通用步进电机控制及PLC脉冲指令控制

步进控制系统的组成步进控制系统的组成控制器控制器1.PLC1.PLC、单片机、位置控、单片机、位置控制模块等。制模块等。2.2.产生脉冲和方向信号。产生脉冲和方向信号。步进驱动器步进驱动器1.1.对控制器送来的对控制器送来的脉冲和方向信号进脉冲和方向信号进行放大和分配。行放大和分配。步进电机和工作台步进电机和工作台步进电机按照分配步进电机按照分配来的信号运行驱动来的信号运行驱动工作台。工作台。步进电机结构和工作原理步进电机结构和工作原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。脉冲数越多电机转动的角度越大。脉冲数越多电机转动的角度越大。脉冲的频率越高电机的转速越快，脉冲的频率越高电机的转速越快，但不能超过最高频率否但不能超过最高频率否则电机的力矩会迅速减小，电机不转。则电机的力矩会迅速减小，电机不转。步进电机的种类步进电机的种类分分类类方方式式具具体体类类型型按力矩产生的按力矩产生的原理原理（（11）反应式：转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应）反应式：转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行力矩实现步进运行（（22）激磁式：定、转子均有激磁绕组（或转子用永久磁）激磁式：定、转子均有激磁绕组（或转子用永久磁钢），由电磁力矩实现步进运行钢），由电磁力矩实现步进运行按输出力矩大按输出力矩大小小（（11）伺服式：输出力矩在百分之几之几至十分之几（）伺服式：输出力矩在百分之几之几至十分之几（NN··mm））只能驱动较小的负载，要与液压扭矩放大器配用，才能驱动只能驱动较小的负载，要与液压扭矩放大器配用，才能驱动机床工作台等较大的负载机床工作台等较大的负载（（22）功率式：输出力矩在）功率式：输出力矩在55--50N50N··mm以上，可以直接驱动机以上，可以直接驱动机床工作台等较大的负载床工作台等较大的负载按定子数按定子数（（11）单定子式（）单定子式（22）双定子式（）双定子式（33）三定子式（）三定子式（44）多定子式）多定子式按各相绕组分按各相绕组分布布（（11）径向分布式：电机各相按圆周依次排列）径向分布式：电机各相按圆周依次排列（（22）轴向分布式：电机各相按轴向依次排列）轴向分布式：电机各相按轴向依次排列步进电机的结构步进电机的结构目前，我国使用的步进电机多为反应式步进电机。目前，我国使用的步进电机多为反应式步进电机。在反应式步进电机中，有轴向分相和径向分相两种在反应式步进电机中，有轴向分相和径向分相两种轴向分相：各相绕组按轴向依次排列。轴向分相：各相绕组按轴向依次排列。径向分相：各相绕组按圆周依次排列。径向分相：各相绕组按圆周依次排列。轴向分布步进电机工作原理步进电机工作原理步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。当某相定子励磁后：它吸引转子，转子的齿与该相定子磁当某相定子励磁后：它吸引转子，转子的齿与该相定子磁极上的齿对齐，转子转动一个角度，换一相得电时，转子极上的齿对齐，转子转动一个角度，换一相得电时，转子又转过一个角度，如此每相不停地轮流通电，转子不停地又转过一个角度，如此每相不停地轮流通电，转子不停地转动。转动。步进电机绕组的通断电状态每改变一次，其转子转过的角步进电机绕组的通断电状态每改变一次，其转子转过的角度度αα称为步距角。称为步距角。步进电机工作原理步进电机工作原理三相单三拍。得电相序为A-B-C-A步进电机逆时针旋转三相单三拍。得电相序为A-C-B-A步进电机顺时针旋转电机的运行方向与通电的相序有关，改变电机的运行方向与通电的相序有关，改变通电的相序，电机的运行方向会改变。通电的相序，电机的运行方向会改变。步进电机工作原理步进电机工作原理上面所述的这种通电方式称为三相三拍。还有一种三相六拍的通电方上面所述的这种通电方式称为三相三拍。还有一种三相六拍的通电方式，它的通电顺序是：顺时针为式，它的通电顺序是：顺时针为A→AB→B→BC→C→CA→A→AB→B→BC→C→CA→AA……；逆时针为；逆时针为A→AC→C→CB→B→BA→AA→AC→C→CB→B→BA→A……。。若以三相六拍通电方式工作，当若以三相六拍通电方式工作，当AA相通电转为相通电转为AA和和BB同时通电时，转子同时通电时，转子的磁极将同时受到的磁极将同时受到AA相绕组产生的磁场和相绕组产生的磁场和BB相绕组产生的磁场的共同吸相绕组产生的磁场的共同吸引，转子的磁极只好停在引，转子的磁极只好停在AA和和BB两相磁极之间，这时它的步距角两相磁极之间，这时它的步距角αα等于等于3030°°。当由。当由AA和和BB两相同时通电转为两相同时通电转为BB相通电时，转子磁极再沿顺时针相通电时，转子磁极再沿顺时针旋转旋转3030°°，与，与BB相磁极对齐。其余依此类推。采用三相六拍通电方式，相磁极对齐。其余依此类推。采用三相六拍通电方式，可使步距角可使步距角αα缩小一半。缩小一半。步进电机工作原理步进电机工作原理综上所述，可以得到如下结论：综上所述，可以得到如下结论：(1)(1)步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机的步距角过一个确定的角度，即步进电机的步距角αα；；(2)(2)改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变；改变；(3)(3)步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高；的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高；(4)(4)步进电机步距角步进电机步距角αα与定子绕组的相数与定子绕组的相数mm、转子的齿数、转子的齿数zz、通、通电方式电方式kk有关，可用下式表示：有关，可用下式表示：式中式中mm相相mm拍时，拍时，k=1k=1；；mm相相2m2m拍时，拍时，k=2k=2；依此类推。；依此类推。步进驱动器原理步进驱动器原理从步进电机的转动原理可以看出，要使步进电机从步进电机的转动原理可以看出，要使步进电机正常运行，必须按规律控制步进电机的每一相绕正常运行，必须按规律控制步进电机的每一相绕组得电。步进驱动器接收外部的信号是方向信号组得电。步进驱动器接收外部的信号是方向信号（（DIRDIR）和脉冲信号（）和脉冲信号（CPCP）。另外步进电机在停止）。另外步进电机在停止时，通常有一相得电，电机的转子被锁住，所以时，通常有一相得电，电机的转子被锁住，所以当需要转子松开时，可以使用脱机信号（当需要转子松开时，可以使用脱机信号（FREEFREE））..步进驱动器步进驱动器环型分配器的功能：环型分配器的功能：主要是把外部主要是把外部CPCP端送端送入的脉冲进行分配，入的脉冲进行分配，给功率放大器，功率给功率放大器，功率放大器相应的晶体管放大器相应的晶体管导通，步进电机的线导通，步进电机的线圈得电。圈得电。步进电机、步进驱动器和步进电机、步进驱动器和PLCPLC之间的连接之间的连接步进驱动器工作模式步进驱动器工作模式有三种基本的步进电机驱动模式：整步、半步、有三种基本的步进电机驱动模式：整步、半步、细分。其主要区别在于电机线圈电流的控制精度细分。其主要区别在于电机线圈电流的控制精度（即激磁方式）。（即激磁方式）。整步驱动整步驱动在整步运行中，同一种步进电机既可配整在整步运行中，同一种步进电机既可配整//半步驱动器也可配细分驱半步驱动器也可配细分驱动器，但运行效果不同。步进驱动器按脉冲动器，但运行效果不同。步进驱动器按脉冲//方向指令对两相步进电方向指令对两相步进电机的两个线圈循环激磁（即将线圈充电设定电流），这种驱动方式的机的两个线圈循环激磁（即将线圈充电设定电流），这种驱动方式的每个脉冲将使电机移动一个基本步距角，即每个脉冲将使电机移动一个基本步距角，即1.801.80度度((标准两相电机的标准两相电机的一圈共有一圈共有200200个步距角个步距角))。。半步驱动半步驱动在单相激磁时，电机转轴停至整步位置上，驱动器收到下在单相激磁时，电机转轴停至整步位置上，驱动器收到下一脉冲后，如给另一相激磁且保持原来相继处在激磁状态，一脉冲后，如给另一相激磁且保持原来相继处在激磁状态，则电机转轴将移动半个步距角，停在相邻两个整步位置的则电机转轴将移动半个步距角，停在相邻两个整步位置的中间。如此循环地对两相线圈进行单相然后双相激磁步进中间。如此循环地对两相线圈进行单相然后双相激磁步进电机将以每个脉冲电机将以每个脉冲0.900.90度的半步方式转动。所有度的半步方式转动。所有LeadshineLeadshine公司的整公司的整//半步驱动器都可以执行整步和半步驱半步驱动器都可以执行整步和半步驱动，由驱动器拨码开关的拨位进行选择。和整步方式相比，动，由驱动器拨码开关的拨位进行选择。和整步方式相比，半步方式具有精度高一倍和低速运行时振动较小的优点，半步方式具有精度高一倍和低速运行时振动较小的优点，所以实际使用整所以实际使用整//半步驱动器时一般选用半步模式。半步驱动器时一般选用半步模式。细分驱动细分驱动细分驱动模式具有低速振动极小和定位精度高两大优点。细分驱动模式具有低速振动极小和定位精度高两大优点。对于有时需要低速运行（即电机转轴有时工作在对于有时需要低速运行（即电机转轴有时工作在60rpm60rpm以以下）或定位精度要求小于下）或定位精度要求小于0.900.90度的步进应用中，细分驱动度的步进应用中，细分驱动器获得广泛应用。其基本原理是对电机的两个线圈分别按器获得广泛应用。其基本原理是对电机的两个线圈分别按正弦和余弦形的台阶进行精密电流控制，从而使得一个步正弦和余弦形的台阶进行精密电流控制，从而使得一个步距角的距离分成若干个细分步完成。如上图所示。例如十距角的距离分成若干个细分步完成。如上图所示。例如十六细分的驱动方式可使每圈六细分的驱动方式可使每圈200200标准步的步进电机达到每标准步的步进电机达到每圈圈200*16=3200200*16=3200步的运行精度（即步的运行精度（即0.11250.1125°°）。）。LeadshineLeadshine公司可提供规格齐全、性能优越、品质可靠、价格优惠的公司可提供规格齐全、性能优越、品质可靠、价格优惠的十余款细分驱动器。十余款细分驱动器。步进驱动器有关细分的设置步进驱动器有关细分的设置什么叫细分？什么叫细分？为了提高步进电机控制的精度，现在的步为了提高步进电机控制的精度，现在的步进驱动器都有细分功能，所谓细分就是通进驱动器都有细分功能，所谓细分就是通过驱动器中电路的方法把把步距角减小。过驱动器中电路的方法把把步距角减小。例如把步进驱动器设置成例如把步进驱动器设置成55细分，假设原来细分，假设原来步距角为步距角为1.81.8°°，那么设置成，那么设置成55细分后，步细分后，步距角就是距角就是0.360.36°°。即原来一步可以走完的，。即原来一步可以走完的，设置成细分后需要走设置成细分后需要走55步。步。步进驱动器有关细分的设置步进驱动器有关细分的设置设置细分时要注意的事项：设置细分时要注意的事项：11、一般情况先细分数不能设置过大，因为、一般情况先细分数不能设置过大，因为在控制脉冲频率不变的情况下，细分越大，在控制脉冲频率不变的情况下，细分越大，电机的转速越慢，而且电机的输出力矩减电机的转速越慢，而且电机的输出力矩减小。小。22、驱动步