PLC與步進驅動器控制原理

PLC與步進驅動器控制原理

控制原理

步進馬達通常用於定位控制。它們可以透過 PLC 輸出的脈衝數量進行控制，以確定旋轉角度（從而確定距離），並透過脈衝頻率調節馬達的速度。步進馬達系統簡單、經濟高效且易於控制，適合控制精度要求不高的應用。對於高精度控制場景，通常需要伺服控制系統。

步進系統包括步進驅動器和步進馬達。步進馬達由步進驅動器驅動，步進驅動器作為動力源。驅動器由外部脈衝和方向訊號（本例為來自西門子PLC的脈衝）控制，從而調節馬達的旋轉角度和速度。

關鍵定義

1. 司機：PLC和步進馬達之間的中介。它將PLC傳來的脈衝訊號放大後傳送給步進電機，使電機依照PLC和驅動器設定的參數運作。

2、步距角：步進馬達每個脈衝旋轉的角度。常見的步距角為 1.8°，通常不可調整。

舉例：PLC需要輸出多少個脈衝才能讓步距角為1.8°的步進馬達旋轉一整圈（360°）而不進行微步？

答：360° / X = 1.8° / 1 ⇒ X = 200 個脈衝。

3. 微步：在實際應用中，大的步距角會造成明顯的振動並增加控制誤差。微步進使用驅動器的 DIP 開關將步距角分成更小的部分，從而使馬達運行更平穩。

範例：如果步距角為 1.8°，微步設定為 10，馬達完成一整圈需要多少個脈衝？

答：360° / X = (1.8° / 10) / 1 ⇒ X = 2000 個脈衝。

小結：步距角越大，所需的脈衝越少，步距角越小，所需的脈衝越多。

步進系統硬體（以Phidgets步進馬達為例）

1. 步進驅動器

脈衝+方向控制：當PUL產生脈衝時，馬達旋轉，方向由DIR決定。

正向脈衝+反向脈衝控制：PUL 脈衝使馬達正轉，DIR 脈衝使馬達反轉。 PUL 和 DIR 不應同時產生脈衝。

2. 步進電機

當A、B相繞組互換時，馬達以相反方向旋轉。

步進馬達的訊號電壓為5V，而西門子PLC工作在24V。連接驅動器時必須串聯1.2K、1/4W的電阻，如圖紅色部分所示。

西門子PLC（CPU222）支援兩種類型的高速脈衝輸出：

PTO（脈衝串輸出）：50% 佔空比。

PWM（脈寬調變）：可調式佔空比。

這些高速脈衝輸出可用於控制步進驅動器和特定設備的運動和速度。