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实训课题三PLC实现步进电机正反转和调速控制
一、 实验目的
1、 掌握步进电机的工作原理 2、 掌握带驱动电源的步进电机的控制方法
3、 掌握DECO旨令实现步进电机正反转和调速控制的程序
二、 实训仪器和设备
1、 FX2N-48MR PLC — 台
2、 两相四拍带驱动电源的步进电机一套 3、 正反切换开关、起停开关、增减速开关各一个
三、 步进电机工作原理
步进电机是纯粹的数字控制电动机， 它将电脉冲信号转换成角位移，即给一 个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，图3-1是一个三相反应式步进电机结图。 从图中可以看出，它分成转子和定子两部分。定子是由硅钢片叠成，定子上有六 个磁极（大极），每两个相对的磁极（N S极）组成一对。共有3对。每对磁极 都绕有同一绕组，也即形成1相，这样三对磁极有3个绕组，形成三相。可以得 出，三相步进电机有3对磁极、3相绕组；四相步进电机有4对磁极、四相绕组, 依此类推。
反应式步进电动机的动力来自于电磁力。 在电磁力的作用下，转子被强行推 动到最大磁导率（或者最小磁阻）的位置，如图 3-1（ a）所示，定子小齿与转 子小齿对齐的位置，并处于平衡状态。对三相异步电动机来说，当某一相的磁极 处于最大导磁位置时，另外两相相必处于非最大导磁位置，如图 3-1 （b）所示, 即定子小齿与转子小齿不对齐的位置。
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图3-1三相反应式步进电动机结构图
把定子小齿与转子小齿对齐的状态称为对齿，把定子小齿与转子小齿不对齐 的状态称
为错齿。错齿的存在是步进电机能够旋转的前提条件， 所以，在步进电 机的结构中必须保证有错齿的存在， 也就是说，当某一相处于对齿状态时，其它 绕组必须处于错齿状态。
本实验的电机采用两相混合式步进电机， 其内部上下是两个磁铁，中间是线 圈，通了直流电以后，就成了电磁铁，被上下的磁铁吸引后就产生了偏转。因为
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中间连接的电磁铁的两根线不是直接连接的， 是采用在转轴的位置用一根滑动的 接触片。这样如果电磁铁转过了头，原先连接电磁铁的两根线刚好就相反了， 所 以电磁铁的N极S极就和以前相反了。但是电机上下的磁铁是不变的，所以又可 以继续吸引中间的电磁铁。当电磁铁继续转，由于惯性又转过了头，所以电极又 相反了。重复上述过程就步进电机转了。
两相步进电机的转动步骤，以正转为例:
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图3-2两相步进电机正转工作过程示意图
由图可见，现相异步电机正转过程分为四个步骤，即 A相正方向电流、B相 正方向电流、A向反方向电流和B相反方向电流。反转工作的顺序与之相反。 A、 B两相线圈不是固定的电流方向，这与其它步进电机的控制逻辑有所不同。因此， 控制步进电机转动时，必须考虑用换相的思路设计实验线路。可以根据模拟驱动 电路的功能和pic必须的逻辑关系进行程序设计。
四、采用步进电机驱动器的控制方式
利用步进电机驱动器可以通过 PLC的高速输出信号控制步进电机的运动方 向、运行速度、运行步数等状态。其中：步进电机的方向控制，只需要通过控制 U/D端的On和Off就能决定电机的正转或反转；将光耦隔离的脉冲信号输入到 CP端就能决定步进电机的速度和步数；控制FREE言号就能使电机处于自由状态。
因此PLC的控制程序相当简单，只需通过PLC的输出就能控制步进电机的方 向、转速和步数。不必通过PLC控制电机换相的逻辑关系，也不必另外添加驱动 电路。实训面板见图3-4，梯形图见图3-5。本程序是利用D0的变化，改变TO 的定时间隔，从而改变步进电机的转速。通过两个触点比较指令使得 D0只能在
10?50之间变化，从而控制步进间隔是 1S?5S之间，I/O分配表见表3-1。
表3-1 I/O 分配表
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输入点 输出点 X0 X1 X2 X4 X5 正转/反转方向 电机转动 电机停止 频率增加 频率减少 Y0 Y1 电机控制脉冲 正转/反转运行 ?E
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图3-4 实训面板接线
图3-5 梯形图
五、采用PLC直接控制步进电机方式
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PLC实现步进电机的正反转及调整控制
