PLC控制步进电机加减速运行的设计
PLC实现步进电机的正反转及调整控制
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指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、FX2-48MR PLC 一台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。
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。
PLC实验报告：实验七步进电机控制实验
实验名称_步进电机控制实验 ________ 指导老师_______________ 成绩 __________专业机自班级_____________ 姓名_______________ 学号___________一、实验目的：1、熟悉移位指令的应用2、了解步进电机的工作原理和速度控制。
二、实验内容：按下启动按钮，若转向开关为闭合则电机正转，反之则反转。
此时按下加速按钮，电机加速，按下减速按钮则电机减速。
注意要求每按下一次，速度变化10脉冲/秒。
此时若切换转向开关，则电机转动方向能实时变化，按下停止按钮，则电机立即停止。
注意每次启动和停止时候以及转向时不能发生电机反跳的现象。
三、实验连线图：CPU224模块四、输入/输出地址分配及功能说明浙江大学城市学院实验报告纸IQ<□地址注释| 1 正展辂开关I142加谨按钮I0L13减速按樹I0.24 启动开关IQ.05D灯Q006两□0.17E灯□0.2B A灯Q0.39 D灯信号MIQ.010。
灯信号M0.111B灯信号M0.212纵丁信号M0.313移位信号M0.514变频信号M0.S五、实验程序NDV.W MDV.EEN ENO EN rununuIU OUT.■VW02tt10001 - IN匚LIT-MGO5-浙江大学城市学院实验报告纸网络4賈嫌信号| ISHRBEN ENDDATAS_GITN1 1移位信号・D好信斗VB2 -vl 网络5SMO.CI I A灯陽1 wf、1 1日灯博s 丿1 B灯c< j% wD灯育I ) 2D灯f \< J六、实验结论正丘转开关移位信号)启动畀关WC<=1D灯信号。
一种PLC步进电机控制系统设计
Ｘ３
正转
反转 启动
停止
Ｙ Ｏ
Ｙ １ Ｙ ２
控制 Ａ相
控制 Ｂ相 控制 Ｃ相
２ 系统 设 计
２ １ Ｐ Ｃ的选 型 ． Ｌ
Ｘ ４ Ｘ ５
低速 中速 高速
Ｐ Ｃ机 型选 择 的基 本 原 则 是 在 功 能满 足 要 求 的前 提 下 ． 择 最 可 Ｌ 选
单、 实用， 可解决步进 电机控制 中 还 低速运转和低速启动的问题 。
【 关键词 】 可编程控制 器； 步进电机 ； 制系统 ； 控 电路设计
０ 引 言
由于步进电机具有较好 的控制性能 ， 其启动 、 停车 、 反转及其他任 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． 因而被广 泛应用于数控 系统 中 ． 在机械制造装 备与控制 中发挥着 重要 的作用 ： 在建筑机械 及控制方 面 ， 随着 现代 建筑 向 自动 化 、 节能 化 、 息化和智能化发展需要 ， 信 步进 电机控制 技术可以应用在建 筑动 力控制 的多个方面 以实现越来越 高的控制精度要求。 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． 其输出位移量 与输入脉冲个数成正 比 ， 速度与单位时 间内输 入的 脉冲数即脉冲频率成正 比． 向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的 转 相序有关 所 以只要控制指令脉冲的频率 、 电机绕组通 电的相序及脉 冲数量 ． 便可控 制步进 电机 的输出方 向、 和位移量Ⅲ 速度 。以 Ｐ Ｃ为控 Ｌ 制核心 ． 以简 单的外 围电路程序设计 方法进行步进 电机控 制 ， 通过对 几个开关按钮控 制建立步进 电机 的正 、 反转 向 、 进位 移及转速 的控 步 制 系统 ． 具有线路 相对简单 ． 结构 紧凑 ， 价格低廉等优 点 ， 具有一定 的 实用价值
用PLC控制步进电机的相关指令说明
用PLC控制步进电机的相关指令下面介绍的指令只适用于FX1S、FX1N系列的晶体管输出PLC，如高训的FX1N-60MT。
这些指令主要是针对用PLC直接联动伺服放大器，目的是可以不借助其他扩展设备（例如1GM模块）来进行简单的点位控制，使用这些指令时最好配合三菱的伺服放大器（如MR-J2）。
然而，我们也可以用这些指令来控制步进电机的运行，如高训810室的实验台架。
下面我们来了解相关指令的用法：1、脉冲输出指令PLSY（FNC57）PLSY指令用于产生指定数量的脉冲。
助记法为HZ、数目Y出来。
指令执行如下：2、带加减速的脉冲输出指令PLSR（FNC59）3、回原点ZRN（FNC156）--------重点撑握ZRN指令用于校准机械原点。
助记法为高速、减速至原点。
指令执行如下：4、增量驱动DRVI（FNC158）--------重点撑握DRVI为单速增量驱动方式脉冲输出指令。
这个指令与脉冲输出指令类似但又有区别，只是根据数据脉冲的正负多了个转向输出。
本指令执行如下：5、绝对位置驱动指令DRVA（FNC159）本指令与DRVI增量驱动形式与数值上基本一样，唯一不同之处在于[S1.]：在增量驱动中，[S1.]指定的是距离，也就是想要发送的脉冲数；而在绝对位置驱动指令中，[S1.]定义的是目标位置与原点间的距离，即目标的绝对位置。
下面以高训810室的设备为例，说明步进电机的驱动方法：在用步进电机之前，请学员考虑一下几个相关的问题：1、何谓步进电机的步距角？何为整步、半步？何谓步进电机的细分数？2、用步进电机拖动丝杆移动一定的距离，其脉冲数是如何估算的？3、在步进顺控中运用点位指令应注意什么？（切断电源的先后问题！）步进电机测试程序与接线如下：1、按下启动按钮，丝杆回原点，5秒钟后向中间移动，2秒后回到原点。
注：高训810步进电机正数为后退，Y2亮，负数为向前，Y2不亮。
向前方为向（3#带侧）运动为，向后为向（1#带侧）运动。
基于ST-200PLC步进电机运动控制系统设计
设计控制系统中有 ７个数字量输入和 ３个
１系统的方案设计
本 系 统 设 计 实 现 三 个 主 要 功 能 ：对 步 进
出高 电平 “ １ ” ， 方 向 脉 冲 使得 步 进 电机 按 相
ｓ ７ — ２ ０ ０ ＣＰ Ｕ２ ２ ６型号 Ｐ Ｌ Ｃ结构紧凑 、扩展 性强 ，具有 丰富的功 能单元 ，可满足 中小复杂 的控制系统要求，故 本设计 中选用此型号作为 系统控 制器 。 结合步进 电机 的成本性能要求 ，选用两相 ５ ６系 列 的 ＤＭ５ ６ ７ ６ Ａ型 步进 电机 ，这 种步 进 电机机构简单、响应快、 距角小 、步进频率 高、经久耐用、力矩 － 惯性 比高等。 选用与 Ｄ Ｍ５ ６ ７ ６ Ａ型步进 电机 配套的 Ｄ ＭＤ４ ０ ３步进 电 机驱动器。
为 ＶＷ２ ０ ０ ＝ｖ ｗ２ ０ （ ） 一Ｖｗ １ ０ ，步进 电机 的速度 选用 Ｃ Ｐ ２ ４ ３ － １ 通 信模块 ，来实 现对系 统 就相应 的增加 。按 下减速 指令时接通 Ｉ Ｏ ． ４ ，执 的远程控制。 行 子程 序 Ｓ Ｂ Ｒ一 １ 加 法指 令 ，每 按一 次，高速
２ ． ２ Ｉ ／ ０ 分 配 及硬 件接 线
通过对步进 电机运的周 期为 Ｖ Ｗ２ ０ ０ ＝Ｖ Ｗ２ ０ ０ ＋ Ｖ Ｗ１ ０ 。步 进
电机 的速度就相应的减小。
器人的各种 动作。 为此本论文将 以此为 切入点 ，
设计 出一套基 于 Ｐ Ｌ Ｃ 的 步 进 电 机 运 动 控 制 系
PLC控制步进电机的应用案例
P L C控制步进电机的应用案例1利用P L S Y指令任务：利用PLC作为上位机,控制步进电动机按一定的角度旋转;控制要求：利用PLC控制步进电机顺时针2周,停5秒,逆时针转1周,停2秒,如此循环进行,按下停止按钮,电机马上停止电机的轴锁住;1、系统接线PLC控制旋转步进驱动器,系统选择内部连接方式;2、I/O分配X26——启动按钮,X27——停止按钮；Y1——脉冲输出,Y3——控制方向;3、细分设置在没有设置细分时,歩距角是,也即是200脉冲/转,设置成N细分后,则是200N脉冲/转;假设要求设置5细分,则是1000脉冲/转;4、编写控制程序控制程序可以用步进指令STL编写,用PLSY指令产生脉冲,脉冲由Y1输出,Y3控制方向;5、脉冲输出指令PLSY的使用脉冲输出指令PLSYM8029置1;如上图所示,当X10由ON变为OFF时,M8029复位,停止输出脉冲;若X10再次变为ON则脉冲从头开始输出;注意：PLSY指令在程序中只能使用一次,适用于晶体管输出类型的PLC;6、控制流程图7、梯形图程序参考8、制作触摸屏画面PLC控制步进电机的应用案例2利用定时器T246产生脉冲任务：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,只需通过控制U/D-端的On 和Off就能决定电机的正传或者反转；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信号就能使电机处于自由转动状态;1、系统接线系统选择外部连接方式;PLC控制左右、旋转、上下步进驱动器的其中一个;CP+端、U/D+端——+24VDC；CP-——Y0；U/D-——Y2；PLC的COM1——GND；A、A-——电机A绕组；B、B-——电机B绕组2、I/O分配X0—正转/反转方向,X1—电机转动,X2—电机停止,X4—频率增加,X5—频率减少；Y0—脉冲输出,Y2—方向;3、编写控制程序4、制作触摸屏画面PLC控制步进电机的应用案例3利用FX2N-1PG产生脉冲任务：应用定位脉冲输出模块FX2N-1PG,通过步进驱动系统对机器人左右、旋转、上下运动进行定位控制;控制要求：正向运行速度为1000Hz,连续输出正向脉冲,加减速时间为100ms,1、系统接线系统选择外部连接方式;PLC通过FX2N-1PG控制左右、旋转、上下步进驱动器的其中一个;VIN端、CP+端、U/D+端——+24VDC；CP-——FP；U/D-——Y4；PLC的COM1端、FX2N-1PG的COM0端——GND；A、A-——电机A绕组；B、B-——电机B绕组2、I/O分配X0—正转,X1—反转,Y4—方向；;3、编写控制程序4、制作触摸屏画面。
PLC实现步进电机正反转和调速控制
PLC实现步进电机正反转和调速控制PLC（可编程逻辑控制器）是一种专门用于工业自动化控制系统的计算机控制设备。
它可以实现对多种设备和机器的控制，包括步进电机。
步进电机是一种通过步进角度来控制转动的电机，其转动可以精确地控制在每个步进角度停留一段时间。
步进电机的正反转和调速控制是实现工业自动化过程中常用的功能，PLC可以很好地实现这些控制。
一、步进电机的正反转控制步进电机的正反转控制是通过控制步进电机的相序来实现的。
步进电机有多种相序方式，常见的包括正向旋转、逆向旋转、双向旋转等。
PLC 可以通过控制步进电机的相序开关来实现步进电机的正反转。
在PLC中，可以使用PLC的输出口来控制步进电机的相序开关。
通过将输出口与步进电机的控制线路连接，可以控制相序开关的状态，从而控制步进电机的正反转。
例如，将PLC的一个输出口连接到步进电机的CW （Clockwise）输入线路，另一个输出口连接到步进电机的CCW（Counter Clockwise）输入线路，可以通过控制这两个输出口的状态来实现步进电机的正反转。
二、步进电机的调速控制步进电机的调速控制是通过控制步进电机的脉冲频率来实现的。
步进电机的转速与脉冲频率成正比，脉冲频率越高，步进电机的转速越快。
因此，通过控制PLC输出口给步进电机发送的脉冲频率，可以实现步进电机的调速控制。
在PLC中，可以使用定时器模块来控制步进电机的脉冲频率。
定时器模块可以通过设定计时器的定时时间和周期，来控制输出口的脉冲频率。
通过控制定时器的定时时间，可以控制步进电机每个步进角度的停留时间，从而控制步进电机的转速。
除了定时器模块，PLC还可以使用计数器模块来实现步进电机的调速控制。
计数器模块可以通过设定计数器的初始值和计数步长，来控制输出口的脉冲频率。
通过控制计数器的初始值和计数步长，可以控制步进电机每个步进角度的停留时间，从而实现步进电机的转速控制。
三、步进电机正反转和调速控制实例以下是一个使用PLC实现步进电机正反转和调速控制的实例。
基于PLC的步进电机控制系统设计
基于 PLC的步进电机控制系统设计摘要：步进电机的转速、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，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。
本研究以PLC为控制核心，通过PLC向步进电机输出方向信号、脉冲信号，分别控制步进电机的方向和角位移，实现对步进电机的时间和角度两种模式控制，并通过组态王上位机软件实现对电机的监控。
该套设备运用于实验室立体仓库教学设备，对控制立体仓库XYZ三轴运动的准确定位起到了关键作用。
关键词：PLC;步进电机;模式控制;组态王软件1步进电机的工作机理步进电机是机电控制系统中的一种常用执行机构，主要是通过对每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。
一般来说，机电控制系统中的驱动电路由脉冲信号来控制，调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速，达到调速的目的。
步进电机三相六拍运行的供电方式为A—AB—B—BC—C—CA—A，每一循环换接6 次，共有6 种通电状态。
当A 相通电时，转子齿1、3 和定子磁极A、A'对齐。
当控制绕组A 相B 相同时通电时，转子齿2、4 受到反应转矩使转子逆时针方向转动，转子逆时针转动后，转子齿1、3 与定子磁极A、A'轴线不再重合，从而转子齿1、3 也受到一个顺时针的反应转矩，当这2 个方向相反的转矩大小相等时，电机转子停止转动。
当A 相控制绕组断电而只由B 相控制绕组通电时，转子又转过一个角度使转子齿2、4 和定子磁极B、B'对齐，三相六拍运行方式两拍转过的角度刚好与三相单三拍运行方式一拍转过的角度一样，即三相六拍运行方式的步距角为15°。
接下来的通电顺序为BC—C—CA—A，运行原理和步距角与前半段A—AB—B 一样，即通电方式每变换一次，转子继续按逆时针转过一个步距角。
如果改变通电顺序，按A—AC—C—CB—B—BA—A 顺序通电，则步进电机顺时针一步一步转动，步距角也是15°。
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PLC控制步进电机加减速运行的设计
【摘要】步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。可以通过控制
脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时也可以通过控制脉冲
频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。本文以PLC高级
指令中的PTO（脉冲串操作）/PWM（脉宽调制）发生器功能指令为例，对给出
的步进电机加速起动、恒速运行和减速过程进行了全面的设计。
【关键词】步进电机；脉冲；PLC；加减速
Abstract：Stepper motor is an actuator that transform the electrical pulse into the
angular displacement.It can control the angular displacement by change the number of
pulse.It can also control the rotation speed and acceleration by change the frequency
of pulse to achieve the purpose of speed.In this paper，use advanced PLC instructions
including PTO（Pulse Train Operation）/PWM（Pulse Width Modulation）generator
function instruction as an example，comprehensive design the stepper motor speed up
starting，constant speed operation and deceleration process.
Key words：Stepper motor；pulse；PLC；accelerate and decelerate
步进电机是数字控制系统中的执行电动机，改变输入脉冲的数目就能控制步
进电动机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机
转子机械位移的方向，实现位置的控制[1]。
目前世界上主要的PLC厂家生产的PLC均有专门的步进电机控制指令，可
以很方便地和步进电机构成运动控制系统。PLC要和步进电机配合实现运动控
制，还需要在PLC内部进行一系列设定，或者是编制一定的程序。
1.硬件的设计
1.1 PLC的选择
本次研究中PLC要和步进电机配合实现运动控制，需要在PLC内部进行设
定并编制一定的程序。另外，步进电机控制是要用高速脉冲控制的，所以PLC
必须是可以输出高速脉冲的晶体管输出形式，不可以使用继电器输出形式的PLC
来控制步进电机。
由于此设计对PLC的要求并不是很高，输入/输出点所用不多，程序量不是
很大，所以用西门子S7-200CPU226型PLC就可以满足要求。西门子S7系列PLC
体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高[2]。
1.2 步进电机的选择
在选择步进电动机时主要考虑的是步进电动机的类型选择，根据系统要求，
确定步进电动机的电压值、电流值以及有无定位转矩和使用螺栓机构的定位装
置，从而就可以确定步进电动机的相数和拍数。
这次设计所选用的步进电机为57BYG2
50C型，它的数据参数如表1所示。
1.3 步进电机驱动器的选择
步进电机的运行要由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转化为步进电机的角位移，或者说：控制系统每
发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速
与脉冲信号的频率成正比。
一般来说，对于两相四根线电机，可以直接和驱动器相连，以两相混合步进
电动机驱动器为例，主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成[3]。
所有型号驱动器的输入信号都相同，共有三路信号，它们是：步进脉冲信号CP、
方向电平信号DIR和脱机信号FREE。脱机信号FREE为低电平有效，这时电机
处于无力矩状态。若FREE端为高电平或悬空不接时，电机可正常运行。
此步进电机驱动器的电气技术数据如表2所示。
2.控制功能设计
本文研究的内容为“PLC控制步进电机加减速运行的设计”，通过手动控制步
进电机运行，可以通过PLC程序从外部输入脉冲数值，并能实现正反转运行。
运行所走的路线按照下列包络控制电机运行。如图1所示。
根据图1包络中的数值分析运行的脉冲总数为1000个脉冲，起动频率为
500Hz，最大脉冲频率为1000Hz，这要求PLC中的高级指令PTO发生器包括三
段管线，由于包络中的值是用周期而不是用频率表示的，需要将频率值转换成周
期值。
初始周期为2000μs，最高频率的周期为1000μs，则对于第一段包络线来说，
脉冲发生器调整脉冲周期的增量值：
周期的增量值=(ECT-ICT)/Q （1.1）
=(1000-2000)/110
=-9μs/周期
式中的ETC、ICT和Q分别是该段最高频率的周期、初始时的周期和脉冲
数[4]。由上面的计算过程式（1.1）可知，对于给定了初始频率、运行频率以及
行程。可以根据公式计算出频率上升的斜率，基于此原则，可以在子程序中设定
外部给定的三个变量：初始频率、运行频率、脉冲数，计算出各段运行脉冲数。
根据此原理进行对程序的设计。
步进电机驱动器接线示意图如图2所示。
3.PLC程序的设计
PLC的I/O分配如表3所示。
3.1 主程序
主程序是整个程序的支架部分，也是改变三个变量值的地方。网络1为停止
程序，因为停止指令的优先等级高，所以将停止指令放在网络1。网络2为启动
指令（即脉冲的计算输出）。网络3、4为脉冲数的加、减指令，每次加、减的数
值就是步进电机的行程。网络5是数据类型的转换，为后面计算所用。此外还包
括2个调用子程序（脉冲的计算输出程序和停止程序）。
当触点I0.2每闭合一次时，脉冲个数的设定值从0开始增加1000，当触点
I0.3每闭合一次时，脉冲个数的设定值从当前值减少1000。当触点I0.1闭合时，
调用脉冲的计算输出程序，启用3段包络线控制电机运行。当触点I0.0闭合时，
调用停止程序，停止电机，复位系统，完成控制要求。
3.2 脉冲的计算输出程序
脉冲的计算输出程序为一个子程序，它是根据式（1.1）计算出的周期的增
量值，和主程序中的三个变量（初始频率、运行频率和脉冲数），再由式（1.1）
反算出三段包络线所需的数据。最后输出脉冲，驱动步进电机运行。
3.3 停止程序
停止程序是用于停止步进电机运行的，将SMB67的参数置为0，即不启用
脉冲输出，将步进电机的当前值VD1200及VD10清零。
4.结论
通过本次设计，从最开始的步进电机、步进电机驱动器以及整体控制功能的
数据分析入手，在硬件上对PLC、步进电机以及步进电机驱动器进行了选择，最
后编制出PLC程序实现了利用PLC发出高速脉冲对步进电机的加减速控制。
参考文献
[1]胡幸鸣.电机及拖动基础[M].北京:机械工业出版社,2008.
[2]徐国林.PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2008.
[3]王侃夫.数控机床控制技术与系统[M].北京:机械工业出版社,2009.
[4]廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2007.
张博舒（1966—）女，陕西泾阳人，硕士，副教授，高级工程师，研究方向：
电气自动化。