PLC的脉冲输出控制步进电机的实用方法

! 硬件设计
（ * ）高速脉冲输出口 根据要求及所需的 输 入 输 出 点 数 ， 主 控 制 单 元 采 用 日 本 三 菱 公 司 的 67*80,"21 可 编 程 控 制 器 ， 该 系 列 ’() 体 积小、功能强、性价比高， 且 提 供 了 简 易 的 定 位 控 制 及 脉 冲输出功能。其输出点 ." 和 .* 具有脉冲输出功能，输出 最高可达 *""9:; 的脉冲。 （ ! ）步进电机及其驱动器 步进电机驱动器采用金坛四海电机电器厂生产的
表’ 相电流设定 （ 位 ’ ! $ 3） 相电流
’!$3 """" """’ ""’" ""’’ "’"" "’"’ "’’"
图! 步进电机的连接图
’!$3 ’""" ’""’ ’"’" ’"’’ ’’"" ’’"’ ’’’" ’’’’
相电流
"0!%? "0%"? "05%? ’0""? ’0!%? ’0%"? ’05%? !0""?
源自文库须 外 接 限 流 电 阻 D ， 保 证 给 内 部 光 耦 提 供 &@*%E3 的 驱 动 电流；当 A)) 是 *!A 时，限流电阻 D 选择 #&"$；当 A)) 是 !,A 时，限流电阻 D 选择 *+&9$ 。
! 输 入 电 源 接 口 ： 采 用 一 组 交 流 供 电 ， 3) 接 !" @ ,"A， $3； " 电机接口：对于 四 相 八 线 电 机 ， 通 常 将 电 机 绕 阻 两
两并联后与驱动器相连。图 ! 所示是电机的连接图。
收稿日期： !""#0"*0*#
FGD 是方向电平信号输入端，高低电平控制电机正 H 反
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机电工程技术 !""# 年第 $% 卷第 & 期
研究与开 发
所示。 在 图 3 中 ， 将 可 编 程 序 控 制 器 的 脉 冲 输 出 端 =" 的 公 共端 .:4" 和输出点 =’" 的公共端 .:43 皆与可编程序控
图3
/@. 与步进电机驱动器的连接
%%
经 验交流
机电工程技术 !""# 年第 $% 卷第 & 期
情，故一旦设计人员计算不 对 ， 选 用 的 泵 满 足 不 了 系 统 的 需要，使水泵不在设计点附 近 运 行 ， 就 有 可 能 使 水 泵 电 机 超负荷运转，造成运行费用的增加，同时造成电机的烧 坏。所以在计算管路阻力时一定要准确，从而选用合理 的、匹配的水泵，另外如果 发 现 水 泵 电 机 超 负 荷 运 转 ， 可 以通过关小水泵的出水阀门 来 控 制 水 泵 ， 使 水 泵 在 其 设 计 点附近运行，避免电机过载。 根据多年的维修经 验 总 结 出 ， 大 多 数 客 户 都 会 遇 到 电 机的发热、噪声大、过载等 问 题 ， 主 要 原 因 是 由 供 水 系 统 的安装、调节问题引起的。 实例：在东莞市某家企业，购买我公司一台 ?661""@ 参 数 为 ! A+"8$ B C 、 " A1+8 、 #A*:%DE） ，运行 1+ 的 水 泵 （ 一段时间后发现电机发热非常厉害，并伴有比较大的噪 声，最后还烧坏了电机。我 们 去 察 看 现 场 的 供 水 系 统 并 了 解实际的情况，得出了企业 在 选 泵 方 面 上 不 合 理 ， 没 有 按 实际的系统管路安装来计算 管 路 阻 力 ， 导 致 在 水 泵 选 型 上 出 现 了 问 题 。 我 们 经 过 计 算 得 知 ， 实 际 需 要 的 参 数 为 !A
时间不小于 "0%!(。
制 器 的 !3A 地 即 .:4 相 连 ， 步 进 电 机 驱 动 器 的 输 入 信 号 公 共 端 与 可 编 程 序 控 制 器 /@. 的 B!3A 电 源 相 连 ， /@. 的 脉 冲 输 出 端 =" 外 接 ’0&C 的 限 流 电 阻 连 接 至 步 进 脉 冲 输 入
* 引言
在实际应用中，一 般 的 定 位 控 制 大 多 采 用 可 编 程 序 控 制器 ’() 加定位模块进行定位控制；但当需要进行定位控 制的定位轴比较少、控制要 求 不 是 特 别 高 时 ， 可 以 不 需 要 单独配置定位模块，而是直接利用 ’() 本身的高速脉冲输 出口控制步进电机。上述方 法 既 简 单 方 便 ， 又 可 降 低 控 制 成本，已在笔者设计的轴承 保 持 器 多 孔 数 控 镗 床 的 分 度 定 位控制上应用。该多孔数控 镗 床 现 已 用 于 生 产 加 工 ， 操 作 方便、定位精度高，使用效果良好。
$! 位 指 令 的 频 率 范 围 是 121"" """34。 〔 .!・〕 用 来 指 定
产 生 的 脉 冲 个 数 ， 1# 位 指 令 的 脉 冲 数 范 围 是 12$! *#* ，
$! 位指令的脉冲数范围是 12! 15* 5&$ #5* 。 若 指 定 脉 冲
数 为 "， 则 持 续 产 生 脉 冲 ， 即 控 制 步 进 电 机 一 直 转 动 。 〔 6・〕 用 来 指 定 脉 冲 输 出 元 件 ， 只 能 用 晶 体 管 输 出 型 可 编 程序控制器的 /" 或 /1 。图 % 中所示的指令是 当 可 编 程 序 控 制 器 ,-) 的 输 入 点 71" 有 信 号 时 ， 从 /" 输 出 频 率
研 究与开发
机电工程技术 !""# 年第 $% 卷第 & 期
’() 的脉冲输出控制步进电机的实用方法
金雯丽 *，喻莉莉 *，宋
（ *+ 洛阳大学电子信息工程学院， 河南洛阳
健!
,-*"$/ ）
,-*"!$ ； !+ 洛阳 (.) 轴承有限公司技术中心， 河南洛阳
摘要：本文简要介绍了三菱 ’() 脉冲输出控制步进电机的实用方法，给出了控制系统硬件结构的设计和软件编程方法，对于实现 其在工业企业相关机床上的应用具有较高的参考价值。 关键词： ’() ；高速脉冲；步进电机 中图分类号： 12$&$+# 文献标识码： 3 文章编号： *""/0/,/! 4!""#5 "&0""%,0"!
图* 驱动器的接线示意图
<:!",#2 驱 动 器 ， <:!",#2 型 步 进 电 机 驱 动 器 是 采 用 高
速单片机技术开发出的细分 驱 动 器 。 该 驱 动 器 采 用 高 频 脉 宽调制技术，具有噪音低、 效 率 高 、 电 压 范 围 宽 、 设 置 灵 活、运行平稳等优点。步进 电 机 采 用 金 坛 四 海 电 机 电 器 厂 生产的 &#=.>,"! 永磁感应子式步进电机，其步距角 *+&?。 驱动器的接线示意图如图 * 所示。
1"""34 的脉冲，脉冲的数量由通用数据寄存器 6" 给出。
当步进电机要求的转速较高时，需要采用带加减速 功 能 的 脉 冲 输 出 指 令 ,-.0 。 对 于 带 加 减 速 功 能 的 脉 冲 输 出 指 令 ,-.0 ， 〔 .1・〕 用 来 指 定 最 高 频 率 ， 可 设 定 的 频 率 范 围 是 1"21"" """34 。 〔 .!・〕 用 来 指 定 产 生 的 脉 冲 个 数 ， 1# 位 指 令 的 脉 冲 数 范 围 是 11"2$! *#* ， $! 位 指 令 的 脉 冲 数 范 围 是 11"2! 15* 5&$ #5* 。 设 定 值 不 到 11" 时，脉冲不能正常输出。 〔 .$・〕 用 来 设 定 加 减 速 时 间 。 〔 （ %"2%"""89 ） 6・〕 用 来 指 定 脉 冲 输 出 元 件 ， 只 能 用 晶 体 管 输 出 型 可 编 程 序 控 制 器 的 /" 或 /1 。
+"8 B C 、 " A$$8， 而 企 业 购 买 的 水 泵 达 不 到 系 统 的 要 求 ，
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实际上水泵没有在其设计点 的 参 数 下 运 行 ， 经 常 在 其 工 作
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（ 上接第 %% 页）
"0"67。
拨 位 开 关 :;9" ， :))9’ ， 细 分 数 设 定 好 后 驱 动 器 须 断电复位方可有效。 步进电机的 型 号 是 &#<=>3"! ， 其 相 电 流 选 3? ， 拨 位 开关 ’ ! $ 3 设定值为 ’’’’ 。细分数根据实际应用的精度 要求来选取。 （ $ ） /@. 与步进电机驱动器的硬件连接 可 编 程 序 控 制 器 /@. 与 步 进 电 机 驱 动 器 的 连 接 如 图 3 向，外接 ’0&C 的限流电阻连接至方向电平输入端 DE* 。 步 进 电 机 驱 动 器 的 脱 机 信 号 )*++ 可 用 于 关 断 电 机 励 磁 电 流，使电机处于脱机自由状 态 ， 在 实 际 使 用 时 也 可 以 不 连 接，即对此不进行控制。 （ 下转第 ’"3 页）
图$ 驱动器输入信号接口电路
信 号 ./， /@. 的 输 出 点 =’" 用 于 控 制 步 进 电 机 的 旋 转 方
" 相电流及细分数设定： 12!"3#4 型细分驱动器采用拨位开关设定相电流及细
分 数 ， 其 中 ’、 !、 $、 3 位 用 于 对 相 电 流 的 设 定 ， 具 体 设 定 如 表 ’ 所 示 。 5 、 & 、 6 、 ’" 位 用 于 对 细 分 数 的 设 定 ， 具 体设定如表 ! 所示。驱动器 细 分 设 定 后 电 机 的 步 距 角 等 于 电 机 的 整 步 步 距 角 除 以 细 分 数 。 例 如 ： 细 分 数 设 定 为 !" ， 驱 动 步 距 角 是 ’0&7 的 步 进 电 机 ， 其 细 分 步 距 角 为 ’0&7 8 !"9
图% 指令示意图
5 结束语
利用 ,-) 本身的高速脉冲输出口控制步进电机的设计 方法简单可靠，通过软件编程 实 现 的 定 位 精 度 高 ， 并 且 降 低了控制成本，具有很高的实用价值。
参考文献： ［ 1 ］廖常初主编 : 可编程控制器应用技术 ［ ; ］ : 重庆：重庆大学 出版社， !""5: ［ ! ］三菱可编程控制器 ’(1( 编程手册 ［ < ］ : 三菱公司， !""1:
!0!%? !0%"? !05%? $0""? $0!%? $0%"? $05%? 30""?
"’’’
转。信号电平要求稳定时间大于 ’!(。
表!
细分设定 （ 位 5 & 6 ’" ） 细分数
)*++ ： 脱 机 信 号 , 低 电 平 有 效 - ， 当 此 输 入 控 制 端 为
低时，电机励磁电流被关断，电机处于脱机自由状态。
范围外运行，而且也没有通 过 调 节 出 水 阀 门 调 节 水 泵 的 工 况，从而经常使水泵电机超 负 荷 运 转 ， 发 生 了 电 机 有 大 的 噪声，最后烧坏了电机。我们建议其购买另一规格为 参数为 !A+"8$ B C 、 " A$!8 、 #A11DE）的泵。 ?661""@$! （ 自从使用新的水泵后，水泵运行一直良好。
$ 结束语
实践告诉我们，加 强 对 水 泵 设 备 的 管 理 及 责 任 心 ， 是 保证其运行安全的关键。操 作 人 员 要 经 过 技 术 培 训 ， 持 证 上岗；对水泵要定期做好检 查 、 维 护 和 保 养 工 作 ， 常 抓 不 懈，才能保证水泵设备运行 安 全 的 可 靠 性 和 使 用 寿 命 ， 从 而使水泵设备发挥其最佳的 经 济 效 益 和 使 用 寿 命 ， 达 到 减 轻用户的经济负担，更多更好地为现代化生产服务。
$ 软件设计
在三菱可编程序控制器的功能指令中，其中 ’()%* 和
’()%+ 分别对应的是脉冲输出 ,-./ 和可调脉冲输出 ,-.0
指令。其指令示意如图 % 所示。
,-./ 指 令 用 于 产 生 指 定 数 量 和 频 率 的 脉 冲 。 〔 .1・〕
用来指定脉冲频率， 1# 位指令的频率范围是 12$! *#*34，
# 输入信号接口： <:!",#2 型步进电机驱动器内部的
接口电路都采用光耦信号隔 离 。 图 $ 所 示 是 驱 动 器 输 入 信 号接口电路。
B’1B 为输入信号的公共端， B’1B 端须接外部系统的 A)) 。 若 A)) 为 C%A 则 可 直 接 连 接 ； 若 A)) 大 于 %A ， 则
参考文献： ［ 1］ 苏 志 强 : 聚 氨 酯 发 泡 设 备 中 泵 体 泄 漏 问 题 分 析 及 改 进 ［ F］ : 机电工程技术， !""% ， （ ： &&@&+: 1" ）
作者简介：黄杰雄，男， 1+*$ 年生，广东化州人，大学本科，工 程师。研究领域：机械设计。已发表论文 ! 篇。
5 & 6 ’" """" """’ ""’" ""’’ "’"" "’"’ "’’" "’’’
5 & 6 ’" ’""" ’""’ ’"’" ’"’’ ’’"" ’’"’ ’’’" ’’’’
细分数
’ ! 3 % # & ’" ’#
’& !" $! 3" %" #3 ’!& !%#
./：步进脉冲信号输入，下降沿有效，信号电平 稳 定