PLC对步进电机的直接控制

PLC对步进电机的直接控制

摘要

在现实生活中步进电机已被广泛地应用于生产，生活中。

本课题的核心处理器是三菱FX2N系列的PLC。其中的PLC的程序主要包括：主程序，手动调速，自动和手动四大块。手动调速部分，自动部分和手动部分都可以通过主程序相互连接在一起。手动调速部分中可实现加减速，正反转功能。手动部分中分成三个小状态：快进、工进和快退，通过按钮进入这些状态。自动部分则是通过一个按钮把手动部分的三个状态实现。

关键词：三菱PLC；步进电机控制；步进电机的驱动电路

1引言

步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。

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1.2步进电机控制的基本控制

从结构上看，步进电机分为三相、四相、五相等类型，本论文则以五相为主。五相步进电机的工作方式有五相五拍和五相十拍2种，下面具体加以阐述：

1.2.1换相顺序控制

通电换相这一过程称为脉冲分配。例如，五相步进电机在五拍的工作方式下，其各相通电顺序为A→B→C→D→E→A，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、C、D、E相的通断，五相十拍的通电顺序为A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA。

1.2.2步进电机转向控制

如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转。若步进电机的励磁方式为五相十拍，即A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA。如果按反序通电换相，即A →AE→E→ED→D→DC→C→CB→B→BA→A，则电机就反转。其他方式情况类似。

1.2.3步进电机的速度控制

如果给步进电机发一个脉冲，步进电机就转一步，再发一个脉冲，再转一步。2个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

1.2.4步进电机启停控制

步进电机由于其电气特性，运转时会有步进感，即振动感。

1.2.5步进电机加减速控制

在步进电机控制系统中，如果信号变化太快，步进电机由于惯性跟不上电信号的变化，这时就会产生堵转和丢步现象。所以步进电机在启动时，必须有加速过程，在停止时必须有减速过程。理想的加速曲线一般为指数曲线，步进电机整个降速过程的频率变化规律是整个加速过程频率变化规律的逆过程。

1.3控制目标

通过对PLC的编程，来实现对于步进电机的控制，实现启动，停止，加速，减速，暂停功能。还可以实现手动和自动的运行。控制如下图。

频率控制图

2系统电路设计和软件设计

2.1I/O分配和端子图设计

PLC的硬件输入，需要有15个按钮，这些按钮分别代表一些各自功能，输入功能表，如表2-1。

PLC的有五个输出端口，代表输入五相步进电机的五相，输出分配表，如表2-2。

表2-1输入功能表

按钮名称按钮按钮名称按钮

开始按钮SB0手动按钮SB10

初始速度按钮SB1自动按钮SB11

减速按钮SB2快进按钮SB12

加速按钮SB3工进按钮SB13

正转按钮SB4快退按钮SB14

反转按钮SB5十步SB15

暂停按钮SB6单步SB16

停止按钮SB7

表2-2PLC输出分配表

名称输出端口号

A相Y002

B相Y003

C相Y004

D相Y005

E相Y006

2.2脉冲产生的设计

一个梯形的输出则需要用到PLC中的一个脉冲斜坡输出指令（PLSR）。这样接可以让PLC自动执行设定的最高频率，增减速时间，需要走的步数，我们只需改变这三个数据寄存器即可改变输出梯形的形状。

2.3移位指令的设计

用三菱的移位指令SFTR，SFTR是一个位右移的指令。

2.4正反转的设计

五相十拍步进电机步进电机要实现转动，需要分配M1~M10这10个中间继电器，使其可以实现正转：A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA，反转也一样。

2.5单步和十步的设计

单步和十步都是用计数器来计数。

2.6加减速的设计

由于是采用PLSY指令来产生脉冲，则只需改变输出脉冲的频率即可实现加减速。输出脉冲的频率存放在数据寄存器D11中，当按下加速按钮后，数据寄存器中的数值会增大100，即发出的脉冲的频率也会相应的增大，则步进电机接受脉冲的频率也增加了，步进电机加速；减速的原理也一样，当按下减速按钮后，数据寄存器中的数值会减小100，即发出的脉冲的频率也会相应的减小，则步进电机接受脉冲的频率也减少了，步进电机减速。

2.7步进电机驱动器设计

本论文中PLC直接控制步进电机，但是直接相连时，不能驱动步进电机，因为PLC输出的信号功率小于步进电机转动所需要信号的功率，需要用到一个步进电机的驱动器，放大从PLC出来的信号。

图6-16步进电机驱动器电路

2.8调试结果

经过调试，程序中设计的正反转功能，加减速功能，单步和十步功能，移位功能等功能全都可以实现。

结论

通过PLC对步进电机的改造，可以实现设计的所需的功能，实现对于步进电机的控制，实现启动，停止，加速，减速，暂停功能。还可以实现手动和自动的运行。这样能更好的对步进电机进行控制。

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