HZ/10ms
时，为相对坐标系；设置为 1 时，为绝对坐标系。
DM0011 值为 0050，对应目标频率为 500HZ
3.1.1 对于不带加减速的单相脉冲输出
DM0012 值为 0020，对应启动频率为 200HZ
当 PLC 控制坐标系设定为相对坐标系时，可以从端口 0 和
（2）由步进电机与驱动器电路组成的开环数字控制系统，既 非常简单、廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组 成高性能的闭环数字控制系统。
（3）步进电机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。 （4）速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获 得大转矩。 （5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接 使用交流电源和直流电源。
DM0000
PULS（18） 000 000
DM0010
设置高位脉冲 脉冲从 01001 端子输出。 作为 CCW 脉冲
设置输出脉冲数 脉冲输出端口 0 相对坐标系 设置脉冲起始地址
设置频率并启动脉冲输出 脉冲输出端口 0 脉冲串形式，正反向脉冲输出 加减速设置数据表首地址
图 3 控制梯形图
3.3 双轴运行控制
China）（2College of Tourism and Environmental Sciences，Shaanxi Normal University， Xi’an 710062，China）（3Mechanical Institute of Shaanxi Province，Xianyang 712000，China）
178
文章编号：1001-3997（2009）03-0178-02
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
第3期 2009 年 3 月
基于 PLC 的步进电动机单双轴运动控制的实现
陈婵娟 1 薛 恺 1 常美蓉 2 李春义 3 （1 陕西科技大学 机电工程学院，西安 710021）（2 陕西师范大学 旅游与环境学院，西安 710062）
当设为绝对坐标系时，输出脉冲数可以设置为正数，如 00000100（相当于电机正向转动 100 步），也可以设置为负数，如 80000100（最高位为“1”表示负数，相当于电机反向转动 100 步）。 但由于是单相脉冲输出，须另外加方向控制信号，可以用 01002 等输出端做方向信号输出。
在绝对坐标系中，坐标值记录在 SR229、SR228 通道 （端口 0）和 SR231、SR230 通道中（端口 1）。每次输出脉冲数是脉冲设 置值和当前坐标值的差，如当前坐标值为 0，设置输出值为 00000100，输出 100 个脉冲（正向输出信号有效），再设置输出值 为 00000100，不再输出脉冲，再设置输出值为 80000100，再输出 200 个脉冲 （反向输出信号有效），坐标值由 00000100 变为 80000100。
3.3.1 带正反向的二轴运动控制
双轴运动控制使用一台 PLC 控制两个驱动器，驱动两个步
进电动机的运动。带正反向二轴运动控制的接线，如图 4 所示。
输出或脉冲十方向输出由01000 和 01001 两个端口配合完成。
3.2 单轴运行控制
带加减速的单轴正反转控制，带加减速单轴正反转运控制的
控制接线及时序，如图 1，图 2 所示。图 1 中用两相脉冲输出 CW／
cw
端口 1 以增量的形式输出脉冲，输出脉冲的计数值，对于端口 0
500
记录在 SR229、SR228 通道，对于端口 1 记录在 SR231、SR230 通
200
t
道中。
-200
-500
如设输出脉冲数为 00000100 时从端口输出 100 个脉冲，脉
ccw
冲计数值从 0 计到 100，之后还可以继续从该端口输出脉冲，即 可以增量输出脉冲。每次输出脉冲时，脉冲计数值从 0 开始重新 计数，计满设定值为止。
脉冲当量=（步进电机步距角×螺距）（/ 360×传动速比）； 脉冲频率上限=（移动速度×步进电机细分数）/脉冲当量； 最大脉冲数量=（移动距离×步进电机细分数）/脉冲当量。
3 PLC 实现步进电机单双轴运动的控制
2.1 步进电机的特点
3.1 控制坐标系的建立
（1）步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比，电机运转
2.2 控制原则
步进电机能响应而不失步的最高步进频率称为“启动频率”； 与此类似“，停止频率”是指系统控制信号突然关断，步进电机不 冲过目标位置的最高步进频率。而电机的启动频率、停止频率和 输出转矩都要和负载的转动惯量相适应。有了这些数据，就能有 效地对步进电机进行变速控制。
采用 PLC 控制步进电机，应根据下式计算系统的脉冲当量、 脉冲频率上限和最大脉冲数量，进而选择 PLC 及其相应的功能 模块。根据脉冲频率可以确定 PLC 高速脉冲输出时需要的频率， 根据脉冲数量可以确定 PLC 的位宽。
Study on a newtype constant proportion driving between spatial shaft
ZHANG Ke-min，LIANG Xi-chang （Chongqing University，State Key Lab of Mechanical Transmissions，Chongqing 400044，China）
CCW 方式进行控制。
图 4 带正反转二轴运动控制接线图
PLC 的控制程序，如图 5 所示，梯形图中 01002 和 01003 为
ON 时电机顺时针转动，为 OFF 时电机逆时针转动。
3.3.2 不带正反向的二轴运动控制
图 1 控制接线图
不带正反向的双轴运动控制的接线的接线图，当有脉冲输出
用两相脉冲输出 CW/CCW 方式进行控制，PLC 的控制程序， 时，电机逆时针转动。这种方式和方式 1 的差别就是不用 01002
【摘 要】首先介绍了实现远距离空间轴定比传动即珠传动机构的基本工作原理，分析了珠条的装 配方案，其次对已加工制造出的试验装置进行了噪声试验，通过对试验结果的分析可知导轮处的噪声最 大，于是又对导轮进行了相应的优化设计，最后成功的得出了珠传动机构是一种新型传动形式的结论。
关键词：空间轴；定比；传动；噪声 【Abstract】It illuminates basal operating principle of Pearl Actuating Machanism to actualize con－ stant proportion driving between capstan shaft and driven shaft that are distance and interspace firstly， analyses assembled scheme of Pearl Strip，test apparatus that have been manufactured is made noise exper－ iment secondly，It is shown that angle pulley generates maximum noise by analyzing end of test，so it’s structure design is optimized，finally，we draw successly a conclusion that Pearl Rope Chain Actuating Machanism is a sort of late-model driving form. Key words：Spatial arbor；Constant proportion；Driving motion；Noise
PLC 对步进电机的控制首先要确立坐标系，可以设为相对坐
一周后没有累积误差，具有良好的跟随性。
标系，也可以设为绝对坐标系。坐标系的设置在 DM6629 字中，
＊来稿日期：2008-05-11
第3期
陈婵娟等：基于 PLC 的步进电动机单双轴运动控制的实现
179
00—03 位对应脉冲输出 0，04—07 位对应脉冲输出 1。设置为 0
【摘 要】详细讨论步进电机的工作原理及特性和基于 PLC 的运动控制技术，着重阐述了 PLC 实现 步进电机的单双轴运动控制的方法，并通过实测证明系统运行结果具有可靠性、可行性、有效性。
关键词：步进电机；PLC；梯形图；驱动电路 【Abstract】It introduces the principle and characteristics of the step motor and the motion control technology based on PLC. The main of said that the motion control of the single- two axis Step motor based on PLC，and measured prove that it is reliable，feasible and effective. Key words：Step motor；PLC；Ladder diagram；Driving circuit
（3 陕西省机械研究院，咸阳 712000）
Achievement to the motion control on of the single-two axis stepper motor based on PLC
CHEN Chan-juan1，XUE Kai1，CHANG Mei-rong2，LI Chun-yi3 （1Mechanical & Electrical engineering Department，Shaanxi University of Science & Technology，Xi’an 710021，
对于那些在运行过程中移动距离和速度均确定的具体设备， 采用 PLC 通过驱动器来控制步进电机的运转是一种理想的技术 方案。本例介绍 PLC 控制步进电机的方法。
2 工作原理及特性
步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号 转换成相应的角位移或线位移的执行机构。由于受脉冲的控制，其 转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正 比，通过控制脉冲数量来控制角位移量，从而达到准确定位的目的； 通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调 速的目的；通过改变通电顺序，从而达到改变电机旋转方向的目 的。步进电机的种类很多，按结构可以分为反应式、永磁式及混合 式步进电机三类，按相数分则可以分为单相、两相和多相三种。
中图分类号：TH16，TP24 文献标识码：A
1 引言
步进电机由于具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控 制简单等特点，已成为运动控制领域的主要执行元件之一。步进 电机是机电一体化的关键产品，广泛应用在各种自动化控制系统 和机电一体化设备中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电 机的需求量与日俱增，在各个行业的控制领域都将有广泛应用。 PLC 作为一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速 的处理速度、精确的数据处理能力、PLC 对步进电机也具有良好 的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实 现对步进电机的控制。
3.1.2 对于带加减速的两相脉冲输出
当设置为相对坐标系时，也可以实现增量脉冲输出。由于两 相脉冲输出可以直接控制电机正反向，所以脉冲输出值可以设置 为正数，也可以设置为负数，输出脉冲的计数值记录在 SR229、 SR228 通道（端口 0）中。如设置输出脉冲数为 00000100，电机正 向运转 100 步，脉冲计数值从 00000000 计到 00000100，再设置 输出脉冲数为 80000100，电机反向运转 100 步，脉冲计数值从 80000000 计到 80000100。
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图 2 控制时序图
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@MDV #0000 D 所示，梯形图中设定参数有：
和 01003 作方向控制，如图 6 所示。
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文章编号：1001-3997（2009）03-0180-03
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
一种新型空间轴定比传动的研究
第3期 2009 年 3 月
张克敏 梁锡昌 （重庆大学 机械传动国家重点实验室，重庆 400044）
00005 按下时正向运行
设置低位脉冲数 1000 个脉冲
设置高位脉冲 脉冲从 0100 端子输出。 作为 CW 脉冲
00006 按下时反向运行
@MDV #1000 DM0000
设置低位脉冲 1000 个脉冲
00006 AR1115 2001
@MDV #800 DM0001
PULS（65） 000 000
DM0010 值为 0001，对应加减速率为 10HZ/10ms
时，为相对坐标系；设置为 1 时，为绝对坐标系。
DM0011 值为 0050，对应目标频率为 500HZ
3.1.1 对于不带加减速的单相脉冲输出
DM0012 值为 0020，对应启动频率为 200HZ
当 PLC 控制坐标系设定为相对坐标系时，可以从端口 0 和
（2）由步进电机与驱动器电路组成的开环数字控制系统，既 非常简单、廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组 成高性能的闭环数字控制系统。
（3）步进电机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。 （4）速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获 得大转矩。 （5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接 使用交流电源和直流电源。
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PULS（18） 000 000
DM0010
设置高位脉冲 脉冲从 01001 端子输出。 作为 CCW 脉冲
设置输出脉冲数 脉冲输出端口 0 相对坐标系 设置脉冲起始地址
设置频率并启动脉冲输出 脉冲输出端口 0 脉冲串形式，正反向脉冲输出 加减速设置数据表首地址
图 3 控制梯形图
3.3 双轴运行控制
China）（2College of Tourism and Environmental Sciences，Shaanxi Normal University， Xi’an 710062，China）（3Mechanical Institute of Shaanxi Province，Xianyang 712000，China）
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文章编号：1001-3997（2009）03-0178-02
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
第3期 2009 年 3 月
基于 PLC 的步进电动机单双轴运动控制的实现
陈婵娟 1 薛 恺 1 常美蓉 2 李春义 3 （1 陕西科技大学 机电工程学院，西安 710021）（2 陕西师范大学 旅游与环境学院，西安 710062）
当设为绝对坐标系时，输出脉冲数可以设置为正数，如 00000100（相当于电机正向转动 100 步），也可以设置为负数，如 80000100（最高位为“1”表示负数，相当于电机反向转动 100 步）。 但由于是单相脉冲输出，须另外加方向控制信号，可以用 01002 等输出端做方向信号输出。
在绝对坐标系中，坐标值记录在 SR229、SR228 通道 （端口 0）和 SR231、SR230 通道中（端口 1）。每次输出脉冲数是脉冲设 置值和当前坐标值的差，如当前坐标值为 0，设置输出值为 00000100，输出 100 个脉冲（正向输出信号有效），再设置输出值 为 00000100，不再输出脉冲，再设置输出值为 80000100，再输出 200 个脉冲 （反向输出信号有效），坐标值由 00000100 变为 80000100。
3.3.1 带正反向的二轴运动控制
双轴运动控制使用一台 PLC 控制两个驱动器，驱动两个步
进电动机的运动。带正反向二轴运动控制的接线，如图 4 所示。
输出或脉冲十方向输出由01000 和 01001 两个端口配合完成。
3.2 单轴运行控制
带加减速的单轴正反转控制，带加减速单轴正反转运控制的
控制接线及时序，如图 1，图 2 所示。图 1 中用两相脉冲输出 CW／
cw
端口 1 以增量的形式输出脉冲，输出脉冲的计数值，对于端口 0
500
记录在 SR229、SR228 通道，对于端口 1 记录在 SR231、SR230 通
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道中。
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如设输出脉冲数为 00000100 时从端口输出 100 个脉冲，脉
ccw
冲计数值从 0 计到 100，之后还可以继续从该端口输出脉冲，即 可以增量输出脉冲。每次输出脉冲时，脉冲计数值从 0 开始重新 计数，计满设定值为止。
脉冲当量=（步进电机步距角×螺距）（/ 360×传动速比）； 脉冲频率上限=（移动速度×步进电机细分数）/脉冲当量； 最大脉冲数量=（移动距离×步进电机细分数）/脉冲当量。
3 PLC 实现步进电机单双轴运动的控制
2.1 步进电机的特点
3.1 控制坐标系的建立
（1）步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比，电机运转
2.2 控制原则
步进电机能响应而不失步的最高步进频率称为“启动频率”； 与此类似“，停止频率”是指系统控制信号突然关断，步进电机不 冲过目标位置的最高步进频率。而电机的启动频率、停止频率和 输出转矩都要和负载的转动惯量相适应。有了这些数据，就能有 效地对步进电机进行变速控制。
采用 PLC 控制步进电机，应根据下式计算系统的脉冲当量、 脉冲频率上限和最大脉冲数量，进而选择 PLC 及其相应的功能 模块。根据脉冲频率可以确定 PLC 高速脉冲输出时需要的频率， 根据脉冲数量可以确定 PLC 的位宽。
Study on a newtype constant proportion driving between spatial shaft
ZHANG Ke-min，LIANG Xi-chang （Chongqing University，State Key Lab of Mechanical Transmissions，Chongqing 400044，China）
CCW 方式进行控制。
图 4 带正反转二轴运动控制接线图
PLC 的控制程序，如图 5 所示，梯形图中 01002 和 01003 为
ON 时电机顺时针转动，为 OFF 时电机逆时针转动。
3.3.2 不带正反向的二轴运动控制
图 1 控制接线图
不带正反向的双轴运动控制的接线的接线图，当有脉冲输出
用两相脉冲输出 CW/CCW 方式进行控制，PLC 的控制程序， 时，电机逆时针转动。这种方式和方式 1 的差别就是不用 01002
【摘 要】首先介绍了实现远距离空间轴定比传动即珠传动机构的基本工作原理，分析了珠条的装 配方案，其次对已加工制造出的试验装置进行了噪声试验，通过对试验结果的分析可知导轮处的噪声最 大，于是又对导轮进行了相应的优化设计，最后成功的得出了珠传动机构是一种新型传动形式的结论。
关键词：空间轴；定比；传动；噪声 【Abstract】It illuminates basal operating principle of Pearl Actuating Machanism to actualize con－ stant proportion driving between capstan shaft and driven shaft that are distance and interspace firstly， analyses assembled scheme of Pearl Strip，test apparatus that have been manufactured is made noise exper－ iment secondly，It is shown that angle pulley generates maximum noise by analyzing end of test，so it’s structure design is optimized，finally，we draw successly a conclusion that Pearl Rope Chain Actuating Machanism is a sort of late-model driving form. Key words：Spatial arbor；Constant proportion；Driving motion；Noise
PLC 对步进电机的控制首先要确立坐标系，可以设为相对坐
一周后没有累积误差，具有良好的跟随性。
标系，也可以设为绝对坐标系。坐标系的设置在 DM6629 字中，
＊来稿日期：2008-05-11
第3期
陈婵娟等：基于 PLC 的步进电动机单双轴运动控制的实现
179
00—03 位对应脉冲输出 0，04—07 位对应脉冲输出 1。设置为 0
【摘 要】详细讨论步进电机的工作原理及特性和基于 PLC 的运动控制技术，着重阐述了 PLC 实现 步进电机的单双轴运动控制的方法，并通过实测证明系统运行结果具有可靠性、可行性、有效性。
关键词：步进电机；PLC；梯形图；驱动电路 【Abstract】It introduces the principle and characteristics of the step motor and the motion control technology based on PLC. The main of said that the motion control of the single- two axis Step motor based on PLC，and measured prove that it is reliable，feasible and effective. Key words：Step motor；PLC；Ladder diagram；Driving circuit
（3 陕西省机械研究院，咸阳 712000）
Achievement to the motion control on of the single-two axis stepper motor based on PLC
CHEN Chan-juan1，XUE Kai1，CHANG Mei-rong2，LI Chun-yi3 （1Mechanical & Electrical engineering Department，Shaanxi University of Science & Technology，Xi’an 710021，
对于那些在运行过程中移动距离和速度均确定的具体设备， 采用 PLC 通过驱动器来控制步进电机的运转是一种理想的技术 方案。本例介绍 PLC 控制步进电机的方法。
2 工作原理及特性
步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号 转换成相应的角位移或线位移的执行机构。由于受脉冲的控制，其 转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正 比，通过控制脉冲数量来控制角位移量，从而达到准确定位的目的； 通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调 速的目的；通过改变通电顺序，从而达到改变电机旋转方向的目 的。步进电机的种类很多，按结构可以分为反应式、永磁式及混合 式步进电机三类，按相数分则可以分为单相、两相和多相三种。
中图分类号：TH16，TP24 文献标识码：A
1 引言
步进电机由于具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控 制简单等特点，已成为运动控制领域的主要执行元件之一。步进 电机是机电一体化的关键产品，广泛应用在各种自动化控制系统 和机电一体化设备中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电 机的需求量与日俱增，在各个行业的控制领域都将有广泛应用。 PLC 作为一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速 的处理速度、精确的数据处理能力、PLC 对步进电机也具有良好 的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实 现对步进电机的控制。
3.1.2 对于带加减速的两相脉冲输出
当设置为相对坐标系时，也可以实现增量脉冲输出。由于两 相脉冲输出可以直接控制电机正反向，所以脉冲输出值可以设置 为正数，也可以设置为负数，输出脉冲的计数值记录在 SR229、 SR228 通道（端口 0）中。如设置输出脉冲数为 00000100，电机正 向运转 100 步，脉冲计数值从 00000000 计到 00000100，再设置 输出脉冲数为 80000100，电机反向运转 100 步，脉冲计数值从 80000000 计到 80000100。