PLC与步进驱动器控制原理

PLC与步进驱动器控制原理

控制原理

步进电机通常用于定位控制。它们可以通过 PLC 输出的脉冲数量进行控制，以确定旋转角度（从而确定距离），并通过脉冲频率调节电机的速度。步进电机系统简单、经济高效且易于控制，适合控制精度要求不高的应用。对于高精度控制场景，通常需要伺服控制系统。

步进系统包括步进驱动器和步进电机。步进电机由步进驱动器驱动，步进驱动器作为动力源。驱动器由外部脉冲和方向信号（本例中为来自西门子PLC的脉冲）控制，从而调节电机的旋转角度和速度。

关键定义

1. 司机：PLC和步进电机之间的中介。它将PLC传来的脉冲信号放大后传输给步进电机，使电机按照PLC和驱动器设定的参数运行。

2、步距角：步进电机每个脉冲旋转的角度。常见的步距角为 1.8°，通常不可调节。

举例：PLC需要输出多少个脉冲才能使步距角为1.8°的步进电机旋转一整圈（360°）而不进行微步？

答案：360° / X = 1.8° / 1 ⇒ X = 200 个脉冲。

3. 微步：在实际应用中，大的步距角会引起明显的振动并增加控制误差。微步进使用驱动器的 DIP 开关将步距角分成更小的部分，从而使电机运行更平稳。

示例：如果步距角为 1.8°，微步设置为 10，则电机完成一整圈需要多少个脉冲？

答案：360° / X = (1.8° / 10) / 1 ⇒ X = 2000 个脉冲。

小结：步距角越大，需要的脉冲越少，步距角越小，需要的脉冲越多。

步进系统硬件（以Phidgets步进电机为例）

1. 步进驱动器

脉冲+方向控制：当PUL产生脉冲时，电机旋转，方向由DIR决定。

正向脉冲+反向脉冲控制：PUL 脉冲使电机正转，DIR 脉冲使电机反转。 PUL 和 DIR 不应同时生成脉冲。

2. 步进电机

当A、B相绕组互换时，电机以相反方向旋转。

步进电机的信号电压为5V，而西门子PLC工作在24V。连接驱动器时必须串联一个1.2K、1/4W的电阻，如图红色部分所示。

西门子PLC（CPU222）支持两种类型的高速脉冲输出：

PTO（脉冲串输出）：50% 占空比。

PWM（脉宽调制）：可调节占空比。

这些高速脉冲输出可用于控制步进驱动器和特定设备的运动和速度。