金曉明楊中華

（1．中國人民銀行南通市中心支行，江蘇 南通 226007；2．南通職業(yè)大學(xué)技師學(xué)院，江蘇 南通 226007）

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制

金曉明1楊中華2

（1．中國人民銀行南通市中心支行，江蘇 南通 226007；2．南通職業(yè)大學(xué)技師學(xué)院，江蘇 南通 226007）

本文闡述了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式：數(shù)字電路、單片機(jī)及PLC的控制。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；控制；方法

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在沒有超載的情況下，脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置，而與負(fù)載變化的沒有關(guān)系，即在給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制是取決于脈沖信號(hào)的兩個(gè)參數(shù)：頻率和數(shù)量。步進(jìn)控制一般采用的是開環(huán)控制，由于沒有實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速或者位置的反饋，因此，控制過程結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，因而應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如：機(jī)械、冶金、電力、紡織、電信、電子、儀表、化工、輕工、辦公自動(dòng)化設(shè)備、醫(yī)療、印刷以及航空航天、船舶、兵器、核工業(yè)等國防工業(yè)等領(lǐng)域。真可謂步進(jìn)控制已經(jīng)滲透到現(xiàn)代各個(gè)領(lǐng)域。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制的基本方法有以下三種：數(shù)字電路控制、單片機(jī)控制及PLC的控制。

1 由數(shù)字電路組成的簡單步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制

圖1為由數(shù)字電路產(chǎn)生脈沖并控制步進(jìn)電機(jī)的原理圖。電路控制簡單，此控制電路由一個(gè)555定時(shí)器、2個(gè)74L74集成電路及外圍元件組成。如圖所示，每個(gè)74LS74集成電路中有2個(gè)D觸發(fā)器，由三個(gè)D觸發(fā)器產(chǎn)生了環(huán)形脈沖分配器，輸出信號(hào)經(jīng)過VT1-VT6組成的3個(gè)復(fù)合三極管放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的繞組，實(shí)現(xiàn)了脈沖的放大與分配。而脈沖的頻率的變化的控制，如圖所示，是由555定時(shí)器的第6和第7腳之間的10K可調(diào)電阻來調(diào)節(jié)，555定時(shí)器輸出的頻率為：其頻率為f=1.44/[（R1+2R2+RP）*C1],從而改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度，用3個(gè)發(fā)光二極管顯示對(duì)應(yīng)的繞組工作情況。和電動(dòng)機(jī)繞組并聯(lián)的二極管為續(xù)流二極管。

2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制

在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號(hào)主要由單片機(jī)產(chǎn)生，主要控制電動(dòng)機(jī)的速度、轉(zhuǎn)向及換相的順序。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的換相也就是脈沖的分配。實(shí)現(xiàn)脈沖的分配的方法有兩種：軟件法和硬件法。

（1）實(shí)現(xiàn)脈沖的分配的軟件法

按照給定的換相順序，通過單片機(jī)的I/O口向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出脈沖控制。如對(duì)五相步進(jìn)電機(jī)的控制，利用8051系列單片機(jī)的P1.0～P1.4D的5條I/O線向五相步進(jìn)電機(jī)傳送控制信號(hào)。P1口輸出的控制信號(hào)中，0代表繞組通電，1代表繞組斷電，則可用十個(gè)控制字來對(duì)應(yīng)這十個(gè)通電狀態(tài)。在程序中，只要依次將這10個(gè)控制字送到P1口，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角。每送一個(gè)控制字，就完成一拍，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。

軟件法在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，要不停的產(chǎn)生控制脈沖，占用了大量的CPU空間和時(shí)間，所以人們更傾向于使用硬件法實(shí)現(xiàn)脈沖的分配。

（2）硬件法實(shí)現(xiàn)脈沖的分配

硬件法實(shí)際上是用脈沖分配器芯片，來實(shí)現(xiàn)通電換相的控制。常用的有三洋M8713，國產(chǎn)的5G8713，可以互換使用。8713是單極性控制，原來控制三相和四相步進(jìn)電機(jī)，可以選擇三相和四相的不同工作方式。8713可以選擇單時(shí)鐘輸入或雙時(shí)鐘輸入；具有正反轉(zhuǎn)控制、初始化復(fù)位、工作方式和輸入脈沖狀態(tài)監(jiān)視等功能。

（3）步進(jìn)電機(jī)的速度控制

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制通過控制單片機(jī)發(fā)出的步進(jìn)脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)，若需要調(diào)速，一般是通過定時(shí)器中斷的方法，在中斷子程序中，進(jìn)行脈沖輸出操作，調(diào)整定時(shí)器定時(shí)常數(shù)來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

3 步進(jìn)通過單片機(jī)與脈沖分配器的完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖分配、轉(zhuǎn)向控制及速度的控制。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在九十年代末，在生產(chǎn)中逐步運(yùn)用的可編程的控制，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制在數(shù)控技術(shù)中尤為突出。使得加工參數(shù)更加精確，在其他領(lǐng)域，也凸顯了步進(jìn)控制的準(zhǔn)確性。

圖1 步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字電路控制原理圖

圖2 三菱PLCFX2N-48CDT與步科2M530步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接圖

下面用PLC對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法進(jìn)行介紹：

（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接和PLC連接，中間需要經(jīng)過控制器，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)的控制,如圖2所示。

（2）通過控制器，可以根據(jù)需要，調(diào)節(jié)細(xì)分值及輸出相電流。通過細(xì)分設(shè)置開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)細(xì)分值由2～256的變化。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率，通過波段開關(guān)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)輸出電流的變化。

脈沖輸出指令：

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式靈活，可以根據(jù)實(shí)際選擇合適的控制。PLC對(duì)步進(jìn)的控制雖然增加了程序控制器及控制器，但是越來越被用戶所接收。

[1]程樹康,劉寶廷．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)[M]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社．

TM383

：A