第5讲 PLC与步进电机的运动控制
PLC的步进电机控制系统
在机器人中，步进电机控制系统 可以用于关节、手臂等部位的驱 动和控制，实现机器人的灵活运 动。
02
PLC在步进电机控制系统中 的作用
PLC的定义与功能
PLC（可编程逻辑控制器）是一种工 业自动化控制设备，它通过编程实现 各种逻辑控制、顺序控制和过程控制 等功能。
PLC具有高可靠性、高灵活性、易于 编程和易于扩展等优点，广泛应用于 工业自动化领域。
基于PLC的步进电机控制系 统实例
实例一：自动化生产线上的物料分拣系统
自动化生产线上的物料分拣系统通常采用PLC作为主控制器，通过步进电 机驱动传送带、机械臂等设备进行物料的分拣。
PLC通过接收上位机发出的指令，控制步进电机驱动器，进而驱动步进电 机转动，实现物料的传送和分拣。
该系统能够提高生产效率、减少人工干预，并保证物料分拣的准确性和一 致性。
提高控制精度
PLC可以对步进电机的运行进行精确 控制，从而提高系统的控制精度。
增强系统稳定性
PLC具有高可靠性和稳定性，可以保 证步进电机控制系统长期稳定运行。
易于编程和调试
PLC采用图形化编程语言，易于学习 和使用，同时具有丰富的调试工具， 方便系统调试。
易于扩展和维护
PLC具有易于扩展和维护的特点，可 以根据实际需求进行系统升级和改造。
05
PLC步进电机控制系统的未 来发展
技术创新与改进
高效能控制算法
随着控制理论的发展，将会有更多高
智能传感器技术
模块化设计
采用模块化设计理念，便于系统的扩 展和维护，降低系统的复杂性和成本。
集成智能传感器技术，实现精确的电 机位置和速度检测，提高系统的可靠 性和稳定性。
驱动器是用来驱动步进电机的设备，它将 PLC输出的脉冲信号转换成适合步进电机的 控制信号，驱动步进电机转动。
PLC实现步进电机的正反转及调整控制
PLC实现步进电机的正反转及调整控制PLC是专门用于控制工程自动化系统的一种可编程逻辑控制器，其可以通过编程来实现对各种电气设备的控制。
在实际工程中，步进电机广泛应用于自动化设备中，如数控机床、包装机械、印刷设备等。
步进电机具有分辨率高、精度高、响应速度快等优点，因此被广泛应用于各种自动化控制系统中。
在PLC实现步进电机的正反转及调整控制中，需要考虑以下几个方面：1.步进电机驱动模块选型：步进电机需要配合驱动模块进行控制，通常采用的是脉冲信号驱动方式。
在PLC控制系统中，可以选择适合的驱动模块，如常见的2相、4相步进电机驱动模块。
2.步进电机控制程序设计：通过PLC软件编程，编写程序实现步进电机的正转、反转及调整控制功能。
在程序设计中，需要考虑步进电机的控制方式、驱动模块的接口信号、脉冲信号的频率等参数。
3.步进电机正反转控制：在程序设计中，通过PLC输出脉冲信号控制步进电机的正反转运动。
具体步骤包括设置脉冲信号的频率和方向，控制步进电机按设定的脉冲信号实现正反转运动。
4.步进电机调整控制：步进电机的位置调整控制通常通过调整脉冲信号的频率和数目来实现。
通过PLC编程，实现步进电机的位置调整功能，从而实现对步进电机位置的精准控制。
5.总体控制设计：在PLC控制系统中，可以将步进电机的正反转及调整控制与其它控制功能相结合，实现对整个自动化系统的精确控制。
通过PLC编程，可以灵活设计多种控制逻辑，满足不同工程项目的需求。
综上所述，通过PLC实现步进电机的正反转及调整控制主要涉及步进电机驱动模块选型、控制程序设计、正反转控制、调整控制和总体控制设计等方面。
通过精心设计和编程，可以实现对步进电机的精确控制，满足各种自动化控制系统的要求。
PLC技术的应用将有助于提高自动化生产设备的生产效率和稳定性，推动工业自动化技术的发展。
步进电机控制方法plc
步进电机控制方法plc随着现代制造业的飞速发展，步进电机作为一种精密控制技术在自动化设备中得到广泛应用，而PLC（可编程逻辑控制器）则是控制步进电机的常见方案之一。
在工业生产中，步进电机的控制方法多种多样，其中结合PLC技术进行控制是一种高效可靠的方式。
本文将介绍一些常见的步进电机控制方法，并分析PLC在这些控制方法中的应用。
正转和反转控制正转和反转控制是步进电机最基本的控制方法之一。
通过控制电机输入的脉冲信号的频率和方向，可以实现步进电机的正转和反转。
在PLC中通常会使用计数器来记录脉冲信号的数量，从而控制电机的转动角度和方向。
通过设定计数器的值和控制脉冲信号的输出频率，可以精确控制步进电机的转动。
速度控制除了控制电机的方向外，控制步进电机的速度也是至关重要的。
在工业自动化系统中，需要根据不同的生产需求来调整步进电机的转速。
PLC可以通过调节输出脉冲信号的频率来实现步进电机的精确速度控制。
通过监控电机的转速并根据实际情况进行调整，可以保证生产过程的稳定性和效率。
位置控制在很多自动化系统中，需要步进电机按照预先设置的位置进行精确定位。
PLC在位置控制中发挥了关键作用。
通过监测电机的位置信息以及输入的控制指令，PLC可以精确地控制步进电机的位置。
在工业生产中，位置控制常常用于需要高精度定位的场景，如自动装配线和自动化仓储系统等。
脉冲控制步进电机的运动是通过输入一定数量的脉冲信号来实现的。
因此，脉冲控制是控制步进电机最基本的方法之一。
PLC通过输出一定频率和数量的脉冲信号，可以精确控制步进电机的运动。
在工业生产中，通常会根据实际需求设定脉冲信号的参数，如脉冲频率、脉冲数量和脉冲方向等，从而实现对步进电机的精确控制。
总结步进电机作为一种精密控制技术，在工业自动化领域具有重要的应用意义。
结合PLC技术可以实现对步进电机的高效控制，包括正转和反转控制、速度控制、位置控制和脉冲控制等。
通过合理设计控制方案并结合PLC的灵活性和可编程特性，可以实现对步进电机运动的精确控制，从而提高生产效率和产品质量。
PLC实现步进电机的正反转及调整控制
PLC实现步进电机的正反转及调整控制
一、PLC实现步进电机的控制原理
拿步进电机举例，大家可以把它想象成一个隔著一定距离的圆盘，隔着每一环的距离形成齿轮的节点。
步进电机的正向或反向转动，就是将这一环索引和圆盘一起发动转动。
步进电机的转动，是靠每一步索引圆盘来完成的，每一步都有一个控制信号来告诉电机从哪一环节点开始转动，当接收到控制信号时，电机开始转动，并且每转一圈循环转动几个索引。
1、正向、反向控制
要实现步进电机的正向反向控制，就要在PLC程序中控制信号形式来实现，一般可以使用两个控制信号，一个是正反控制信号，一个是步进电机转动的速度，要求PLC程序根据正反控制信号来实现正向和反向控制。
正反控制信号就是设置一个开关量变量，当这个开关量为ON时，电机运行正转，当开关量为OFF时，电机运行反转，具体可以采用T函数来实现，T11=1，电机正转，T12=0，电机反转。
由于步进电机的转动是一布一射的过程，所以需要用一个电位器来控制步进电机的转动速度，当电位器的旋钮调整到一定位置时，就会给出一定频率的步进信号，PLC程序可以根据此步进信号，来控制步进电机的转动速度。
plc控制步进电机工作原理
plc控制步进电机工作原理PLC控制步进电机的工作原理步进电机是一种按照一定规律逐步转动的电动机，其中每步转动一个固定角度。
PLC（可编程序逻辑控制器）作为一种专门用于自动化控制的电子设备，常被用于控制步进电机，实现精确的位置控制。
步进电机的工作原理如下：首先，步进电机由多个电磁线圈组成，这些线圈的位置决定了电机的转子位置。
当电源施加在电磁线圈上时，线圈会产生磁场吸引或排斥磁性定子，从而使转子沿着一定的角度旋转。
步进电机有两种常见的驱动方式：单相驱动和双相驱动。
在单相驱动的步进电机中，每次只有一个线圈被激活，而在双相驱动的步进电机中，每次有两个线圈被激活。
PLC控制步进电机的工作原理如下：首先，PLC接收到外部的输入信号，例如传感器检测到的位置信息或其他触发信号。
PLC根据这些输入信号来判断步进电机应该转动到的位置。
PLC内部的逻辑控制程序会根据设定的运行模式和算法，生成驱动信号来控制步进电机。
这些驱动信号会通过PLC的输出端口发送给步进电机的驱动电路。
步进电机的驱动电路会根据驱动信号的频率和脉冲宽度来决定电机的转动方式和速度。
通常，每接收到一个驱动信号，步进电机就会转动一个固定的角度。
通过不断发送驱动信号，PLC可以准确地控制步进电机的转动角度和速度，从而实现精确的位置控制。
在实际应用中，PLC控制步进电机通常与其他传感器、开关和执行器等设备配合使用，形成一个自动化系统。
PLC不仅可以控制步进电机的转动，还可以根据不同的需求进行逻辑判断和与其他设备的数据交互，实现更复杂的控制功能。
总结起来，PLC控制步进电机的工作原理是通过接收外部输入信号、根据内部的逻辑控制程序生成驱动信号，控制步进电机的转动角度和速度，从而实现精确的位置控制。
PLC实现步进电机的正反转和调整控制
PLC实现步进电机的正反转和调整控制PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于自动化控制系统的可编程电子设备。
在工业领域，PLC被广泛应用于各种自动化设备和机器的控制。
步进电机是一种非塔式电机，其运动是以固定的步长进行的，适用于需要精确定位的应用，如印刷机、数控机床等。
本文将介绍如何使用PLC实现步进电机的正反转和调整控制。
步进电机的正反转控制可以通过改变电机的运行顺序来实现。
一种常见的方法是使用四相步进电机，通过改变电机的相序来实现正反转。
一般来说，步进电机有两种驱动方式：全步进和半步进。
全步进驱动方式是指每次脉冲信号到达时，电机转动一个步进角度。
全步进驱动方式可以通过控制PLC输出的脉冲信号来实现。
例如，当需要电机正转时，在PLC程序中输出连续的脉冲信号，电机将按照一定的步进角度顺时针旋转。
当需要反转时，输出连续的反向脉冲信号，电机将逆时针旋转。
半步进驱动方式是指每次脉冲信号到达时，电机转动半个步进角度。
半步进驱动方式可以通过改变输出的脉冲信号序列来实现。
例如，正转时输出连续的脉冲信号序列：1000、1100、0100、0110、0010、0011、0001、1001，电机将按照半个步进角度顺时针旋转；反转时输出反向脉冲信号序列：1001、0001、0011、0010、0110、0100、1100、1000，电机将逆时针旋转。
调整控制是指通过PLC来调整步进电机的运行速度和位置。
调速控制可以通过改变输出脉冲信号的频率来实现。
例如，可以定义一个计时器来控制输出脉冲信号的频率，通过改变计时器的时间参数来改变电机的速度。
较小的时间参数将导致更快的脉冲频率，从而使电机加快转速。
位置控制可以通过记录步进电机当前的位置来实现。
可以使用PLC的存储和控制功能来记录和更新电机的位置信息。
例如，可以使用一个变量来保存电机当前的位置，并在转动过程中不断更新该变量的值。
通过读取该变量的值，可以获得电机当前的位置信息。
总结起来，使用PLC实现步进电机的正反转和调整控制可以通过控制输出的脉冲信号序列和频率来实现。
如何用PLC控制步进电机？
PLC对步进电动机的控制（1）前言步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件步进电机的输出位移量与输人脉冲个数成正比，其速度与单位时间内输人的脉冲数(即脉冲频率)成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。
所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。
步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而广泛应用在数控机床、钟表、数字系统、程序控制系统及航天工业装置中。
随着科技的飞速发展，计算机控制已经广泛应用在所有的工业领域。
可编程序控制器(PLC:Programmable LogicController)，是一种新型、通用的自动控制装置，具有良好的控制精度、高可靠性、灵活通用、便于编程、使用方便等优点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用。
PLC对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实现对步进电机的控制。
因此如何实现PLC控制步进电机的通用控制电路设计方法有着实际生产意义。
（二）PLC特点1.软硬件功能强。
PLC内部具备很多功能，如时序、计算器、主控继电器、移位寄存器及中间寄存器等，能够方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制0／I等功能。
PLC不仅可进行逻辑运算、算术运算、数据转换以及顺序控制，而且还可以实现模拟运算、显示、监控、打印以及报表生成等功能。
2.通用性强、采用模块化结构。
绝大多数PLC均采用模块化结构，为了适应各种工业控制需要，设计人员可以根据控制对象的规模和控制要求，选择合适的PLC产品组成所需要的控制系统。
包括CPU,电源、I/0接口等均采用模块化设计，系统的规模和功能可根据需要自行组合且扩充方便、组合灵活。
3.运行稳定可靠，抗干扰能力强。
PLC采用可屏蔽、滤波、隔离、故障诊断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，其平均无故障时间达到（3～5）×104h以上此外PLC还具有编程简单易学、手段多；安装简单、维修方便；速度快等特点，是“机电一体化”特有的产品。
PLC如何控制步进电机
PLC如何控制步进电机PLC（可编程逻辑控制器）是一种广泛应用于工业自动化领域的控制设备，通过输入/输出模块对各种机电设备进行控制。
在PLC系统中，步进电机是常见的执行元件之一，它具有准确的位置控制和高的加减速性能。
本文将介绍PLC如何控制步进电机，包括步进电机的驱动方式、PLC的控制原理及步进电机控制的程序设计。
一、步进电机的驱动方式1.串行通信驱动方式：步进电机通过串行通信驱动方式与PLC进行通信和控制。
首先，将PLC与串行通信模块相连，通过串行通信模块与步进电机控制器进行通信。
PLC通过串行通信模块发送指令，步进电机控制器接收指令后控制步进电机运动。
2.并行通信驱动方式：步进电机通过并行通信驱动方式与PLC进行通信和控制。
与串行通信驱动方式类似，首先将PLC与并行通信模块相连，通过并行通信模块与步进电机控制器进行通信。
PLC通过并行通信模块发送指令，步进电机控制器接收指令后控制步进电机运动。
3.脉冲驱动方式：步进电机通过脉冲驱动方式与PLC进行通信和控制。
在脉冲驱动方式中，需要PLC输出脉冲信号控制步进电机。
通常情况下，PLC将脉冲信号传递给步进电机驱动器，在驱动器中产生相应的控制信号，实现对步进电机的控制。
二、PLC的控制原理PLC作为控制器，一般采用扫描运行方式。
其运行原理如下：1.输入信号读取：PLC将外部输入信号输入到输入模块中，采集输入信号，并将其从输入模块传递给中央处理器（CPU）进行处理。
2. 程序执行：CPU根据事先编写好的程序进行处理，包括数据处理、逻辑运算和控制计算等。
PLC程序一般采用ladder diagram（梯形图）进行编写。
3.输出信号控制：根据程序的执行结果，CPU将处理好的数据通过输出模块发送给外部设备，用于控制和操作外部设备。
三、步进电机控制的程序设计步进电机的控制程序主要包括参数设定、模式选择、起停控制、运动控制等部分。
下面以一个简单的例子来说明步进电机控制的程序设计过程：1.参数设定：首先需要设定步进电机的一些参数，如电机型号、步距角度、运动速度等。
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光栅尺与PLC按如图进行连接。
四、基于PLC与步进电机的小车自动往返控制 项目一：步进电机正反转控制
用S7-200 PLC控制步进电机正转与反转。把步进电机驱动器 的D2设置为OFF，即PU为步进脉冲信号，DR为方向控制信号。PLC
的Q0.0输出高速脉冲至步进电机驱动器的PU端，Q0.1控制步进电机
000个脉冲对应的位移变化为50mm，所以1mm对应的脉冲数为200个。
若设定A位置的坐标值为60mm，则对应的高速计数器的当前值为12 000。
设A点位置通过元件VD0设定，数据范围为0～200mm。按下启动按 钮，比较小车当前所在位置和A点位置坐标，若小车当前所在位置大于
A点位置坐标，则控制小车向右运行，运行到两个位置值相等时产生一
细分：细分就是指电机运行时的实际步矩角是基本步矩角的几
分之一。如：驱动器工作在10细分状态时，其步矩角只为电机固有步 矩角的十分之一，也就是说：当驱动器工作在不细分的整步状态时，
控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°，而用细分驱动器工作
在10细分状态时，电机只转动了0.18°。细分功能完全是由驱动器靠 精度控制电机的相电流所产生的，与电机无关。
到左右极限开关，小车自动停止。
I/O分配如表示。设Q0.1为OFF时小车往左运行，为ON时小车往 右运行。
五、基于PLC与步进电机的位置闭环控制
用PLC的Q0.0向步进电机发出高速脉冲串，步进电机驱动器驱
动步进电机带动小车运行。小车运行轨迹上安装有位移检测的DA-300 光栅尺，在轨道上安装有左、右限位开关和原点开关，从原点至右行程
反转。对应小车的运行各输出点分配如下： 正转启动，I0.0；
反转启动，I0.1；
向左运行，Q0.0发脉冲，Q0.1为OFF； 向右运行，Q0.0发脉冲，Q0.1为ON； 停止，Q0.0停止发脉冲，Q0.1为OFF。
控制程序如图所示。
项目二：运动小车自动往返控制。
按下启动按钮后，要求小车能自动往返运行。按下停止按钮或碰
2、步进电机
（1）步进电机的选型
a、驱动器的电流。电流是判断驱动器能力大小的依据，是选择驱 动器的重要指标之一，通常驱动器的最大额定电流要略大于电机的额定
电流，通常驱动器有2.0、35、6.0和8.0A。
b、驱动器的供电电压。供电电压是判断驱动器升速能力的标志， 常规电压供给有24V（DC）、40V（DC）、60V（DC）、80V（DC） 、110V（AC）、220V（AC）等。 c、驱动器的细分。细分是控制精度的标志，通过增大细分能改善 精度。步进电机都有低频振荡的特点，如果电机需要工作在低频共振区 工作，细分驱动器是很好的选择。此外，细分和不细分相比，输出转矩
对各种电机都有不同程度的提升。
（2）步进电机驱动器 本系统中采用两相混合式步进电机驱动器 YKA2404MC 细分驱动器
，其外形如图所示。
（3）步进电机驱动器的端子与接线
（4）．步进电机驱动器的细分设定 YKA2404MC步进电机驱动器共有6个细分设定开关。
三、光栅尺
光栅尺是用来检测位移的元件，下面以型号为KA-300为例介绍光
（4）用光栅尺来检测小车位移。
（5）设小车的有效运行轨道为200mm，原点位置坐标为0点。
I/O分配及接线图如图所示。Q0.0输出高速脉冲控制小车运行速度， Q0.1控制小车的运行方向。Q0.1为OFF时小车往左运行，为ON时小车 往右运行。
分析：用A、B相正交高速计数器对光栅尺的A、B相输出脉冲进行高 速计数。对高速计数器选择4X计数速率。则高速计数器从0计数到10
栅尺的使用。该光栅尺输出信号为脉冲信号，通过PLC对该高速脉冲
进行高速计数即可实现位移的检测。
KA-300光栅尺的参数，该光栅尺在物理位置上有三个Z相脉冲输出 点，相临两点的距离为50mm，Z相每发出一个脉冲，A相或B相就发出 2500个脉冲。 可通过A相与B相的超前与滞后来分析物体运行的方向。 通过PLC对A相或B相的脉冲计数就可以计算出物体所在的位置。A相、 B相正交脉冲与Z相脉冲波形图如图所示，在该图中，A相脉冲超前于B 相脉冲。
限位开关距离小于光栅尺的测量距离。编程实现以下功能：
（1）按下回原点按钮，小车运行至原点后停止，此时小车所处的位 置坐标为0。系统启动运行时，首先必须找一次原点位置。 （2）当小车碰到左限位或右限位开关动作时，小车应立即停止。
（3）设定A位置对应坐标值。按下启动按钮，小车自动运行到A
点后停止5s，再自动返回到原点位置结束。运行过程中若按停止按钮 则小车立即停止，运行过程结束。
，则整步驱动方式下，每个脉冲使电机移动1.8°。
半步：在单相激磁时，电机转轴停至整步位置上，驱动器收到 下一个脉冲后，如给另一相激磁且保持原来相继续处在激磁状态，
则电机转轴将移动半个基本步矩角，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两相激磁，步进电机将以每 个脉冲半个基本步矩角的方式转动。
电机。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进电机脉冲
信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电 机精确定位。
（2）常用术语 步进角：每输入一个电脉冲信号时转子转过的角度称为步进角
。步进角的大小可直接影响电机的运行精度。
整步：最基本的驱动方式，这种驱动方式的每个脉冲使电机移 动一个基本步矩角。例如：标准两相电机的一圈共有200个步矩角
一、运动小车装置介绍
二、运动控制与步进电机 1、运动控制
（1）运动控制系统简介 运动控制系统是一门有关如何对物体位置和速度进行精密控制 的技术，典型的运动控制系统由三部分组成：控制部分、驱动部分和 执行部分。
步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进 电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号，加以放大以驱动步进
个中断，使小车立即停止。若小车当前所在位置小于A点位置坐标，则 控制小车向左运行，运行到两个位置值相等时产生一个中断，使小车
立即停止。若小车当前位置与A点位置相同，则按下启动按钮后，小车
停止5s后返回到原点。
（a）主程序
（
（b）运行子程序
（c）停止子程序
（d）中断停止程序