1、摘摘 要要 本論文主要闡述了五相十拍步進電動機控制領域中的應用，其中可編程控制器是工業自動化設備的主導產品，具有控制功能強，可靠性高，適用于不同控制要求的各種控制對象等優點，其工作原理，設計和使用方法為電氣和機電類專業必修課程的學習內容。 本設計涉及的內容有：步進電動機的硬件驅動過程、五相十拍步進電動機的 PLC 軟件實現等。通過對硬件軟件的結合，從而實現電動機的正反轉控制。PLC 是現代工業自動控制的一種通用計算機,但其工作方式與微機控制系統不同，與繼電接觸器控制系統也有本質的不同。PLC 應用系統設計包括硬件設計和軟件設計兩個方面。 關鍵詞：關鍵詞：步進電動機;PLC 軟件設計;PLC 硬

2、件設計 目 錄1 緒論 .51.1 可編程控制器 .51.1.1 PLC 的工作原理.51.1.2 可編程序控制器的組成.61.1.3 可編程序控制器的特點.71.1.4 可編程控制器的應用.81.2 步進電動機.91.2.1 步進電機概述 .91.2.2 步進電動機的特點.91.2.3 步進電動機的基本原理及步距角的計算 .91.2.4 步進電動機的動態指標及術語 .102 軟件設計 .112.1 西門子 S7-200 介紹 .112.1.1 CPU22X 型的選擇.112.1.2 S7-200 元件的介紹.122.2 五相十拍步進電動機的 PLC 設計過程 .132.2.1 五相十拍步進電

3、動機的控制要求 .132.2.2 PLC 外部接線圖.142.2.3 I/O 地址分配表.152.2.4 程序設計 .163 硬件設計 .203.1 環形分配器.213.2 功率放大器.22結 束 語 .23參考文獻 .24 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 1 1 緒論緒論1.11.1 可編程控制器可編程控制器1.1.11.1.1 PLCPLC 的工作原理的工作原理PLC 英文全稱 Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏

4、輯運算,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種機械或生產過程。一般來說，PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖 1-1 所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執行、輸出刷新等所有時間的總和。 圖 1-1 可編程控制器的掃描周期1.1.21.1.2 可編程序控制器的組成可編程序控制器的組成 可編程序控制器硬件由中央處理器、電源、輸出組件、輸入組件、輸入輸出、編程器六部分構成: 中央處理器（ Central Processor Unit 簡稱 CPU）：它是可編程序控制器的 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 2心臟部分。C

5、PU 由微處理器（Microproce-ssor）存儲實際控制邏輯的程序存儲器和存儲數據、變量的數據儲器構成。 電源 （Power Supply）：給中央處理器提供必需的工作電源。 輸入組件（Inputs）：輸入組件的功能是將操作開關和現場信號送給中央處理器。現場信號可能是開關量、模擬量或針對某一特定目的使用的特殊變量。 輸出組件（Outputs）：輸出組件接收 CPU 的控制信號，并把它轉換成電壓或電流等現場執行機構所能接收的信號后，傳送控制命令給現場設備的執行器。 輸入輸出（簡稱 I/O）是可編程序控制器的“手”和“腳”或者叫作系統的“眼睛”和“視覺” 。輸入信號包括按扭開關、限位開關、接

6、近開關、光電傳感器、熱電偶、熱電阻、位置檢測開關和編碼器等。輸出信號包括繼電器、指示燈、顯示器、電機啟動等直流和交流設備。 編程器（Programmer）：在正常情況下，編程器用于系統初始狀態的配置，控制邏輯程序編制和加載，不能對系統操作。編程器也可用于控制程序的調試和控制系統故障時作為檢查故障的有效工具。1.1.31.1.3 可編程序控制器的特點可編程序控制器的特點現代工業生產是復雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。可編程序控制器一經出現就受到了廣大工程技術人員的歡迎。它的主要特點如下： （1）抗干擾能力強，可靠性高 微機雖然具有很強的功能，但抗干擾能力差，工業現場的電磁干擾，電源波動，機

7、械振動，溫度和濕度的變化，都可以使一般通用微機不能正常工作。而 PLC 在電子線路、機械結構以及軟件結構上都吸取生產廠家長期積累的工業控制經驗，主要模塊均采用大規模與超大規模集成電路，I0 系統設計有完善的通道保護與信號調理電路；在結構上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有精確考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用數字濾波等抗干擾和故障診斷措施；所有這些使 PLC 具有較高的抗干擾能力。PLC 的平均無故障時間通常在幾萬小時以上，這是一般微機不能比擬的。 繼電器接觸器控制系統雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸點，使設備連線復雜，且觸點在開閉時易受電弧的損害，壽命短

8、，系統可靠性差。而PLC 采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和繁雜連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。 （2）控制系統結構簡單，通用性強 PLC 及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統。在 PLC 構成的控制系統中，只需在 PLC 的端子上接入相應的輸入輸出信號線 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 3即可，不需要諸如繼電器之類的物理器件和大量而又繁雜的硬接線線路。當需要變更控制系統的功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個 PLC 裝置用于不同的控制對象，只是輸入輸出組件和應用軟件的不同。PLC 的輸入

9、輸出可直接與交流 220 V，直流 24V 等強電相連，并有較強的帶負載能力。 （3）編程方便，易于使用 PLC 是面向用戶的設備，PLC 的設計者充分考慮到現場工程技術人員的技能和習慣。PLC 程序的編制，采用梯形圖或面向工業控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝知識的人員都可在短時間學會。（4）功能完警 PLC 的輸入輸出系統功能完善，性能可靠，能夠適應于各種形式和性質的開關量和模擬量的輸入輸出。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現定時、計數、鎖存、比較、跳轉和強制 I/O 等諸多功能，不僅具

10、有邏輯運算、算術運算、數制轉換以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監控、打印及報表生成功能。此外，它還可以和其他微機系統、控制設備共同組成分布式或分散式控制系統，還能實現成組數據傳送、矩陣運算、閉環控制、排序與查表、函數運算及快速中斷等功能。因此 PLC 具有極強的適應性，能夠很好地滿足各種類型控制的需要。1.1.41.1.4 可編程控制器的應用可編程控制器的應用隨著計算機技術的迅猛發展及元器件成本大幅度下降，PLC 的性能價格比以前大大提高，其應用范圍也日益廣泛。如今，PLC 已經在電力、紡織、機械、汽車制造、造紙、鋼鐵、食品、輕工、化工、公用事業等領域得到廣泛使用。PLC 的應用可

11、以劃分如下類型。（1） 順序控制及時序控制從 PLC 誕生之日起，順序控制和時序控制就是 PLC 最基本的功能，并取代了傳統的繼電器控制回路。如今，PLC 仍在這一領域發揮著氣無可比擬的優越性。（2）過程控制現在的 PLC 系統在軟件硬件上提供了一系列措施，使用戶可以方便地實現回路控制，如現在廣泛使用的 PID 控制功能。許多 PLC 在硬件上提供了 PID 調節智能模塊，這種模塊可以獨立實現 PID 調節功能；在軟件上，許多 PLC 提供了 PID 算法功能塊，通過軟件功能塊及模擬量輸入/輸出模塊，也可實現 PID 控制功能。（3） 運動控制 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 4隨著工

12、廠自動化的日趨發展，PLC 的運動控制功能也日益完善。借助其運動控制模塊、驅動器、伺服電動機等，PLC 可以方便地實現裝配、輸送、存放及取回、材料移動、成型等自動控制功能，甚至可以完成一些復雜的仿行功能。（4） 數據處理現在的 PLC 指令系統不僅可以實現傳統的邏輯運算及整數四則運算，還可以實現 32 位浮點復雜運算、ASCII 碼讀寫、矩陣處理、數據傳送、移位、數據檢索、BCD 及二進制碼的相互轉換，工程量轉換等各項功能。（5） 網絡通信為了實現 PLC 與遠程之間、PLC 之間、PLC 與上位機之間及 PLC 與第三方產品之間的聯系，PLC 的網絡通信功能已得到飛速發展，各 PLC 廠家都

13、開發了自己的工業控制網絡，如美國 A-B 公司 PLC 使用的 DH+網、美國 MODICON PLC 使用的 MB+網、德國SIEMENS PLC 使用的 SINEC1.21.2 步進電動機步進電動機1.2.11.2.1 步進電機概述步進電機概述 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（稱為“步距角” ） ，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特

14、種電機，利用其沒有積累誤差（精度為 100%）的特點，廣泛應用于各種開環控制。1.2.21.2.2 步進電動機的特點步進電動機的特點 步進電機具有控制簡便、定位準確等特點。隨著科學技術的發展,在許多領域將得到廣泛的應用。鑒于傳統的脈沖系統移植性不好,本文提出微機控制系統代替脈沖發生器和脈沖分配器,用軟件的方法產生控制脈沖,通過軟件編程可以任意設定步進電機的轉速、旋轉角度、轉動次數和控制步進電機的運行狀態。以簡化控制電路,降低生產成本,提高系統的運行效率和靈活性。在此基礎上提出了雙三拍步進電機程序控制的硬件接口電路、程序流程圖和匯編程序。1.2.31.2.3 步進電動機的基本原理及步距角的計算步

15、進電動機的基本原理及步距角的計算(1).步進電機的基本原理:步進電機作為執行元件，是機電一體化的關鍵產品之一, 廣泛應用在各種自動化控制系統中。隨著微電子和計算機技術的發展，步進電 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 5機的需求量與日俱增，在各個國民經濟領域都有應用。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機可以

16、作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為 100%)的特點，廣泛應用于各種開環控制。現在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（VR） 、永磁式步進電機（PM） 、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為 7.5 度 或 15 度；反應式步進電機一般為三相，可實現大轉矩輸出，步進角一般為 1.5 度，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產生轉矩。混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為 1.8 度而五相步進角一般為 0.72 度

17、。這種步進電機的應用最為廣泛，也是本次細分驅動方案所選用的步進電機。(2）步距角的計算步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速） 。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有 0.36 度/0.72 度（五相電機） 、0.9 度/1.8 度（二、四相電機） 、1.5 度/3 度 （三相電機）等。 步距角的大小和通電方式、轉子齒數、定子勵磁繞組的相數的關系：=360/mZK=0.3621005360m步進電機的相數；Z轉子齒數；取 Z=100K通電方式系數；K=拍數/相數=10/5=2所以五

18、相步進電動機采用的步距角為 0.36/0.72。1.2.41.2.4 步進電動機的動態指標及術語步進電動機的動態指標及術語(1) 步距角精度： 步進電機每轉過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。 (2) 失步： 電機運轉時運轉的步數，不等于理論上的步數。稱之為失步。 (3) 失調角： 轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產生的誤差，采用細分驅動是不能解決的。 (4) 最大空載起動頻率： 電機在某種驅動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 6(5) 最大空載的運行

19、頻率： 電機在某種驅動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。 (6) 運行矩頻特性： 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據。如下圖所示： 其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。 電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態力矩卻不然，電機的動態力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。 如下圖 1-2-1 所示： 其中，曲線 3 電流最大、或電壓最高;曲線 1 電流最小、或電壓最低，曲線與負載的交點為負載的最大速度點。 要使平均電流大，盡

20、可能提高驅動電壓，使采用小電感大電流的電機。 圖 1-2 步進電動機的矩頻特性(7) 電機正反轉控電動機的矩頻特性制：當電機繞組通電時序為 ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB為正轉，通電時序為 ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB 時為反轉。2 軟件設計軟件設計2.12.1 西門子西門子 S7-200S7-200 介紹介紹本設計以西門子公司的 S7-200 系統小型 PLC 為主要講述的。S7-200 以其極高的性能價格比，在國內占有很大的市場份額。S7-200 適用于各種各業的檢測、監測及控制的自動化，無論獨立運行或連成網絡，都能實現復雜的控制功能。 五相十拍步

21、進電動機控制程序的設計與調試 72.1.12.1.1 CPU22XCPU22X 型的選擇型的選擇 CPU22X 型 PLC，具有兩種不同的電源供電電壓，輸出電路分為繼電器輸出和晶體管直流輸出兩大類。CPU22X 系列 PLC 可提供 4 個不同型號的 I/O 種基本單元 CPU供用戶選用，型及參數如表 2-1 所示。表 2-1 CPU22X 系列 PLC 的類型及參數CPU22X 型類型電源電壓輸入電壓輸出電壓輸出電流直流輸入直流輸出24V 直流24V 直流24V 直流0.75A,晶體管CPU221直流輸入繼電器輸出85264V 交流24V 直流24V 直流24230V 交流2A，繼電器直流輸

22、入直流輸出24V 直流24V 直流24V 直流0.75A,晶體管CPU222CPU224CPU226CPU226XM直流輸入繼電器輸出85264V 交流24V 直流24V 直流24230V 交直流2A，繼電器CPU221 集成 6 輸入/4 輸出共 10 個數字量 I/O 點，無 I/O 擴展能力，6KB 程序和數據存儲器空間。CPU222 集成 8 輸入/6 輸出共 14 個數字量 I/O 點，可連接 2 個擴展模塊，最大擴展至 78 路數字量 I/O 或 10 路模擬量 I/O 點，6KB 程序和數據存儲空間。CPU224 集成 14 輸入/10 輸出共 24 個數字量 I/O 點，可連接

23、 7 個擴展模塊，最大擴展至 168 路數字量 I/O 或 35 路模擬量 I/O 點，13KB 程序和數據存儲空間。CPU226 集成 24 輸入/16 輸出共 40 個數字量 I/O 點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數字量 I/O 或 35 路模擬量 I/O 點，13KB 程序和數據存儲空間。根據以上本設計應采用 CPU224 系列。2.1.22.1.2 S7-200S7-200 元件的介紹元件的介紹 1、基本位操作指令 PUC 運行掃描到觸點符號時，到觸點位地址指定的存儲器位訪問，該位數據狀態為 1 時，觸點為動態，即“合觸點閉合，動合觸點斷開” ；數據狀態為 0 時，

24、觸點為常態，即“動合觸斷開，動斷觸點閉合” 。當邏輯運算結果為 1 時，能量流可以到達線圈，使線圈通電，CPU 將線圈位地址指定的存儲器位置 1；當邏輯運算結果為 0 時，線圈不通電，存儲器位置置 0。基本位操作指令格式及功能如表 2-2 所示。 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 8表 2-2 基本位操作指敘的格式及功能LADSTL功能LD BIT LDN BITA BIT AN BITO BIT ON BIT=BIT 用于網絡段起始的動合/動斷觸點動合/動斷觸點串聯，邏輯與/與非指令動合/動斷觸點并聯，邏輯或/或非指令線圈輸出，邏輯置位指令 2、邊沿觸發指令邊沿觸發是指用邊沿觸發信號產

25、生一個機器周期的掃描脈沖，通常用作脈沖整形。邊沿觸令分為正跳變觸發（上升沿）和負跳變觸發（下降沿）兩大類。正跳變觸發指輸入脈沖的上升沿使觸點閉合（ON）一個掃描周期。負跳變觸發指輸入脈沖的下降沿使觸點閉合（ON）一個掃描周期。邊沿觸發指令格式及功能如表 2-3 所示。表 2-3 邊沿觸發指令格式及功能LADSTL功能、注釋EU(Edge Up)正跳變，無操作元件ED(Edge Down)負跳變，無操作元件 3、通電延時定時器指令 使能端（IN）輸入有效時，定時器開始計時，當前值從 0 開始遞增，大于或等于預置值（PT）時，定時器輸出狀態位置 1（輸出觸點有效） ，當前值的最大值為32767。使

26、能端無效（斷開）時，定時器復位（當前值清零，輸出狀態位置 0） 。通電延時定時器指令格式及功能如表 2-4 所示。表 2-4 通電延時定時器指令格式及功能LADSTL功能、注釋 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 9TON通電延時型 5、增計數器指令 增計數器指令在 CU 端輸入脈沖上升沿，計數器的當前值增 1 計數。當前值大于或等于預置值（PV）時，計數器狀態位置 1。當前值累加的最大值為 32767。復位輸入（R）有效時，計數器狀態復位（置 0） ，當前計數值清零。增計數器指令格式及功能如表 2-5 所示。表 2-5 增計數器指令格式及功能LADSTL功能CTU（Counter Up）

27、增計數器2.22.2 五相十拍步進電動機的五相十拍步進電動機的 PLCPLC 設計過程設計過程 PLC 應用系統軟件設計的主要內容就是編寫 PLC 用戶程序。設計步驟包括分析控制要求，確定控制方案、I/O 地址分配表、PLC 外部接線圖、程序設計、系統調試等。2.2.12.2.1 五相十拍步進電動機的控制要求五相十拍步進電動機的控制要求(2) 用五個開關控制其工作：1 號開關控制其運行（啟/停）2 號開關控制其低速運行（轉過一個步距角需 0.5s）3 號開關控制其中速運行（轉過一個步距角需 0.1s）4 號開關控制其低速運行（轉過一個步距角需 0.03s）5 號開關控制其轉向（ON 為正轉，O

28、FF 為反轉）(3) 設有五臺電動機作順序循環控制，控制時序圖如圖 2-7 所示。(4) 設有四臺電動機作順序循環控制，控制時序圖如圖 2-8 所示。 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 10圖 2-7 五臺電動機順序循環控制 圖 2-8 四臺電動機順序循環控制2.2.22.2.2 PLCPLC 外部接線圖外部接線圖PLC 外部接線圖的輸入輸出設備、負載電源的類型等的設計就結合系統的控制要求來設定。步進電動機采用五相十拍控制外部接線圖如圖 2-9 所示。步進電動機采用單相控制外部接線圖如圖 2-10 所示。 圖 2-9 步進電動機采用五相十拍控制 圖 2-10 步進電動機采用單相控制外部接

29、線圖 外部接線圖 2.2.32.2.3 I/OI/O 地址分配表地址分配表根據 PLC 外部接線圖可以列寫出電器元件符號及功能說明表和 I/O 地址分配表，見表 2-11。這直觀地描述了外部信號與 PLC 接線端子的關系。I/O 地址分配表如表 2-12。表 2-11 電器元件符號及功能說明表序號符號功能描述序號符號功能描述1K1啟/停開關7AA 繞組2K20.5s 低速運行開關8BB 繞組 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 113K30.1s 中速運行開關9CC 繞組4K40.03s 低速成運行開關10DD 繞組5K5控制轉向開關11EE 繞組6K6運行控制開關12KM1一號電機13K

30、M2二號電機14KM3三號電機15KM4四號電機16KM5五號電機序號符號功能描述序號符號功能描述1I0001啟動按鈕3KM1一號電機2I0002停止按鈕4KM2二號電機5KM3三號電機6KM4四號電機表 2-12 I/O 地址分配表輸入輸出K1I0.0AQ0.0K2I0.1BQ0.1K3I0.2CQ0.2K4I0.3DQ0.3K5I0.4EQ0.4K6I0.5KM1Q0.5KM2Q0.6KM3Q0.7KM4Q1.0KM5Q1.1輸入輸出SB1I0.0KM1Q0.0SB2I0.1KM2Q0.12.2.42.2.4 程序設計程序設計(1) 五相十拍步進電動機的拍數實現梯形圖如圖 2-13 所示。

31、低速 0.5s 時所采用的定時器從 T37T46。 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 12中速 0.1s 時所采用的定時器從 T47T56。低速 0.03s 時所采用的定時器從 T57T63、T101T103。 圖 2-13 五相十拍步進電動機的拍數實現梯形圖 (2) 五臺電動機采用五相十拍作順序循環控制如圖 2-15 所示。電機的工作過程如圖 2-14 所示。定時器從 T104T107。圖 2-14 電動機的工作過程 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 13圖 2-15 五臺電動機采用五相十拍作順序循環控制(3) 四臺電動機采用單相作順序循環控制如圖 2-16 所示。 五相十拍步進

32、電動機控制程序的設計與調試 14 圖 2-16 四臺電動機采用單相作順序循環控制3 硬件設計硬件設計步進電機控制系統的結構圖如圖 3-1 所示。主要由 PLC 控制器、步進電動機驅動器及步進電機組成。步進電動機的五相十拍控制由軟件實現，而步進電動機驅動器及步進電動機由硬件設計。 圖 3-1 步進電動機控制系統的結構圖 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 15步進電動機的驅動器包括環形分配器和功率放大器組成。控制系統中 PLC 用來產生控制脈沖;通過 PLC 編程輸出一定數量的方波脈沖，控制步進電機的轉角進而控制進給量;同時通過編程控制脈沖頻率既控制進給速度;環行脈沖分配器將可編程控制器輸出

33、的控制脈沖按步進電機的通電順序分配到相應的繞組。采用硬件環行分配器，雖然硬件結構稍微復雜些，但可以節省占用 PLC 的 I/O 口點數，步進電機功率放大器將 PLC 輸出的控制脈沖放大到幾十上百伏特、幾安十幾安的驅動能力。一般 PLC 的輸出接口具有一定的驅動能力，而通常的晶體管直流輸出接口的負載能力僅為十幾幾十伏特、幾十幾百毫安。但對于功率步進電機則要求幾十上百伏特、幾安十幾安的驅動能力，因此應該采用放大器對輸出脈沖進行放大。進給方向控制即步進電機的轉向控制。步進電機的轉向可以通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉向;如五相步進電機通電順序為ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEAB

34、AB 時步進電機正轉;當繞組按ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB 順序通電時步進電機反轉。因此可以通過 PLC 輸出的方向控制信號改變硬件環行分配器的輸出順序來實現，或經編程改變輸出脈沖的順序來改變步進電機繞組的通電順序實現。開環步進電動機控制系統圖如圖 3-2 所示。五相十拍步進電動機的驅動電路如圖 3-3 所示。通過環形分配器和功率放大器共同完成步進電機的驅動。 圖 3-2 開環步進電動機控制系統圖 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 16圖 3-3 五相十拍步進電動機的驅動電路3.13.1 環形分配器環形分配器 環形分配器又稱脈沖分配器，它接收控制脈沖和方向信號，并按

35、步進電動機的分配方式要求的狀態順序產生各相控制繞組導通或截止的信號，實現對脈沖按分配方式進行分配送到功率放大器。五相十拍環形分配器電路圖如圖 3-4 所示。圖 3-4 五相十拍環形分配器電路圖CP 是進給脈沖， 和 分別代表了進給脈沖是正方向還是負方向。 為高電平時，代表 CP 進給脈沖為正方向； 為高電平時，代表 CP 是反方向進給脈沖，兩者不會同時到來。 對于五相步進電機，五相十拍的通電順序為: ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABABABC按照五相十拍步進電機的通電方式和通電順序，列出控制定子繞組通、斷電的真值表，如表 3-5 所示。根據真值表，如果采用上一拍的通電狀態作為下一拍通電狀態的控制條件，可寫出邏輯式為： 五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試 17正轉時 反轉時 表 3-5 五相十拍環形分配器真值表按上述邏輯式再分別考慮到進給方向，可設計出該五相十拍