PLC控制步進(jìn)電機(jī)的接線和編程

無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 邸靜妍

PLC控制步進(jìn)電機(jī)的接線和編程

無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 邸靜妍

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

PLC；步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器；PLC編程

步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖控制運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。在不超載的情況下可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

步進(jìn)電機(jī)是自動(dòng)控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的執(zhí)行元件，普遍應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、雕刻機(jī)、貼標(biāo)簽機(jī)、激光制版機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀、機(jī)器人控制等中大型自動(dòng)化設(shè)備中。

1.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線

步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成包括控制器、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三部分組成。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)需要提供脈沖信號(hào)，這需要專門的電路來完成。將這些電路做成一個(gè)成品的設(shè)備——步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。它的作用是在控制設(shè)備（PLC或單片機(jī)）的控制下，為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)提供工作所需的幅度足夠的脈沖信號(hào)。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線圖如圖1所示。

圖1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反向循環(huán)運(yùn)行控制線路圖

(1)輸入信號(hào)接線

型號(hào)為SH-20403 “森創(chuàng)”兩相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器電源與輸出信號(hào)有6個(gè)端子:分別是公共端、脈沖信號(hào)輸入、方向信號(hào)輸入、脫機(jī)信號(hào)輸入。

(2)輸出信號(hào)和電源信號(hào)接線

型號(hào)為SH-20403 “森創(chuàng)”兩相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器電源與輸出信號(hào)有6個(gè)端子:分別是DC+,DC-,A+,A-,B+,B-。

(3)輸出電流的設(shè)置

本驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流值為3A/相（峰值），通過驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開關(guān)的第5、6、7三位可組合出八種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)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(jī)使用。如表1所示。

表1 輸出電流的設(shè)置

例如：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器電流設(shè)置為1.5A。將六位撥碼開關(guān)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(xì)分設(shè)置

為了提高步進(jìn)電機(jī)控制的精度，現(xiàn)在的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器都有細(xì)分功能，所謂細(xì)分就是通過驅(qū)動(dòng)器中電路的方法把把步距角減小。例如把步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置成5細(xì)分，假設(shè)原來步距角為1.8°，那么設(shè)置成5細(xì)分后，步距角就是0.36°。即原來一步可以走完的，設(shè)置成細(xì)分后需要走5步。故十六細(xì)分的驅(qū)動(dòng)方式可使每圈200標(biāo)準(zhǔn)步的步進(jìn)電機(jī)達(dá)到每圈200*16=3200步的運(yùn)行精度（即0.1125°）。

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

表2 細(xì)分模式選擇表

例如：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分設(shè)置為2細(xì)分。將六位撥碼開關(guān)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(xì)分)。

下面我們采用PLC作為上位機(jī)控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，使之驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)循環(huán)運(yùn)行，控制要求如下：

按下啟動(dòng)按鈕，第一次動(dòng)作為正向旋轉(zhuǎn)3rad（圈）；停5秒后，第二次動(dòng)作為反向旋轉(zhuǎn)4rad，再停3秒，如此反復(fù)運(yùn)行。按下停止按鈕，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

設(shè)置參數(shù)：正向脈沖頻率400Hz，反向脈沖頻率600Hz，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為2細(xì)分，電流設(shè)置為1.5A組成。

2.細(xì)分和電流設(shè)置：

步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器電流設(shè)置為1.5A。將六位撥碼開關(guān)的第5、6、7分別調(diào)至ON,OFF,ON。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分設(shè)置為2細(xì)分。將六位撥碼開關(guān)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(xì)分)。

3.程序編寫過程及分析：

我們采用的PLC的型號(hào)是三菱公司的FX2N-48MT,根據(jù)題目的控制要求，可采取步進(jìn)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(jìn)電動(dòng)機(jī)正反向循環(huán)運(yùn)行流程圖。

圖2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反向循環(huán)運(yùn)行流程圖

圖3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反向循環(huán)運(yùn)行梯形圖

4.PLC梯形圖分析

1）PLC上電時(shí)，M8002觸點(diǎn)接通一個(gè)掃描周期， S0置位，進(jìn)入S0初始步，為啟動(dòng)做準(zhǔn)備。

2）按下啟動(dòng)按鈕SB1，X0常開觸點(diǎn)閉合，進(jìn)入S20這一步。S20常開觸點(diǎn)閉合，Y1、Y0、M1的線圈都得電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，輸出頻率為400HZ，個(gè)數(shù)為1200個(gè)脈沖，M1作為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的標(biāo)志位，表示步進(jìn)電機(jī)正在運(yùn)行。其中，PLSR指令是脈沖輸出指令，第一個(gè)K表示指定輸出頻率，第二個(gè)K表示指定的輸出脈沖的個(gè)數(shù)，第三個(gè)K表示指定的加減速時(shí)間，Y為指定的脈沖輸出端子，只能是Y0或Y1。

3）當(dāng)脈沖輸出指令PLSR發(fā)送了1200個(gè)脈沖后，電動(dòng)機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了3圈，完成標(biāo)志繼電器M8029常開觸點(diǎn)閉合，進(jìn)入S21步。同時(shí)，T0定時(shí)器開始5S計(jì)時(shí)。

4)5S后，T0定時(shí)器開始動(dòng)作，T0的常開觸點(diǎn)閉合，進(jìn)入S22步。S22常開觸點(diǎn)閉合，Y1、M1的線圈得電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，輸出頻率為600HZ，個(gè)數(shù)為1600個(gè)脈沖，M1作為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的標(biāo)志位，表示步進(jìn)電機(jī)正在運(yùn)行。

5）當(dāng)PLSR發(fā)送完1600個(gè)脈沖后，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)了4圈，完成標(biāo)志繼電器M8029常開觸點(diǎn)閉合，進(jìn)入S23步。同時(shí)，T1定時(shí)器開始3S計(jì)時(shí)。

6）3S后，T1定時(shí)器動(dòng)作，T1常開觸點(diǎn)閉合，回到S20步，S20狀態(tài)繼電器置位，S20常開觸點(diǎn)閉合，開始下一個(gè)周期。

7）運(yùn)行時(shí)，按下停止按鈕SB2，X1常開觸點(diǎn)閉合，ZRST指令執(zhí)行，將S20-S23所有的狀態(tài)繼電器復(fù)位，并使回到S0初始步，為重新啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)做準(zhǔn)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(jìn)驅(qū)動(dòng)器，最終達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的過程。采用PLC的控制方法簡(jiǎn)單可行，對(duì)于任何相數(shù)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均適用，且如果要改變參數(shù)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，是非常實(shí)用而且可靠性也很高的。