PLC控制步進電機工作方式的選擇

3.1常見的步進電機的工作方式

常見的步進電機的工作方式有以下三種：

1.三相單三拍：A->B->C->A

步進電機的三菱PLC控制

圖3-1三相單三拍工作方式時序圖

2.三相雙三拍：AB->BC->CA->AB

步進電機的三菱PLC控制

圖3-2三相雙三拍工作方式時序圖

3.三相六拍：A->AB->B->BC->C->CA->A

步進電機的三菱PLC控制

圖3-3三相六拍工作方式時序圖

3.2步進電機控制原理

3.2.1控制步進電機換向順序

通電換向這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三相三拍工作方式，其各相通電順序為A-B-C-D，通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A、B、C、D相的通斷。

3.2.2控制步進電機的轉(zhuǎn)向

如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。

3.2.3控制步進電機的速度

如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。

3.3PLC控制步進電機的方法

在本設(shè)計中直接使用PLC控制步進電機，可使用PLC產(chǎn)生控制步進電機所需要的各種時序的脈沖。三相步進電機可采用三種工作方式：三相單三拍，三相雙三拍，三相單六拍。這三種方式的主要區(qū)別是:電機繞組的通電、放電時間不同。工作方式是單三拍時通電時間最短，雙三拍時允許放電時間最短，六拍時通電時間和放電時間最長。因此，同一脈沖頻率時，六拍的工作方式出力最大。而且，電機是三拍的工作方式時，其分辨率為3度，六拍的工作方式時，分辨率是1.5度。所以，在本課題中，我們采用三相六拍的工作方式，在這種控制方式下工作，步進電機的運行特性好，步進電機分辨率最高。

可根據(jù)步進電機的工作方式，以及所要求的頻率（步進電機的速度），畫出A、B、C各相的時序圖。并使用PLC產(chǎn)生各種時序的脈沖。例如：本設(shè)計采用三菱FX2n-32MTPLC控制三相步進電機的過程。

步進電機的三菱PLC控制

圖3-4三相單六拍正向時序圖

3.4PLC控制步進電機的設(shè)計思路

3.4.1步進電機控制方式

典型的步進電機控制系統(tǒng)如圖所示：

步進電機的三菱PLC控制

圖3-5典型的步進電機控制系統(tǒng)

步進電動機是一種將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移或者線位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件。在經(jīng)歷了一個大的發(fā)展階段后，日前其發(fā)展趨向平緩。然而，其基本原理是不變的，即：是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當對其施加一個電脈沖時，其輸出轉(zhuǎn)過一個固定的角度。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與單位時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的脈沖順序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機繞組通電的順序，便可控制步進電機的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向。步進電機的機理是基于最基本的電磁鐵作用，可簡單地定義為，根據(jù)輸人的脈沖信號，每改變一次勵磁狀態(tài)就前進一定角度或長度，若不改變勵磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電動機:從廣義上講，步進電動機是一種受電脈沖信號控制的無刷式直流電機，也可看作是在一定頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率同步的同步電動機。

步進電機的控制和驅(qū)動方法很多，按照使用的控制裝置來分可以分為:普通集成電路控制、單片機控制、工業(yè)控制機控制、可編程控制器控制等幾種；按照控制結(jié)構(gòu)可分為:硬脈沖生成器硬脈沖分配結(jié)構(gòu)(硬-硬結(jié)構(gòu))、軟脈沖生成器軟脈沖分配器結(jié)構(gòu)(軟-軟結(jié)構(gòu))、軟脈沖生成器硬脈沖分配器結(jié)構(gòu)(軟-硬結(jié)構(gòu))。

1．硬——硬結(jié)構(gòu)

如圖3.6所示，這種步進電機的控制驅(qū)動系統(tǒng)由硬件電路脈沖生成器、硬件電路脈沖分配器、驅(qū)動器組成。這種控制驅(qū)動方式運行速度比較快，但是電路復(fù)雜，功能單一。

2．軟——軟結(jié)構(gòu)

如圖3.7所示，這種步進電機的控制驅(qū)動系統(tǒng)由軟件程序脈沖生成器、軟件程序脈沖分配器、驅(qū)動器組成，而軟件脈沖生成器和脈沖分配器都有微處理器或微控制器通過編程實現(xiàn)。用單片機、工業(yè)控制機、普通個人計算機、可編程序控制器控制步進電機一般均可采用這種結(jié)構(gòu)。這種控制驅(qū)動方法電路結(jié)構(gòu)簡單、可以實現(xiàn)復(fù)雜的功能，但是占用CPU時間多，給微處理器運行其他工作造成困難。3．軟——硬結(jié)構(gòu)

如圖3.8所示，這種步進電機的控制驅(qū)動系統(tǒng)由軟件脈沖生成器、硬件脈沖分配器和硬件驅(qū)動器組成。硬件脈沖分配器是通過脈沖分配器芯片(如8713芯片)來實現(xiàn)通電換相控制的。這種控制驅(qū)動方法電路結(jié)構(gòu)簡單、可以實現(xiàn)復(fù)雜的功能，同時占用CPU時間較少，用可編程控制器全部實現(xiàn)了控制器和驅(qū)動器的功能。在PLC中，由軟件代替了脈沖生成器和脈沖分配器，直接對步進電機進行并行控制，并且由PLC輸出端口直接驅(qū)動步進電機。如圖3.7所示，這是一種軟-軟結(jié)構(gòu)，脈沖生成器和脈沖分配器均有可編程序控制器程序?qū)崿F(xiàn)。

步進電機的三菱PLC控制

圖3-6硬硬結(jié)構(gòu)控制

步進電機的三菱PLC控制

圖3-7軟軟結(jié)構(gòu)控制

步進電機的三菱PLC控制

圖3-8軟硬結(jié)構(gòu)控制