PLC技术在步进电机控制中应用的优化方案

利用PLC技术可以方便地实现对电机速度和位置的控制，完成各种复杂的工作。PLC利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，实现对步进电机的控制。

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，每当对其施加一个电脉冲时，其输出轴便转过一个固定的角度。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（即脉冲频率）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。控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。

1.步进电机的PLC直接控制

PLC直接控制步进电机系统由PLC和步进电机组成，PLC具有实时刷新技术，输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分配能有很高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。并且，PLC有采用大功率晶体管的输出端口，能够满足步进电机各相绕组数10V级脉冲电压、1A级脉冲电流的驱动要求。

控制步进电机最重要的就是要产生出符合要求的控制脉冲。西门子PLC本身带有高速脉冲计数器和高速脉冲发生器，其发出的频率最大为10KHz，能够满足步进电动机的要求。对PLC提出两个特性要求。一是在此应用的PLC最好是具有实时刷新技术的PLC，使输出信号的频率可以达到数千Hz或更高。其目的是使脉冲能有较高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。二是PLC本身的输出端口应该采用大功率晶体管，以满足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求。如图4-20所示：

图4-20　步进电机的PLC直接控制图

2.常见的步进电机的工作方式

常见的步进电机的工作方式有以下三种：

（1）三相单三拍：A-> B-> C-> A，如图4-21所示。

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图4-21　三相单三拍工作方式时序图

（2）三相双三拍：AB -> BC -> CA -> AB，如图4-22所示。

图4-22　三相双三拍工作方式时序图

（3）三相六拍：A -> AB -> B -> BC -> C -> CA -> A，如图4-23所示。

图4-23　三相六拍工作方式时序图

3.PLC控制步进电机控制原理

（1）控制步进电机换向顺序：通电换向这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三相三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、C、D相的通断。

（2）控制步进电机的转向：如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

（3）控制步进电机的速度：如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。