無錫機電高等職業(yè)技術學校 邸靜妍

PLC控制步進電機的接線和編程

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步進電機可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。本文以三菱FX2N系列為例，討論了步進電機的PLC控制的接線與程序的編制。

PLC；步進電機；步進驅(qū)動器；PLC編程

步進電機是一種用電脈沖控制運轉(zhuǎn)的電動機。每輸入一個電脈沖信號，步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。在不超載的情況下可以通過控制脈沖個數(shù)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(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。

步進電機是自動控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)中廣泛應用的執(zhí)行元件，普遍應用于數(shù)控機床、雕刻機、貼標簽機、激光制版機、打印機、繪圖儀、機器人控制等中大型自動化設備中。

1.步進驅(qū)動器的接線

步進電機控制系統(tǒng)的組成包括控制器、步進驅(qū)動器和步進電動機三部分組成。步進電動機工作時需要提供脈沖信號，這需要專門的電路來完成。將這些電路做成一個成品的設備——步進驅(qū)動器。它的作用是在控制設備（PLC或單片機）的控制下，為步進電動機提供工作所需的幅度足夠的脈沖信號。步進驅(qū)動器的接線圖如圖1所示。

圖1 步進電動機正反向循環(huán)運行控制線路圖

(1)輸入信號接線

型號為SH-20403 “森創(chuàng)”兩相混合式步進電機細分驅(qū)動器電源與輸出信號有6個端子:分別是公共端、脈沖信號輸入、方向信號輸入、脫機信號輸入。

(2)輸出信號和電源信號接線

型號為SH-20403 “森創(chuàng)”兩相混合式步進電機細分驅(qū)動器電源與輸出信號有6個端子:分別是DC+,DC-,A+,A-,B+,B-。

(3)輸出電流的設置

本驅(qū)動器最大輸出電流值為3A/相（峰值），通過驅(qū)動器面板上六位撥碼開關的第5、6、7三位可組合出八種狀態(tài)，對應八種輸出電流，從0.9A到 3A（詳

見電流選擇表）以配合不同的電機使用。如表1所示。

表1 輸出電流的設置

例如：步進驅(qū)動器電流設置為1.5A。將六位撥碼開關的第5、6、7分別調(diào)至ON,OFF,ON，即可使輸出電流選擇在1.5A。

(4)細分設置

為了提高步進電機控制的精度，現(xiàn)在的步進驅(qū)動器都有細分功能，所謂細分就是通過驅(qū)動器中電路的方法把把步距角減小。例如把步進驅(qū)動器設置成5細分，假設原來步距角為1.8°，那么設置成5細分后，步距角就是0.36°。即原來一步可以走完的，設置成細分后需要走5步。故十六細分的驅(qū)動方式可使每圈200標準步的步進電機達到每圈200*16=3200步的運行精度（即0.1125°）。

本驅(qū)動器可提供整步、改善半步、4細分、8細分、16細分、32細分和64細分七種運行模式，利用驅(qū)動器面板上六位撥碼開關的第1、2、3三位可組合出不同的狀態(tài)（詳見細分模式選擇表），如表2所示。

表2 細分模式選擇表

例如：步進驅(qū)動器細分設置為2細分。將六位撥碼開關的第1、 2、3分別調(diào)至ON,OFF,OFF，即可使輸出電流選擇在半步(2細分)。

下面我們采用PLC作為上位機控制步進驅(qū)動器，使之驅(qū)動步進電動機循環(huán)運行，控制要求如下：

按下啟動按鈕，第一次動作為正向旋轉(zhuǎn)3rad（圈）；停5秒后，第二次動作為反向旋轉(zhuǎn)4rad，再停3秒，如此反復運行。按下停止按鈕，步進電動機停轉(zhuǎn)。

設置參數(shù)：正向脈沖頻率400Hz，反向脈沖頻率600Hz，步進驅(qū)動器設置為2細分，電流設置為1.5A組成。

2.細分和電流設置：

步進驅(qū)動器電流設置為1.5A。將六位撥碼開關的第5、6、7分別調(diào)至ON,OFF,ON。步進驅(qū)動器細分設置為2細分。將六位撥碼開關的第1、2、3分別調(diào)至ON,OFF,OFF，即可使輸出電流選擇在半步(2細分)。

3.程序編寫過程及分析：

我們采用的PLC的型號是三菱公司的FX2N-48MT,根據(jù)題目的控制要求，可采取步進指令編寫，首先畫出流程圖，再根據(jù)流程圖來編出程序。

（1）根據(jù)題目要求繪制程序流程圖。圖2為步進電動機正反向循環(huán)運行流程圖。

圖2 步進電動機正反向循環(huán)運行流程圖

圖3 步進電動機正反向循環(huán)運行梯形圖

4.PLC梯形圖分析

1）PLC上電時，M8002觸點接通一個掃描周期， S0置位，進入S0初始步，為啟動做準備。

2）按下啟動按鈕SB1，X0常開觸點閉合，進入S20這一步。S20常開觸點閉合，Y1、Y0、M1的線圈都得電，步進電動機正轉(zhuǎn)，輸出頻率為400HZ，個數(shù)為1200個脈沖，M1作為步進電機運行的標志位，表示步進電機正在運行。其中，PLSR指令是脈沖輸出指令，第一個K表示指定輸出頻率，第二個K表示指定的輸出脈沖的個數(shù)，第三個K表示指定的加減速時間，Y為指定的脈沖輸出端子，只能是Y0或Y1。

3）當脈沖輸出指令PLSR發(fā)送了1200個脈沖后，電動機順時針旋轉(zhuǎn)了3圈，完成標志繼電器M8029常開觸點閉合，進入S21步。同時，T0定時器開始5S計時。

4)5S后，T0定時器開始動作，T0的常開觸點閉合，進入S22步。S22常開觸點閉合，Y1、M1的線圈得電，步進電動機反轉(zhuǎn)，輸出頻率為600HZ，個數(shù)為1600個脈沖，M1作為步進電機運行的標志位，表示步進電機正在運行。

5）當PLSR發(fā)送完1600個脈沖后，電動機旋轉(zhuǎn)了4圈，完成標志繼電器M8029常開觸點閉合，進入S23步。同時，T1定時器開始3S計時。

6）3S后，T1定時器動作，T1常開觸點閉合，回到S20步，S20狀態(tài)繼電器置位，S20常開觸點閉合，開始下一個周期。

7）運行時，按下停止按鈕SB2，X1常開觸點閉合，ZRST指令執(zhí)行，將S20-S23所有的狀態(tài)繼電器復位，并使回到S0初始步，為重新啟動電動機做準備。

梯形圖如圖3所示。

5.結(jié)語

以上是用三菱PLC來控制森永步進驅(qū)動器，最終達到控制步進電機的過程。采用PLC的控制方法簡單可行，對于任何相數(shù)的步進電動機均適用，且如果要改變參數(shù)，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，是非常實用而且可靠性也很高的。