步进电机的PLC控制系统设计

一、引言

随着微电子技术和计算机技术的进展，可编程序掌握器有了

突飞猛进的进展，其功能已远远超出了规律掌握、挨次掌握的范

围，它与计算机有效结合，可进行模拟量掌握，具有远程通信功

能等。有人将其称为现代工业掌握的三大支柱(即PLC,机器人,

CAD/CAM)之一。目前可编程序掌握器(Programmable

Controller)简称PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等

领域，为工业自动化供应了有力的工具。

二、PLC的基本结构

PLC采纳了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM

和输入/输出接口电路等。假如把PLC看作一个系统，该系统由

输入变量-PLC-输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、

传感器检测的信号均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部端

子输入到内部寄存器中，经PLC内部规律运算或其它各种运算、

处理后送到输出端子，它们是PLC的输出变量，由这些输出变

量对外围设施进行各种掌握。

三、掌握方法及争论

1、FP1的特殊功能简介

(1)脉冲输出

FP1的输出端Y7可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行

调整，其输出频率范围为360Hz〜5kHz。

⑵高速计数器(HSC)

FP1内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，最高计数频率

为10kHz,计数范围-8388608〜+8388607。

(3)输入延时滤波

FP1的输入端采纳输入延时滤波，可防止因开关机械抖动带来

的不行靠性，其延时时间可依据需要进行调整，调整范围为

1ms〜128ms。

(4)中断功能

FP1的中断有两种类型，一种是外部硬中断，一种是内部定时

中断。

2、步进电机的速度掌握

FP1有一条SPD0指令，该指令协作HSC和Y7的脉冲输出功

能可实现速度及位置掌握。速度掌握梯形图见图1,掌握方式参

数见图2,脉冲输出频率设定曲线见图3。

F164SPDO

图1速度掌握梯形图

S

S+1fl设定初始脉冲频率

S-2

M1设定目标位置对应的脉冲个数

S+3

S-4f2设定下一个脉冲频率

S+5

M2设定下一个目标位置对应的脉冲个数

S+6

..............

S+Nfn设定最终目标频率.该值应为“0”

图2掌握方式参数

图3脉冲输出频率设定曲线

3、掌握系统的程序运行

图4掌握系统原理图

图4是掌握系统的原理接线图，图4中Y7输出的脉冲作为步

进电机的时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，掌握步进电机运转。

同时Y7接至PLC的输入接点X0,并经X0送至PLC内部的HSC。

HSC计数Y7的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使Y7的脉

冲频率切换至下一参数，从而实现较精确的位置掌握。实

现这一掌握的梯形图见图5。

-11-----------------

---------nDMV,KO■m9044---------------------

--------FOMV.KODT20---------------------

---------FOMV・K70DT21---------------------

---------FlDMV・K1000QDT22-----------

--------FOMV,KODT24-----------------

图5掌握梯形图

掌握系统的运行程序：第一句是将DT9044和DT9045清零，

即为HSC进行计数做预备;其次句〜第五句是建立参数表，参数

存放在以DT20为首地址的数据寄存器区;最终一句是启动SPDO

指令，执行到这句则从DT20开头取出设定的参数并完成相应的

掌握要求。

由第一句可知第一个参数是KO,是PULSE方式的特征值，

由此规定了输出方式。其次个参数是K70,对应脉冲频率为

500Hz，于是Y7发出频率为500Hz的脉冲。第三个参数是K1000,

即按此频率发1000个脉冲后则切换到下一个频率。而下一个频

率即最终一个参数是K0,所以当执行到这一步时脉冲停止，于

是电机停转。故当运行此程序时即可使步进电机依据规定的速

度、预定的转数驱动掌握对象，使之达到预定位置后自动停止。

三、结束语

采用可编程序掌握器可以便利地实现对电机速度和位置的掌

握，便利牢靠地进行各种步进电机的操作，完成各种简单的工作。

它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体化的实

摘要：在PLC步进电机掌握系统中，输入到其线圈绕组

中的脉冲数或脉冲频率可掌握步进电动机的角位移

和转速，在给步进电机的各线圈绕组输入脉冲时需要

进行脉冲安排器安排脉冲，脉冲安排可以由软件进行

设计，也可以由硬件组成。以OMRON的C系列P

型机为例，争论步进电机的PLC掌握系统的软件设

计方法。

关键词：可编程掌握器（PLC）；步进电动机；接线图；

梯形图在对芍统机床的数控化改造中，用可编程掌握

器

PLC作为掌握器对机床电气掌握系统的改造越来越突出。其

主要部分是对数控机床的典型执行元件步进电机的掌握。我们知

道步进电机是一种用电脉冲进行掌握，将电脉冲信号转换成相应

角位移的电机，步进电机每输入一个电脉冲就前进一步，其输出

的角位移与输入的脉冲数成正比，因此只要掌握输入到其线圈绕

组中的脉冲数或者脉冲频率即可掌握步进电动机的角位移和转

速，但给步进电动机的各线圈绕组输入的脉冲还需要进行脉冲安

排器的安排。采用PLC掌握步进电动机，其脉冲安排可以由软

件进行设计，还可以由硬件来组成。本文作者以OMRON的C

系列P型机为例，争论步进电动机用软件安排脉冲的设计方法。

一、步进电动机PLC掌握系统I/O接线图设计

步进电动机以最常用的三相六拍通电方式工作，并要求步进

电动机设有快速、慢速掌握、正反转及单步掌握4种掌握方式。

依据要求，可选用C28P—CDT—D的PLC进行掌握并设计出

步进电动机的PLC掌握系统I/O接线图（图1）。

P0001

起动SB]

00020500

停止SB2A

0003

快遑血▲

00040501

慢速SB4B

_S_0005

正反*SB5

_JLC

♦步SB600060502

COMOOMQ-COM

图1步进电动机的PLC掌握系统I/O接线图

二、步进电动机PLC掌握系统梯形图设计

据掌握要求设计了PLC掌握系统梯形图见图2。

图2步进电动机的PLC掌握系统梯形图

（1）用移位寄存器SFT10-10的1000〜1005产生六拍的

时序脉冲，在CP端的移位脉冲信号1106的作用下，将IN端的

信号依次移入1000〜1005,每移1位为1拍，6拍为1循环，

移位时所产生的时钟脉冲

频率由移位脉冲信号频率打算。

（2）帮助继电器1200、1201、1202组成三相六拍环形安排

器。在1000〜1005产生的六拍时序脉冲作

用下，1200、1201、1202的通电挨次见图3。

-4200-42004201->1201-42014202-4202T202、1201寸

图3通电挨次

（3）由0500、0501、0502实现步进电动机的正反转驱动掌

握。

①当止反转按钮SB5常升时，输入点0005断开，步进电动

机的通电挨次为:0500（A相）-0500、0501（A、B相）一0501

（B相）-0501、0502（B、C相）-0502（C相）―0502、

0500（C、A相）一0500（A）……,此

时步进电动机正转；

②按SB5时，输入点0005接通，则通电次序是B-B、

A—A—A、C—C-C、B—B……,此时电机反转。按SB1起动

铉钮时，输入点0001接通，步进电动机可以实现三相六拍通电。

（4）脉冲掌握器由1105、1106、1107组成。步进电动机的

脉冲频率掌握按4种掌握方式的要求可分为：

①快速方式由帮助继电器1105的常闭接点和其线圈构成的振

荡器，该振荡器产生的快速振荡脉冲，其周期为程序的1个扫描

周期；

②慢速方式山特殊继电器1900产生011s的时钟脉冲；

③单步方式采用前沿微分指令（DIFU）,由帮助继电器产生

单步脉冲，其脉冲频率由SB6掌握;脉冲掌握器1107产生不同

频率的脉冲，作为移位寄存器的移位信号。

PLC掌握步进电机的实例（图与程序

COMXOXI

FX1S-14MT

CDMOCOM2YOY2

直

流0V

5V

电

源

PLS+DIR+PLS-DIR-

步进电机驱动器

200L

•采纳肯定位置掌握指令(DRVA),大致阐述FX1S掌握步进电

机的方法。由于水平有限，本实例采纳非专业述语论述，请勿

引用。

•FX系列PLC单元能同时输出两组1OOKHZ脉冲，是低成木

掌握伺服与步进电机的较好选择！

-PLS+,PLS-为步进驱动器的脉冲信号端子，DIR+,DIR-

为步进驱动器的方向信号端子。

・所谓肯定位置掌握(DRVA),就是指定要走到距离原点的位置,

原点位置数据存放于32位寄存器D8140里。当机械位于我

们设定的原点位置时用程序把D8140的值清零，也就确定了

原点的位置。

・实例动作方式：X0闭合动作到A点停止，XI闭合动作到B

点停止，接线图与动作位置示例如左图（距离用脉冲数表示）。

■程序如下图：（此程序只为说明用，有用需改善。）

・说明：

•在原点时将D8140的值清零（本程序中没有做此功能）

•32位寄存器D8140是存放Y0的输出脉冲数，正转时增加，

反转时削减。当正转动作到A点时，D8140的值是3000。此

时闭合XI,机械反转动作到B点，也就是-3000的位置。D8

140的值就是-3000。

・当机械从A点向B点动作过程中，XI断开（如在C点断开）

则D8140的值就是200,此时再闭合X0,机械正转动作到A

点停止。

・当机械停在A点时，再闭合X0,由于机械已经在距离原点3

000的位置上，故而机械没有动作！

,把程序中的肯定位置指令（DRVA）换成相对位置指令（DRV

I）：

・当机械在B点时（假设此时D8140的值是-3000）闭合X0,

则机械正转3000个脉冲停止，也就是停在了原点。D8140

的值为0

・当机械在B点时（假设此时D8140的值是-3000）闭合XI,

则机械反转3000个脉冲停止，也就是停在了左边距离B点3

000的位置(图中未画出)，D8140的值为・6000。

•一般两相步进电机驱动器端子示意图：

-FREE+,FREE-：脱机信号,步进电机的没有脉冲信号输入

时具有自锁功能，也就是锁住转子不动。而当有脱机信号时解

除自锁功能，转子处于自由状态并且不响应步进脉冲。

・V+,GND：为驱动器直流电源端子，也有沟通供电类型。

・A+,A-,B+,B-分别接步进电机的两相线圈。

能此主题相关图片如下：

XOOOX001

―I|----------14---------------------------------------------------------------------------------[DMOVK3J00DO]

X001XOOO

―||--必-------------------------[DMOVK-3000DO]

XOOO

—II---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------(M0:

X001

TF—1

MO

―||-------------------------------------------------------------------[DRVADOD2YOM)Y002]

I,_j..........................................................]

如此主题相关图片如下:

PLS+PLS-DIR+DIR-FREE+FREE-

电流设定与细分调整开关

步进电机开环伺服机构应用

1概述

在组合机床自动线中，一般依据不同的加工精度要求设置三种滑

台（1）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工

工序中；（2）机械滑台，用于切削量中等，具有肯定加工精度

要求的半精加工工序中；（3）数控滑台，用于切削量小，加工

精度要求很高的精加工工序中。可编程掌握器（简称PLC）以其

通用性强、牢靠性高、指令系统简洁、编程简便易学、易于把握、

体积小、修理工作少、现场接口安装便利等一系列优点，被广泛

应用于工业自动掌握中。特殊是在组合机床自动生产线的掌握及

CNC机床的S、T、M功能掌握更显示出其卓越的性能。PLC掌

握的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数

控滑台掌握，可省去该单元的数控系统使该单元的掌握系统成本

降低70~90%,甚至只占用自动线掌握单元PLC的3-5个I/O

接口及V1KB的内存。特殊是大型自动线中可以使掌握系统的成

本显著下降。

2PLC掌握的数控滑台结构

一般组合机床自动线中的数控滑台采纳步进电机驱动的开环伺

服机构。采纳PLC掌握的数控滑台由可编程掌握器、环行脉冲

安排器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构等部分组成,

伺服传动机构中的齿轮Zl、Z2应当实行消隙措施，避开产生反

向死区或使加工精度下降；而丝杠传动副则应当依据该单元的加

工精度要求，确定是否选用滚珠丝杠副。采纳滚珠丝杠副，具有

传动效率高、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点，但

成本较高且不能自锁。

3数控滑台的PLC掌握方法

数控滑台的掌握因素主要有三个：

3.1行程掌握

一般液压滑台和机械滑台的行程掌握是采用位置或压力传感器

（行程开关/死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采纳数字掌

握来实现。由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机

的总转角，因此只要掌握步进电机的总转角即可。由步进电机的

工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的掌握脉

冲个数；因此可以依据伺服机构的位移量确定PLC输出的脉冲

个数：

n=DL/d(1)

式中DL——伺服机构的位移量(mm)

d一一伺服机构的脉冲当量(mm/脉冲)

3.2进给速度掌握

伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速

取决于输入的脉冲频率;因此可以依据该工序要求的进给速度，

确定其PLC输出的脉冲频率：

f=Vf/60d(Hz)(2)

式中Vf——伺服机构的进给速度(mm/min)

3.3进给方向掌握

进给方向掌握即步进电机的转向掌握。步进也机的转向可以通过

转变步进电机各绕组的通电挨次来转变其转向；如三相步进电机

通电挨次为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转;当绕组按

A-AC-C-CB-B-BA-A...挨次通电时步进电机反转。因此可以通

过PLC输出的方向掌握信号转变硬件环行安排器的输出挨次来

实现，或经编程转变输出脉冲的挨次来转变步进电机绕组的通电

挨次实现。

4PLC的软件掌握规律

由滑台的PLC掌握方法可知，应使步进电机的输入脉冲总数和

脉冲频率受到相应的掌握。因此在掌握软件上设置一个脉冲总数

和脉冲频率可控的脉冲信号发生器；对于频率较低的掌握脉冲，

可以采用PLC中的定时器构成，如图2所示。脉冲频率可以通

过定时器的定时常数掌握脉冲周期，脉冲总数掌握则可以设置一

脉冲计数器CIO。当脉冲数达到设定值时，计数器C10动作切

断脉冲发生器回路，使其停止工作。伺服机构的步进电机无脉冲

输入时便停止运转，伺服执行机构定位。当伺服执行机构的位移

速度要求较高时，可以用PLC中的高速脉冲发生器。不同的PLC

其高速脉冲的频率可达4000~600