PLC控制步进电机进行位置控制浅析

摘要：步进电机在开环位置控制系统中具有控制精度高、控制简单、不易失步等优点。本文介绍了PLC对步进电机的控制方法。

关键词：PLC；步进电机；位置控制

中图分类号：TP273文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1 引言

步进电动机在开环位置控制系统中因其具有控制数度高（可精确到1度以下）、可靠性高、使用方便等优点，所以应用已十分普遍。随着电力电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行PID控制，具有远程通信通信功能等。当前，PLC作为一种工业控制计算机来控制步进电机，具有系统构成简单，工程造价低，编程方便等优点，易于推广应用。下图是PLC控制步进电机系统框图。

图1 位置控制系统框图

2 PLC的基本结构

PLC采用典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入输出接口电路等。如把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成。外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测信号均可作为PLC的输入变量，其经PLC外部输入端子到内部寄存器中，经PLC的CPU逻辑运算、处理后送至输出端子，由这些输出变量对设备进行各种控制。现今，PLC生产厂家较多，较有影响且在中国市场占有较大份额的公司有德国西门子公司和日本三菱公司，本文以三菱公司的PLC为例，简述PLC控制步进电机进行位置控制的方法。

3 控制方法及研究

3.1 控制方式

PLC控制步进驱动器进行位置控制大致有如下4种方式：通过I/O方式进行控制；通过模拟量输出进行控制；通过通信方式进行控制和通过高速脉冲方式进行控制。当前常用的方式，就是下文所述的输出高速脉冲进行位置控制方式。

3.1.1脉冲输出

三菱FX-2N的输出端Y0，Y1可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调节，其输出频率范围为2Hz～20kHz。

用作位置控制的高速脉冲输出是一个连续输出的周期性脉冲串，如图2所示。图中，T为脉冲周期，t为脉冲ON（导通）时间，也称脉冲宽度。

图2 脉冲输出波形

3.1.2脉冲输出方式和定位控制系统结构

小型PLC中，脉冲信号的输出有两种方式。第一种，脉冲输出方式是通过所开发的定位控制模块和定位专用单元输出高速脉冲。另一种，是通过PLC内置的高速脉冲输出口输出，各品牌的PLC均对此有专门说明，其中三菱FX-2N系列规定了Y0，Y1为高速脉冲输出口，具有高速脉冲输出的PLC，都开发有驱动脉冲输出和定位的指令，由这些指令控制是否发出脉冲，脉冲的频率和脉冲数目直接控制启动器进而控制步进电机进行位置控制。

3.1.3高速计数器（HSC）

FX-2N内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，最高计数频率为60KHz。

3.2步进电机的速度控制

图3 PLSR指令格式

FX-2N有一条带加减速的脉冲输出指令PLSR，当驱动条件成立时，从输出口D输出一最高频率为S1，脉冲个数为S2，加减速时间为S3，占空比为50%的脉冲串。实现这一控制的梯形图见图4，操作数内容及取值如下表。

操作数

内容与取值

S1

输出脉冲最高频率或其存储地址

S2

输出脉冲数或其存储地址

S3

加速时间或其存储地址

D

指定脉冲输出口，仅限Y0或Y1

图5是控制系统的原理接线图，图5中Y0输出的脉冲作为步进电机的脉冲信号，控制步进电机运转。HSC计数Y0的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使Y0的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较为准确的位置控制。

图5 控制系统原理图

对于指令PLSR，其输出频率S1的设定范围：10—20 000Hz，频率必须是10的整数倍。在脉冲输出的开始和结束阶段可实现加减速过程，其加减速时间大小一样，由S3指定。S3具体设定范围公式如下：

FX2N系列的PLSR指令的加减时间是根据其所设定的时间进行10级均匀阶梯式的方式进行，如阶梯频率（为S1的1/10）会使步进电机产生失步或过冲现象，则应降低输出频率S1。

4结语

利用PLC可实现对电机速度和位置的控制，方便的进行各种步进电机编程、接线操作，完成各种复杂的工作。在工程应用中不断探索其各种控制、使用方法和技巧，对工程技术人员进一步开展工作与科研有有重要意义。

参考文献

【l】龚仲华.三菱FX系列PLC应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2010.

【2】高钟毓著.机电控制工程（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2004.4.

【3】程子华，刘小明.PLC原理与编程案例分析[M].北京国防工业出版社，2010.