步进电机PLC控制 (课堂用)课件
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驱动器靠精度控制电机的相电流所产生的，与电机无关。
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16
脉 冲
放
步
负
分 配
大
进
载
器
器
机
脉冲信号
• 改变步进电机定子绕组通电状态的电路称为脉冲分配器。 控制脉冲信号来到后，先送到脉冲分配器，经过分配器输 出的信号决定各定子绕组通电的顺序和步进电机转动的速 度。
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17
步进驱动器原理
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14
步距角
步进电机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为步距角。
S
360 ZrN
如：Zr=40 ,
N:一个周期的运行拍数,即通电状态
循环一周需要改变的次数
Zr：转子齿数
N=3
时
S
360 3 403
1 单拍制
拍数：N=km
m:相数
k= 2 双拍制
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15
细分：细分就是指电机运行时的实际步矩角是基本步矩角 的几分之一。如：驱动器工作在10细分状态时，其步矩角只为电机 固有步矩角的十分之一，也就是说：当驱动器工作在不细分的整步状 态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°，而用细分驱动 器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18°。细分功能完全是由
• 环型分配器的功能： 主要是把外部CP端送 入的脉冲进行分配， 给功率放大器，功率 放大器相应的晶体管 导通，步进电机的线 圈得电。
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2
步进电动机的工作原理与特点
原理：步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号转换成线位 移或角位移的电机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，
带动机械移动一小段距离。它的运动形式是步进式的。
特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。
(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。
(3)改变脉冲顺序，改变转动方向。
用S表示。
（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通 电顺序即可改变转向。
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9
二、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为：
AABBBCCCAA 共六拍。
工作过程：
A B' 1 C'
42
C 3B A'
A相通电，转子1、3齿和A相对齐。
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10
A、B相同时通电
A
B'
C'
C
B
• 从步进电机的转动原理可以看出，要使步进电机 正常运行，必须按规律控制步进电机的每一相绕 组得电。步进驱动器接收外部的信号是方向信号 （DIR）和脉冲信号（CP）。另外步进电机在停 止时，通常有一相得电，电机的转子被锁住，所 以当需要转子松开时，可以使用脱机信号 （FREE）.
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步进驱动器
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
B相通电，转子2、4齿和B
相轴线对齐，相对A相通电 位置转30；
C相通电再转30
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8
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一 个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。
三相单三拍的特点： （1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为步距角，
知识目标
1.能给出步进电机控制系统的 功能描述
2.能画出PLC控制系统的输入 输出接线图
3.能写出输入输出的I/O表
4.能完成梯形图程序的编制
5.能写入软件验证程序的正确 性并运行
1.步进电机的结构与原理 2.基本输入输出指令 3.定时器指令、计数指令 4.高级指令（移位指令MOV和数 据传送指令SFTL/SFTR）
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5
工作方式
步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、 三相双三拍等。
一、三相单三拍 （1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为：
A相B相C相
通电顺序也可以为：
A 相 C 相 B 相
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（3）工作过程
A
B' 1 C'
42
C 3B
A'
A 相通电，A 方向的
•
图5-41是一种三相反应式步进电机，它由定子与转子两部分构成。电机定子
上有六个磁极，每个极上装有控制绕组，每两个相对的磁极组成一相。
脉 冲
wk.baidu.com
放
步
负
分 配
大
进
载
器
器
机
脉冲信号
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4
• 步进电机的转动受脉冲信号控制，每来一个脉冲信号，定 子绕组通电的状态就改变一次，而定子绕组通电后产生的 磁场对转子产生作用将使转子产生一个角位移。改变步进 电机定子绕组通电状态的电路称为脉冲分配器。控制脉冲 信号来到后，先送到脉冲分配器，经过分配器输出的信号 决定各定子绕组通电的顺序和步进电机转动的速度。步进 电机控制电路框图如图5-42 所示。从分配器输出的脉冲信 号还需经过功率放大之后才能送至步进电机的定子绕组。
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12
三、三相双三拍
三相绕组的通电顺序为：
AB BC CA AB 共三拍。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
AB通电
BC通电
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13
A
B'
C'
C
B
A'
工作方式为三相双三拍 时，每通入一个电脉冲，
转子也是转30，即 S =
30。
CA通电
以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三 相单三拍稳定，因此较常采用。
(4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比.
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3
• 步进电机的结构和工作原理 • 1.步进电机结构
•
步进电机可分为反应式和励磁式两大类。两类的区别在于反应式步进电机转
子上无励磁绕组，转子上出现的磁极是由于定于绕组通电后产生的磁场而生成的。
两类步进电机的动作原理相同，这里以反应式步进电机为例进行分析。
综合实训项目-步进电机的PLC控制
1. 完成步进电机、输入按钮与PLC的系统连接 2. 编程实现步进电机的正向运转 3. 用两个按钮，实现0.001S步进控制和1S步进控制 4. 用两个开关，实现100步计数控制和10 步计数控制 5. 用一个按钮实现步进的正反转控制
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1
能力（技能）目标
磁通经转子形成闭合回路。 若转子和磁场轴线方向原 有一定角度，则在磁场的 作用下，转子被磁化，吸
引转子，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合， 因此会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁阻转矩， 使转子转动，使转、定子的齿对齐停止转动。
A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。
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7
A
B'
A'
（1）BB' 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针
方向转动。
（2）AA' 磁场继续对1、3齿有拉力。
所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA' 通电，
转子转了15°。
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B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。
A
B'
C'
C
B
A'
总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六 拍，步距角为15。
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脉 冲
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步
负
分 配
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器
器
机
脉冲信号
• 改变步进电机定子绕组通电状态的电路称为脉冲分配器。 控制脉冲信号来到后，先送到脉冲分配器，经过分配器输 出的信号决定各定子绕组通电的顺序和步进电机转动的速 度。
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步进驱动器原理
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步距角
步进电机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为步距角。
S
360 ZrN
如：Zr=40 ,
N:一个周期的运行拍数,即通电状态
循环一周需要改变的次数
Zr：转子齿数
N=3
时
S
360 3 403
1 单拍制
拍数：N=km
m:相数
k= 2 双拍制
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细分：细分就是指电机运行时的实际步矩角是基本步矩角 的几分之一。如：驱动器工作在10细分状态时，其步矩角只为电机 固有步矩角的十分之一，也就是说：当驱动器工作在不细分的整步状 态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°，而用细分驱动 器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18°。细分功能完全是由
• 环型分配器的功能： 主要是把外部CP端送 入的脉冲进行分配， 给功率放大器，功率 放大器相应的晶体管 导通，步进电机的线 圈得电。
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步进电动机的工作原理与特点
原理：步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号转换成线位 移或角位移的电机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，
带动机械移动一小段距离。它的运动形式是步进式的。
特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。
(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。
(3)改变脉冲顺序，改变转动方向。
用S表示。
（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通 电顺序即可改变转向。
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二、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为：
AABBBCCCAA 共六拍。
工作过程：
A B' 1 C'
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C 3B A'
A相通电，转子1、3齿和A相对齐。
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A、B相同时通电
A
B'
C'
C
B
• 从步进电机的转动原理可以看出，要使步进电机 正常运行，必须按规律控制步进电机的每一相绕 组得电。步进驱动器接收外部的信号是方向信号 （DIR）和脉冲信号（CP）。另外步进电机在停 止时，通常有一相得电，电机的转子被锁住，所 以当需要转子松开时，可以使用脱机信号 （FREE）.
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步进驱动器
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
B相通电，转子2、4齿和B
相轴线对齐，相对A相通电 位置转30；
C相通电再转30
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这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一 个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。
三相单三拍的特点： （1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为步距角，
知识目标
1.能给出步进电机控制系统的 功能描述
2.能画出PLC控制系统的输入 输出接线图
3.能写出输入输出的I/O表
4.能完成梯形图程序的编制
5.能写入软件验证程序的正确 性并运行
1.步进电机的结构与原理 2.基本输入输出指令 3.定时器指令、计数指令 4.高级指令（移位指令MOV和数 据传送指令SFTL/SFTR）
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工作方式
步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、 三相双三拍等。
一、三相单三拍 （1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为：
A相B相C相
通电顺序也可以为：
A 相 C 相 B 相
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（3）工作过程
A
B' 1 C'
42
C 3B
A'
A 相通电，A 方向的
•
图5-41是一种三相反应式步进电机，它由定子与转子两部分构成。电机定子
上有六个磁极，每个极上装有控制绕组，每两个相对的磁极组成一相。
脉 冲
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放
步
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分 配
大
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器
器
机
脉冲信号
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• 步进电机的转动受脉冲信号控制，每来一个脉冲信号，定 子绕组通电的状态就改变一次，而定子绕组通电后产生的 磁场对转子产生作用将使转子产生一个角位移。改变步进 电机定子绕组通电状态的电路称为脉冲分配器。控制脉冲 信号来到后，先送到脉冲分配器，经过分配器输出的信号 决定各定子绕组通电的顺序和步进电机转动的速度。步进 电机控制电路框图如图5-42 所示。从分配器输出的脉冲信 号还需经过功率放大之后才能送至步进电机的定子绕组。
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三、三相双三拍
三相绕组的通电顺序为：
AB BC CA AB 共三拍。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
AB通电
BC通电
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A
B'
C'
C
B
A'
工作方式为三相双三拍 时，每通入一个电脉冲，
转子也是转30，即 S =
30。
CA通电
以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三 相单三拍稳定，因此较常采用。
(4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比.
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• 步进电机的结构和工作原理 • 1.步进电机结构
•
步进电机可分为反应式和励磁式两大类。两类的区别在于反应式步进电机转
子上无励磁绕组，转子上出现的磁极是由于定于绕组通电后产生的磁场而生成的。
两类步进电机的动作原理相同，这里以反应式步进电机为例进行分析。
综合实训项目-步进电机的PLC控制
1. 完成步进电机、输入按钮与PLC的系统连接 2. 编程实现步进电机的正向运转 3. 用两个按钮，实现0.001S步进控制和1S步进控制 4. 用两个开关，实现100步计数控制和10 步计数控制 5. 用一个按钮实现步进的正反转控制
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能力（技能）目标
磁通经转子形成闭合回路。 若转子和磁场轴线方向原 有一定角度，则在磁场的 作用下，转子被磁化，吸
引转子，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合， 因此会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁阻转矩， 使转子转动，使转、定子的齿对齐停止转动。
A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。
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A
B'
A'
（1）BB' 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针
方向转动。
（2）AA' 磁场继续对1、3齿有拉力。
所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA' 通电，
转子转了15°。
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B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。
A
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总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六 拍，步距角为15。