PLC步進電動機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速的控制研究

陳隆

（齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

PLC步進電動機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速的控制研究

陳隆

（齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，給步進電機應用技術(shù)的發(fā)展帶來了新的方向。本文首先對步進電機的工作原理、構(gòu)造種類及特點特性進行分析，并從PLC的控制原理及組成、PLC控制硬件的設計以及PLC控制軟件的設計幾方面討論了PLC應用于步進電動機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速的控制研究，為PLC技術(shù)在步進電機中的應用提供一些參考。

PLC；步進電機；正反轉(zhuǎn)；調(diào)速；控制研究

步進電機是一種感應電機，利用步進電機能實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的即時調(diào)節(jié)，以滿足不同生產(chǎn)或工作對電機調(diào)速的需要。PLC應用于步進電動機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速控制，作為現(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)中步進電機應用的關(guān)鍵技術(shù)，更是受到社會各領(lǐng)域的廣泛重視和高度關(guān)注。

1 步進電機概述

1.1 步進電機的工作原理

步進電機工作系統(tǒng)中，步進電機是執(zhí)行元件，由開環(huán)伺服系統(tǒng)進行速度控制。步進電機的工作原理是利用電子電路，將直流電變?yōu)榉謺r供電，多項時序控制電流，通過用這種多相時序電流為步進電動機供電，使步進電機工作。步進電機工作時，將進給脈沖轉(zhuǎn)換為機械角位位移，并由傳動杠帶動工作臺移動，因此，步進電機的工作精度主要由電動機的步距角和與之相聯(lián)系的絲杠等傳動機構(gòu)決定。步進電機的開環(huán)伺服工作系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)簡單，較容易調(diào)整，因此在對速度和精度要求不高的場合具有一定的應用價值。

1.2 步進電機的特點特性

（1）步進電機外表對溫度控制要求更高，這是因為一旦步進電機使用溫度過高，將對電機的磁性材料造成影響，導致退磁，使步進電機發(fā)生失步現(xiàn)象。一般應用于步進電機的磁性材料退磁點在130 ℃以上，因此步進電機的外表溫度控制在90 ℃左右最為合適。

（2）步進電機轉(zhuǎn)動時，其力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，這是因為步進電機在轉(zhuǎn)動時，各繞組會形成一個反向電動勢，頻率越高，反向電動勢越大，而點擊頻率的增大將會使相電流減小，從而導致力矩下降。

（3）步進電機低速能夠正常運轉(zhuǎn)，但高于一定的速度便無法正常啟動，還伴有嘯叫聲。

2 PLC步進電動機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速的控制設計

2.1 PLC控制系統(tǒng)的原理及組成

PLC能夠按照預先設計的程序指令，將脈沖按順序加在功率放大器的控制輸入上，以實現(xiàn)步進電機速度、正傳和反轉(zhuǎn)的控制，是PLC步進電機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速系統(tǒng)控制的核心。由于PLC控制器的輸出電流較小，因此PLC無法直接驅(qū)動步進電機，因而需要通過脈沖控制輸入和驅(qū)動電路的聯(lián)合作用，將PLC控制器的控制信號轉(zhuǎn)換為脈沖電流，提供給電機足夠功率的控制信號，使步進電機正反轉(zhuǎn)或調(diào)速。

2.2 控制系統(tǒng)硬件的設計

想要實現(xiàn)對步進電機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速控制，需要對硬件的輸入信號進行設計。輸入控制信號可根據(jù)步進電機的應用需要進行設計，如實現(xiàn)步進電機速度、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等基礎功能，可以設計s0～s4五個輸入端子，其中s0為啟動開關(guān)，s1為停止開關(guān)，s2～s4是電機運行方式的選擇，其中s2與s3設計為正反轉(zhuǎn)控制選擇，s4是控制電機的轉(zhuǎn)速。PLC應用于步進電機進行正反轉(zhuǎn)及調(diào)速控制時，必須設計驅(qū)動電路才能將PLC的控制信號轉(zhuǎn)換為足夠功率的信號，控制步進電機的動作。

2.3 PLC控制系統(tǒng)軟件設計

PLC控制系統(tǒng)的軟件程序設計，是PLC實現(xiàn)對步進電機進行控制的工作重點。本文以三菱FX2n-48MR機型作為案例，對PLC控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設計進行探討和分析。PLC控制系統(tǒng)軟件設計的工作原理是編寫一個控制程序，使步進電機三相繞組的通電順序循環(huán)變換，實現(xiàn)對步進電機的正反轉(zhuǎn)控制。再通過改變步進電機三相繞組的通電切換速度，來控制步進電機的轉(zhuǎn)速。

在本控制程序中，脈沖信號來自T200。由步進電動機的轉(zhuǎn)速n=60 f/Zr.m（其中取轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr =4，運行拍數(shù) m=6）及轉(zhuǎn)速控制要求（最高轉(zhuǎn)速為10 r/min，最低轉(zhuǎn)速為1 r/min ），可得 fmax=4 Hz ， fmin=0.4 Hz 。由于f由T200決定，所以通過設置T200的時間常數(shù)即可獲得所需的頻率。由T=1f，可得T200 min=250 ms，T200max=2 500 ms。因為 T200的定時單位為 10 ms ，所以可得T200的時間常數(shù)K設置為Kmin=25 ， Kmax=250。同理可以推導出轉(zhuǎn)速為5 r/min 時， T200 的時間常數(shù)應設置為K=50 。因此，只要按需要增加按鈕的個數(shù)，就可以輕松的實現(xiàn)對步進電機正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速的控制。針對轉(zhuǎn)速要求較快的步進電機，則不宜采用繼電器輸出型的PLC進行控制，應采用更先進的晶體管輸出型PLC。

3 結(jié)語

綜上所述，PLC技術(shù)在步進電機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速中的應用，極大擴大了步進電機的應用范圍運行穩(wěn)定性。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展和步進電機設計制造技術(shù)的提升，步進電機技術(shù)作為一種能夠自由實現(xiàn)調(diào)速的重要技術(shù)，必然會為社會的進步帶來貢獻，促進我國社會的經(jīng)濟發(fā)展。

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（P-02）

Control of PLC stepper motor reversing and speed regulation

TM32

1009-797X （2015） 22-0016-02

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.005

陳?。?986-），男，畢業(yè)于齊齊哈爾職業(yè)學院，大專學歷，研究方向為電氣，數(shù)控機床調(diào)試。

2015-10-17