步进电机的控制

2.2.2 驱动模块的组成

驱动模块在步进电动机中起着及其重要的作用。步进电动机的驱动模块跟步进电动机本体其实是一个整体，驱动模块和步进电动机共同决定着步进电动机的性能。

其原理框图如图2—1所示：

图2-1 驱动模块框图

首先由PLC 或者其他控制器给它发指令让它接受信号，其次经过将信号变频再传递脉冲信号给分配器，然后再输送脉冲给放大器，将脉冲放大后最后到达步进电机本体，然后再由步进电机带动负载或者工作机构。

2.2.3 步进电动机的步距角

步距角的大小一般是由步进电机的型号决定的，还有细分数的设定也会影响步距角的大小，设计中用到的42步进电机的步距角为1.8度，但也可以通过以下的公式求得： （2-1） 式中， β-步距角，每一个电脉冲(每拍)转子转动的角度

K-通电方式系数，拍数等于相数时K=1，否则K=2

M-定子相数

Z-转子齿数。 2.2.4

步进电机的种类及选型 步进电动机的种类分别为：反应式步进电动机、永磁式步进电动机以及混合式步进电动机。

360KM ︒=Z

因设计需要满足一定的精度要求，再加上考虑到实验经费有限等问题，于是在该课题设计中选用的是两相混合式步进电机，型号为：42BYGH47。

步进电机通电方式各式各样。不同的通电方式对步距角的大小也有不同的影响，于是对步进电动机的位移精度也有不同的影响。

由于在本课题设计中选择的是两相混合式步进电动机，考虑到对位移精度的要求，于是就通电方式而言，选用两相四拍通电方式。

2.3旋转编码器

2.3.1旋转编码器的基本概念

旋转编码器也叫速度传感器，它在本次设计中主要用于对步进电机测速以及做一个脉冲量的反馈作用。具体工作原理就是用来测量转速的装置光电式旋转编码器通过光电转换可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出(REP)错误！未找到引用源。。一般用它就可以给步进电机提供反馈，就可以实现闭环控制。

旋转编码器里面是有光栅码盘的，光栅码盘转动一圈，那么就会输出一圈的脉冲信号。所以将其用在对步进电机的测速以及速度控制上是极其合适的。

2.4人机界面

人机页面也称Human Machine Interface,简称HMI。HMI是用户和系统之间远程交流的中介，实现了远程控制的功能。人机页界面装置主要就是用来模拟现场的运行状态以及将实验中需要的某些数据直观的在PC端上显示出来，根本上来讲就是起到了在PC端进行运行控制和监控的作用。

人机页面一般都是在工业生产环境之中，所以人机页面的质量要求必须很高，具有很强的抗干扰能力。操作人员可以通过在人机页面上面进行操作控制机器的运行，这样大大减少了事故的发生概率。人机页面的功能主要有下面几种：报警的显示、输出过程的值、过程可视化记录功能、报警纪录、操作人员对过程的控制、过程参数管理和设备参数管理。

设计中使用的人机界面软件为GT Desiner3和GT simulator3这两款软件。

第3章 硬件电路设计及系统接线 3.1系统电路设计及分析

系统的原理图如图3-1所示。

图3-1 PLC控制步进电机原理图

如上图所示，步进电机和普通电机不同的一点是它是靠接收PLC给它的脉冲信号去进行动作的，所以PLC是和步进驱动模块相连接。关于脉冲信号和方向信号的接法尝试了很多种，一开始是将两个正极接在PLC的24V+上，两个负极接在Y0和Y3，但是事实证明这样根本无法实现，原因是没有接入COM端。于是就该问题做出了一些改进，将两个信号的正极接入Y0和Y3，并且分别串联一个2.2K 欧的电阻再接入24V+的电源口，串入电阻的目的是为了分压，因为PLC供电需要24V电压，但是步进驱动模块只需要5V电压，这样就构成了一条完整的正向回路，两个信号的正极端口都接入Y0和Y3相对应的COM0和COM2，两个信号的负极端口都接入COM口即可。

步进驱动模块的另一侧有六个端口，分别应接在外接电源的正压端和COM 端，以保证供电，另外四个端口分别接步进电机的四根线，关于这四根线的接法是根据万用表测得的结果来确定的，因为设计使用的是两相混合式步进电机，有两个绕组,每个绕组有两根线，每根线怎么跟步进驱动模块连接也是需要视情况而定的，可以用万用表来判断，万用表测出来显示导通的就是同一个绕组，或者把电机的任意两根线短接，然后转动轴，如果发现阻力变大，说明这是同一个绕组的两根线，其余剩下的两根线为一个绕组，然后把每个绕组的两根线任意的分别接在驱动器的A和B相，如果发现电机反转，只要把A相的两根线互换一下位置就可以得到正确的接线。

接下来就是旋转编码器的连接，旋转编码器一共有五根线，分别为

A,B,Z,COM,24V这五个，A线接入PLC的X0口，B线接入PLC的X1口，这个根据PLC的型号不同可能有所不同，而FX1S的高速脉冲输入口正是X0和X1，而Z 线在本次设计中可接可不接，剩下的COM接入PLC的COM端，24V接入PLC的24V+。

具体接线还涉及到接入24V外接电源以及一系列的开关和保护设备，选用了四个熔断器，一个两联的隔离开关及两个四联自动复位按钮。

具体的全局布局接线图如下页图3-2所示：

图3-2 系统设计总接线图

3.2 硬件系统的接线

图3-5 系统全局接线图

根据硬件接线图将硬件系统搭建起来，连接的线路如图3-4和图3-5所示。

第一张图是步进电机和驱动模块还有旋转编码器之间的连线图，在这个接线过程中遇到的困难是因为自身对步进电机的不熟悉，导致不了解驱动模块的接线，在网上查阅了资料之后才最终接线正确，还有旋转编码器和步进电机的位置一定要对齐，这些都是遇到问题之后才深刻的了解认识到，其实最困难的还是步进驱动模块和PLC之间的连线，那个连线图画了很多张才得以确定，原因是要考虑到串联一个电阻来分压，也要考虑PLC侧的输入输出都要对应，这是这次设计及接线中比较复杂的一部分。至于图中的三相异步电机，它是用来给步进电机提供轻负载的，靠皮带轮和步进电机相连接。

第二张图主要就是PLC的接线了，还有熔断器、断路器以及四联自动复位开关的接线，PLC上的接线较为简单明了，只要查清楚哪些输入口是用在哪些功能