西门子PLC控制步进电机的设计

1、西门子PLC控制步进电机的设计西门子PLC控制步进电机的设计步进电机发展步进电机现状自问世以来，步进电机很快确定了在开环高分辨率的定位系统中的主导地位。在工业 技术高速发展的今天，还未有适合的取代产品出现。虽然步进电机已被广泛应用，但并不 能像普通的直流电动机、交流电动机那样在常规电气控制中使用。它须由双环形脉冲信号、 功率驱动电路等组成控制系统，涉及很多机械与电气控制方面知识。我国生产步进电机的厂家不少，但能自行开发研究的厂家却较少，大部分厂家规模比 较小。我国步进电机产品发展有自己的特点：20世纪80年代以前是以磁阻式步进电机为 主，20世纪80年代后期开始发展混合式步进电机,产品从相数上

2、分有二相、三相、四相、 五相，从步距上分有格上分有，从静力矩上分有0. 140N.m。,从规从大功率驱动设备市场上，大扭矩步进电机没有市场，无论是在经济上、噪声、加速 度、系统惯量、最大扭矩等方面，都不如采用伺服电动机或是直流电动机加编码器好。步 进电机主要是应用在小功率场合。总的来说，步进电机是一种简单的开环控制，不适合在 大功率场合使用。具体的应用场合如下：(1)经济型数控机床，如数控雕刻机、数控磨床，数控铳eE床等。(2)工业生产装 备，如连续式、间歇式包装机，机械手等。(3)工业器材方面，如拿放装置、性能测试 装备等。（4）小型自动化办公设备，如启动打标机、贴标机、割字机、激光打标记绘

3、图仪等。步进电机发展趋势步进电机今后继续沿着小型化的方向发展。随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类 整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小，在57、42机座号的电动机 应用了多年后，现在其机座号向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士 ESCAP公司最近还 研制出外径仅10mm的步进电动机。除了传统的旋转步进电机，线性步进电机近些年来发展也很快，它减少了零部件，几 乎没有磨损或维修，并旦易于结合机器使用，非常适合在轻负载的情况下使用。步进电机控制原理在计算机控制系统中，步进电机是一种非常重要的自动化执行元件，它能将电脉冲转 化为电动机轴的角位移。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，

4、它就驱动步进电机按设定的 方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），当步进驱动器一个一个地接收到若干个脉冲 时，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。因此，可以通过控制进给脉冲的个数来控 制电动机的角位移量，从而达到准确定位的目的步进电机基本工作原理步进电机的定子、转子是用硅钢片或其他软磁材料制成的。定子的每对极上都绕有一 对绕组，构成一相绕组，共三相称为A、B、C三相。图4步进电机线圈绕组在定子磁极和转子上都开有齿分度相同的小齿，采用适当的齿数配合，当A相磁极的 小齿与转子小齿一一对应时，B相磁极的小齿与转子小齿相互错开1/3齿距，C相则错开2/3齿距。如图所示图4_2电机齿轮上图中，A相绕

5、组与齿1、5 一一对应，而此时B相绕组与齿2错开1/3齿距，而与齿 3错开2/3齿距，C相绕组与齿3错开2/3齿距，而与齿4错开1/3齿距。电机的位置和 速度由绕组通电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由绕组通电的顺序决定。 步进电机一些基本参数(1)电机固有步距角它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个 步距角的值,如57BYG46403型电机给出的值为0. 9。/I. 8° (表示半步工作时为0. 9。、 整步工作时为1.8° ),这个步距角可以称之为'电机固有步距角'，它不一定是电机实 际工作时的真正步距角，真

6、正的步距角和驱动器有关。(2)步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相 数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9° /1.8°、三相的为0. 75° /1.5°、五相的为0.36° /0.72° °在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相 数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意 义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。(3)保持转矩(HOLDING TORQUE)是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步

7、进电机最重要的参数 之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增 大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最 重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持 转矩为2N.m的步进电机。(4)启动频率(fqO)空载时，步进电动机由静止突然启动，并进入不丢步的正常运行所允许的最高频率， 称为启动频率或突跳频率，用fq表示。若启动时频率大于突跳频率，步进电动机就不能 正常启动。Fq与负载惯量有关，一般说来随着负载惯量的增长而下降。空载起动时，步进 电动机定子绕组通电状态变化的频率不能高于该突跳频率

8、。步进电机细分驱动技术步进电机的运行需要各相电流满足一定的时序要求，而电磁力的大小与绕组通电电流 的大小有关，如果绕组中电流不再是方波，而是一个分成个台阶的近似阶梯波，电机每运 行一个阶梯即转动一步。当转动小步时，实际上相当于转过一个步距角，这就是所谓的细 分。以二相步进电机为例式(1)、式(2)为A、B相电流公式，式(3)、式则为分别 的力矩。iA?iOgcos?e(l) iB?iOgsin?e (2) TA?K0i0gcos?e (3) TB?K0i0gsin?e (4)这里KO是转矩的常量，矢量合成式(3)、式(4)得到Tg?KOgiO可见，细分前后合成力矩并没有变化，但是电机运行的平稳性却增加了。图 1-3的上半部分为整步运行下的A、B两相的电流图。可以看出1、2、3、4点的合成力