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数控技术
基于PLC控制的四相步进电机的电路设计
武亚雄
(太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030024)
摘要：本文在分新了PLC的转点与应用，在此基础上提出了步进电机的控制方法，并介绍了PLC控制系统的电路设计方案。
关键词：PLC步进电机电路设计
中图分类号：TM383.6文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2012)01-0027-02
步进电机作为执行元件之一，具有电脉冲信号的转换功能，可以将其转换成直线位移或者角位移。电机的输出位移量同输人脉冲个数之间为正比关系，电机的转速间脉冲频率之间成正比关系，电机的转向同各相绕组的相序也存在直接关联。因此，要想实现对步进电机的速度、转向以及输出位移量的控制，可以通过控制脉冲个数、脉冲频率和各相电机绕组的相序来实现。步进电机的启动、停车、反转等各种运行方式都可通过少数脉冲改变，且控制精度高，应用广泛。 1、PLC的特点与应用
PLC是可编程序控制器的简称，PLC的研制基础是继电器控制以及计算机控制，作为新型的工业自动控制装置，其核心是微处理器，将自动化、计算机、通讯等技术于一体，具有安全可靠、环境适应能力强、编写程序简单方便等诸多优点，目前已在工业自动化领域广泛应用。
1.1较高的可靠性
PLC的I/O接口电路全部使用的是光电隔离，进而实现了现场外电路同内电路之间的电气隔离，RC滤波器的全面使用，缩矩了滤波时间，通常仅需10~20ms，屏蔽措施的广泛应用，有效避免了辐射干犹：开关电源具有良好的自诊断功能，性能优良，如果遇到电源故障或者软硬件问题，CPU可以立即进行分析处理，其使用的缩程语言简单面方便，信息保护和恢复功能易于实现，警戒时钟WDT 的应用给用户带来很大方使，能够实现程序备份功能以及动态数据电池的后备功能。这些措施保证了PLC具有较高的可靠性。
1.2模块化结构设计，通用性较强
PLC厂家为用户提供有多种多样的功能模块，开发出了各种系列化的产品。用户可以按照实际需要，选择适合的PLC产品，进而组建符合需求的控制系统。应用设计过程中，用户大都无需制作各种附加装置。PLC生产厂家为满足工业控制需求，CPU、电源、I/O等构成了PLC的主要组成部件，其结构大都按模块化设计，各模块之间主要通过机架和电缆连接，用户可以按照系统规模和功能自行组
等
A相 B相
c相 D相
图1脉冲分配波形图
合模块，简单灵活，方便实用。另外，PLC的I/O接口模块十分丰富，编程方法简单多样，安装容易、维修方便。
1.3PLC的应用
PLC如今已在工业自动化领域得到广泛应用。在机械行业、冶金行业、轻工行业、石化行业、电力行业、纺织行业、电子产业、食品行业等多种行业中都发挥着不可替代的重要作用。有研究表明， 80%以上的工业控制能够通过PLC实现。PLC能够实现逻辑顺序控制功能，数据处理功能，对过程进行控制功能以及通信互联网等多种功能。PLC能够实现控制步进电机的功能，并且能够提高其抗干扰能力和可靠性。
2、步进电机的控制方法
2.1四相步进电机的控制要求
其主要是能够实现对电机转速、正反转以及步数的控制。 2.2转速拉制
输入脉冲频率是决定步进电机转速的关键因索。由图1可知，输人脉冲周期如果发生改变，A、B、C、D四相绕组的高低电平宽度必须同时发生改变。造成通电、断电的变化速率发生改变，进而影响电机转速。
2.3正反转控制
可以通过改变各绕组的通电顺序实现对步进电机的正、反转控制。四相双四拍步进电机通电顺是AB—BC—CD—DA一AB.此时电机正转，当绕组通电序是AD—DC—CB—BA—AD..此时电机反转。所以，通过改变输出脉冲顺序，进而改变客绕组的通电顺序，就能完成对电机的正、反转控制。
2.4步数控制
每输人一个电脉冲，步进电机就会前进一步，其输出的角位移同输人脉冲数之间是正比关系。为此，我们可以按照其输出位移量的大小,对PLC的输出脉冲个数进行确认，从而控制电机的步数。其公式为：
n-AL/8
在此公式中，AL代表电机的输出位移量(mm)，8代表脉冲当量(mm/脉冲)。
3、基于PLC控制系统的电路设计方案
因为步进电机的运动不会产生旋转量的误差累积，因此，无需反馈信号的开环控制是步进电机控制的最大特点。该PLC控制系统使用三菱FX2—32MR，参见图2。
P L
动路
步进电机
图2PLC控制进电机的系统框图
负载