1、摘要目前世界上發達國家生產和使用地數量日益增多，它作為工業控制器廣泛地應用于冶金生產、汽車制造、石油化工、輕工食品、能源、交通等幾乎所有工業領城.其控制方法也從簡單地單機開關量控制向過程控制、數字控制和多機網絡控制方向發展.傳統電器控制，使用最多地電器是繼電器，而且繼電器控制采用固定接線，很難適應產品機型地更新換代.生產線承擔地加工對象改變后， 加工控制程序隨之改變要求.對于大型自動化生產線地控制系統使用地繼電器數很多， 這些有觸點地電器工作頻率較低，在頻繁動作地情況下，壽命較短，容易造成系統故障，使生產運行地可靠性、穩定性降低.使用比可編程控制器實現三相六拍步進電機馭動，可使步進電機動作地抗

2、干擾能力強、可靠性高，同時,由于實現了模塊化結構，使系統構成十分靈活，而且編程語言簡單易學，便于掌握.可以進行在線修改，柔性好，體積小，維修方便.步進電動機具有快速起停、精確步進和定位等特點，所以常用作工業過程控制及儀器儀表地控制元件.目前， 比較典型地控制方法是用單片機產生脈沖序列來控制步進電機.但采用單片機控制， 不僅要設計復雜地控制程序和 I/O 接口電路，實現比較麻煩，而且對工業現場地惡劣環境適應性差，可靠性不高.基于 PLC 控制地步進電機具有設計簡單，實現方便，定位精度高，參數設置靈活等優點，在工業過程控制中使用，可靠性高，監控方便.b5E2R下面介紹一種基于 PLC 地步進電動機

3、 PTO 控制地方法.目錄摘要 1第一章步進電動機 3p1Eair1.1步進電機基礎 3DXDK1.1.1步進電機地主要特性 3RTCrp1.1.2三相六拍步進電機 45PCzV第二章三相六拍步進電動機控制程序地設計 6jLBHr。2.程序設計地基本思路 6xHAQX.1 三相六拍步進電機地控制要求 6LDAYt.2 控制程序框圖及軟件模塊 6Zzz6Z。2.梯形圖程序設計 7dvzfv。.1 輸入慚出編址 7rqyn1。.2 狀態真值表 7Emxvx3 梯形圖程序 8SixE2。2.4 三相六拍步進電機控制語句表 126ewMy2.5 步進電機地 I/O 分配 13kavU4。第三章 14y

4、6V3A。3.1 程序地分析與比較 14M2ub61.0 簡捷性 140YujC2 柔性化 14eUts8。2.1 步進速度地變化 14sQsAE2.2 從三相六拍到五相十拍 15GMsIa第四章總結 16TIrRG。參考文獻 167EqZOo第一章步進電動機1.1 步進電機基礎步進電動機主要用于開環控制系統，也可用于閉環控制系統.步進電動機是一種將電脈沖信號變換成相應地角位移或直線位移地機電執行元件.lzq7I。1.1.0 步進電機地主要特性(1)步距角和靜態步距誤差：步進電機地步距角 a 是決定開環伺服系統脈沖當量地重要參數，數控機床中常見地反應式步進電機地步距角一般為 0.500.3一般

5、情況下，步距角越小，加工精度越高，靜態步距誤差指理論地步距角和實際地步距角之差，以分表示，一般在 10以內.步距誤差主要由步進電機齒距角制造誤差、定子和轉子間氣隙不均勻、各相電磁轉矩不均勻等因素造成地，步距誤差直接影響工作地加工精度以及步進電機地動態特性.zvpgeo(2)動頻率 fd:空載時，步進電機由靜止突然啟動，并進人不丟步地正常運行所允許地最高頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率用 fd 表小，若啟動頻率大于突跳頻率，步進電機就不能正常啟動，fd 與負載慣量有關，一般說來隨著負載慣量地增長而下降.空載啟動時，步進電機定子繞組通電狀態變化地頻率不能高于突跳頻率.NrpoJ。(3)連續運行地最高工

6、作頻率 fmax,步進電機連續運行時，它所能接受地， 即保證不丟步運行地極限頻率 fmax 稱為最高工作頻率.它是決定定子繞組通電狀態最高變化頻率地參數，它決定了步進電機地最高轉速.其值大于 fq,并且隨著負載地性質和大小而異.1nowf。(4)加減速特性：步進電機地加減速特性是描述步進電機由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止地加減速過程中，定子繞組通電狀態地變化頻率與時間地關系.當要求步進電機啟動到大于突跳頻率地工作頻而停止時，變化速度必須逐漸下降.逐漸上升和逐漸下降地加速時間、減速不能過小，否則會出現失步或超步.我們用加速時間常數來描述步進電機地升速和降速特性見圖1fFL。H1(5)矩頻特性

7、與動態轉矩，矩頻特性 M=F(f),圖 1.2 是描述轉矩一頻率關系地曲線，該特性曲線上每一個頻率對應地轉矩稱為動態轉矩.可見，動態轉矩隨連續頻率地上升或下降.tfnNh。上述步進電機地主要特性除第一項外，其余均與電源有很大關系.驅動電源性能好,步進電機地特性可能得到明顯改善.HbmVNMd(Nm)圖 1.2 轉矩一順率特性曲線.1.1 三相六拍步進電機三相六拍步進電機是一典型單定子、徑向分相、反應式伺服電機.其結構原理圖如圖 3 所示.它與普通電機一樣，分為定子和轉子兩部分，其中定子又分為定子鐵芯和定子繞組.定子鐵芯由電工鋼片疊壓而成.定子繞組繞制在定子鐵芯上，六個均勻分布齒上地線圈，在直徑

8、方向上相對地兩個齒上地線圈串聯在一起，構成一相控制繞組.三相步進電機可構成三相控制繞組，若任一相繞組通電，便形成一組定子磁極，其方向即圖 1.3 中所示地 N 敢.在定子地每個磁極上，即定子鐵芯上地每個齒上開了五個小齒，齒槽等寬，齒間夾角為 9。，轉子上沒有繞組，只有均勻分布地個 40 小齒，齒槽也是等寬地齒問夾角也是，與磁極上地小齒一致.此外，三相定子磁極上地小齒在空間位置上依次錯開 1/3 齒距，如圖 1.4 所示.當月目磁極上地小齒與轉子上地小齒對齊時，B相磁極上地齒剛好超前或滯后轉子齒輪1/3齒距角,C 相磁極齒超前或滯后轉子齒 2/3 齒距角.V7l4jo三相六拍步進電機地工作原理激

9、磁式如圖 1.3，當 Affi 繞組通電時，轉子地齒與定子 AA1 地齒對齊.若 Affi 斷電，B 相通電，由于磁力地作用，轉子地齒與定子 BBh 地齒對齊，轉子沿順時針方向轉過 3,如果控制線路不停地按ABCA地循環順序控制步進電機繞組地通電、斷電，步進電機地轉子便不停地順時針轉動，這是三相三拍.而當 ABB時通電時，由于兩個滋力地作用，定子繞組地通電狀態每改變一次，轉子轉過 1.5,原理與三相三拍相同，從而形成三相六拍，其通電順83版。序為：?A*AC*CI?ACYYBABTBC第二章三相六拍步進電動機控制程序地設計2.1 程序設計地基本思路在進行程序設計時， 首先應明確對象地具體控制要

10、求.由于 CPW 程序地串行2更子鐵芯3.轎子鐵芯4A相磁通 g圖 1.3 單定子徑向分相反應式伺服步進電機結構原理圈圖 1.4 步進電機齒矩掃描工作方式，會造成輸人偷出地滯后，而由掃描方式引起地滯后時間，最長可達兩個多掃描周期_1J,程序越長，這種滯后越明顯，則控制精度就越低.因此，在實現控制要求地基礎上，應使程序盡量簡捷、緊湊.另一方面，同一個控制對象，根據生產地工藝流程地不同，控制要求或控制時序會發生變化，此時，要求程序修改方便、簡單，即要求程序有較好地柔性.以 SIMATI%位指令為步進控制地主體進行程序設計，可較好地滿足上述設計要求.mZkkl。.1 三相六拍步進電機地控制要求對三相

11、六拍步進電機地控制，主要為兩個方面：三相繞組地接通與斷開順序控制以及步進速度地控制.即：正轉順序：A-AB-B-BC-C-CA-A;反轉順序：AAC-C-CB-B-BA-A 以及每個步距角(每個箭頭)地行進速度.圍繞這兩個主要方面，可提出具體地控制要求如下：AVktRo(1)可正轉起動或反轉起動；(2)運行過程中，正反轉可隨時不停機切換；(3)步進兩種速度可分為高速(0.05S)、低速(0.5s)兩檔,并可隨時手控變速；(4)停止時，應對移位寄存器清零，使每次起動均從 At 目開始.2.1.2 控制程序框圖及軟件模塊由上述具體控制要求，可作出步進電機在起動運行時地程序框圖，如圖 1 所示.以工

12、作框圖為基本依據，結合考慮控制地具體要求，首先可將梯形圖程序分成4 個模塊進行編程，即模塊 1:步進速度選擇；模塊 2:起動、停止和消零；模塊 3:移位步進控制功能模塊；模塊 4:A、RCE 相繞組又 t 象控制.然后，將各模塊進行連接，最后經過調試、完善、實現控制要求.ORjBn圖 2.1 步進電機控制程序流程圖2.2 梯形圖程序設計2.2.1 輸入慚出編址控制步進電機地各輸入開關及控制 A、RCE 相繞組工作地輸出端在 PLC 中地 I/OS 址如表 2.1 所示.表 2.1 輸入與輸出編址輸入端輸出端10.0步進電機正轉啟動按鈕Q0.0控制A相繞組10,1步進電機反轉啟勵按鈕Q0.1控制

13、B相繞組10.2停止及清零按鈕Q0.2控制C相繞組IL0低速開關(1)11.1高速開關(2)2.2.2 狀態真值表采用移位指令進行步進控制.首先指定移位寄存器MB0按照三相六拍地步進順序,移位寄存器地初值見表 2.2.2MiJT。表 2.2 移位寄存器初值 1M0.5MO.4MO.3MO.2MCE1MO.0100000每右移 1 位，電機前進一個步距角（一拍），完成六拍后重新賦初值.其中 MO6和 MO7 始終為“0”.據此，可作出移位寄存器輸出狀態及步進電機正反轉繞組地狀態真值表，如表 2.3 所示.從而得出三相繞組地控制邏輯關系式：giiSp。正轉時用目 QO,0=MO5+MO4+MO0B

14、 相 QO.1=MO4+MO3+MO2CffiQO.2=MQ2+MO1+MO0反轉時用目 QO.0=MO5+MO4+MO0B 相 QO.1=MO2+MO1+MO0CffiQO.2=MO4+MO3+MO2表 2.3 移位寄存器輸出狀態及步進電機繞組狀態真值表移位寄存揩MBO正轉反轉MO.5MO.4MO.3iM0?2MO.1MOOABcABc0000000000001000001001O001000o11010100100oQ1010100010o011011o0001o01010000001I01I103 梯形圖程序根據程序模塊及三相繞組地控制邏輯關系，即可編寫出梯形圖控制程序如圖2 所示.其中

15、 Network13 對應模塊 1;Network46 對應模塊 2；Network712 對應模塊 3;Networkl316 對應模塊 4.uEh0u必須注意，在進行各模塊地連接時，應充分考慮各模塊功能之間地聯鎖關系、CP 中行掃描地工作方式對各指令執行結果地影響以及可隨時進行正反轉切換和步進變速地要求.經過調試、運行，該程序完全滿足控制要求.IAg9q。Network.111.011.1MOVWENENOINOUT ?VWWONetwork.2高速11.0MOVWENENOINOUT ?VWWONetwork.3正轉M1.0Network4Symbcil|口比入iCommentNetwo

16、rk8Networilk9T33JISHR?BEHENOINOUTNS|11MBO?1-J-MBONetwork10匚口CUCTTU-RG-PVHin-twnrkFM0( (V?8ENENOINOUT2m口OOM?MBOT33M2.01INTONYW100=PT1ITl3M1.0M2.0Ne?tworlkII3Network14圖 2.1 步進電機梯形圖控制程序022.4 二相六拍步進電機控制語句表LDILO*LDT33kEI；口SRBMBO,1，ANH.hLDT33(YOVW50,VWKXbM2.0,LDH.hLDM2.0，EUPLDCO*ANIL0+0IO.2-MOVW5,VW100.CT

17、CCO,5LD10.0.LDMO.30ML0.0MO.4,AN10.%0MO.0.AN10.2a00。ML0+LDMO.專LD100MO.3.0MLL0MO.2AN10,0.ANMl.1AN10.2%LDMO.2、ML10MO.1LDIO.2a0MO.0,ANML0+ANML0，ANMl.1OLD.，MOVE0,MBOQO.IPLDML0.LDMO.4.0Ml.L0MO.3+EU*0MO.2.0caMOVE28100000,MBOPLDCQANML0 M3.0LDMO.2LDMl.0*0MO.L0Ml.L-0MO。ANM2.0*ANJILLAN10.2*OLD,TONT33,VW100.1-Q

18、0.2.J2.5步進電機地I/朋配瑜入端輸出端步掂電機正轉啟動技鐺二血萬二空制林目統組I1步進電機反轉啟動按鈕Q0.11空翻B相繞組私2停止及清零按鈕Q0.2控制C相繞組ILQ插速開關Q）IL1高速開關（2）第三章3.1 程序地分析與比較圖 2.2 硬件連接線路圖LLL2I.S圖 2.3 三相電動機控制電路1.0 簡捷性如前所述,步進電機地控制程序設計,可有多種方法，比如,用 SIMATIC 顧控指令（SCRSCRTSCR 朗程,程序沒有復雜地邏輯關系,設計比較方便，但由于每一次步進切換都須經過對狀態地開始、轉換和結束處理，會令程序地網絡數大大增加；或可用許多地定時器實現各步距角地時間控制，以

19、及變速時問問隔地設置等，則程序冗長、松散；也可以用定時器結合比較指令控制各步進時段，但會使各網絡變得復雜，彼此之間地邏輯關系不甚清晰，程序也會比較長.比如，僅作兩WwghW檔轉速控制，程序便需約 20 個網絡，若再以加法、減法指令配合對兩檔轉速進行調速，則程序還要增加 34 個網絡；有地程序甚至可達約 30 個網絡，而以移位指令作為步進控制地主體編程，獲得地程序簡捷、清晰，僅需 15 個網絡即可實現，且程序模塊間地邏輯關系十分明確.asfps。2 柔性化2.1 步進速度地變化以移位指令作為步進控制主體編程地另一長處， 就是程序地柔性好， 非常容易修改.在 1.1 中提孫：對步進電機地控制主要是

20、兩個方面，三相繞組接通、斷開地順序控制和步進速度地控制.前者一般不變，而后者卻可多變.比如，本文例子中，如果要求電機在運行過程中步進速度可任意加、減，而不是僅有三檔速度，此時任何變速實際上只是改變移位指令地執行速度，即改變移位脈沖地發生周期（VWl00），其他所有網絡均可不變.所以，只需將程序模塊 1”步進速度選擇（Network13）”作如下修改便可實現，如圖 3 所示.ooeyY。圖 3.1 程序模塊 1 地修改其中，原低速開關 I1.0 變為步進基速賦值開關(Networkl)；原中速開關I1.1 變為減速開關，每次I1.1 從“0”一“1”，步進速度減慢 0.01s,即以加法指令實現轉

21、過每步距角所需時間增加 0.01s(Network2)；原高速開關I1.2 變為加速開關，每次 I1.2 從“0”一“1”，經減法指令使轉過每步距角所需時間減少 0.01s(Network3),每次加速或減速地幅度可按需要任意修改設定.而如果用其他方法編程，比如以定時器、比較指令等編程，則每變化一次速度,所有地定時器和比時段都須作出相應地調整，為程序修改帶來不便.BkeGu3.2.2 從三相六拍到五相十拍如果控制對象為五相十拍地步進電動機，則依據三相六拍地編程思路，只需在模塊 3 中，將 8 位(字節)移位寄存器改為16 位(字)移位寄存器.比如：取寄存器 MW3=MB3+MB4 初值見表 3

22、.1.PgdO0表 3.1 移位寄存器初值B.7M3.5N3.5 騰/M3.3N3.2H3.1 心。M.7REm5UAH.3 也 2KIM.00rfl001000J0000移位指令相應由“SHIR-B”修改為“SHR-w”，然后根據五相十拍步進電動機地工作順序：正轉 ABC-BCBCD)-CDCDJDJDEAEAEABABABCcdXw反轉ABC-BABAIAEAEAED 一H)CDCD(1BCBCBAh8c52。作出移位寄存器輸出狀態及步進電機繞組狀態真值表，得出五相繞組控制邏輯關系式，最后，在模塊 4(對象控制)中增加控制對象 D 百口修改控制邏輯關系，便可非常方便地完成五相十拍地梯形圖控

23、制程序.v4bdy。另外，需注意，在修改程序時，圖 2 中 Network6 和 Network7 地傳送指令亦應相應地改為字傳送指令MO-w(Mw3)以及 Networkl2 計數器指令地PT相應改為 10.J0bm4第四章總結(1)本設計地控制系統是通過 PLC4 高速脈沖輸出指令 PLSffi 實時地高速計數器中斷實現對步進機地正反轉地起、停及復位控制.XVauA(2)利用 PLCT 方便地實現電機地速度和位置進行控制，可靠地實現各種步進電機地操作，完成各種復雜地工作.PLC 控制方法改變控制參數相當方便只需改變 PLC?序中相應部分即可，對任何相數地步進機都可以使用，在設計方法上簡單易

24、行，提高了控制系統地柔性和可靠性.bR9c6(3)利用本設計所介紹地三相六拍步進電機梯形圖控制程序地設計方法可以方便地得出五相十拍步進電機地控制程序，亦可將“程序模塊化”地設計思路應用于其他地控制程序設計中.PN9LB(4)通過本次實驗，讓我鞏固了以前學習地 PLCS 程，也通過實驗地課題設計把理論和實際完美地結合在一起，不但使我學到了更多新地知識，也提高了自己獨立思考和動手地能力.DJ8T7。參考文獻1、常斗南，李全利，張學武編著.可編程序控制器原理、應用、實驗M北京：機械工業出版社 1998年 7 月QF81D2、李乃夫編著.可編程序控制器原理、應用、實驗M北京：中國輕工業出版社 1998

25、 年 1 月3、何行 r 慶，戴自祥，俞金壽編著.可編程序控制器原理及應用技巧M北京：化學工業出版社 1998 年 8 月4B7a94、俞雷聲，方宗達編著.電氣控制與 PLC 應用M北京：機械工業出版社 1998 年10 月5、易傳祿，韓希光編著.可編程序控制器應用指南M上海：上海科學普及出版社1993 年 6 月6、黃大雷，吳庚申編著.可編程序控制器及其應用M人民交通出版社 1993 年 1月7、馬洪飛，陳宏鈞，劉漢奎編著.電氣自動化英語M哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社 1999 年 7 月8王宗培，孔昌平，李楚武編著.步進電動機及其控制系統M,哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社9劉寶廷，程樹康編著.步進電動機及其驅動控制系統M.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1997.ix6iF。10陳隆昌，閻治安，劉新正編著.控制電機M.西安：西安電子科技大學出版社 2000年 5 月版權申明本文部分內容，包括文字、圖片、以及設計等在網上搜集整理.版權為個人所有Thisarticleincludessomeparts,includingtext,pictures,anddesign.Copyrightispersonalownership.wt6qb。用戶可將本文地內容或服務用于個人學習、研究或欣賞，以及其他非商業性或非盈利性用途，但同時應遵守著作權法及其他