1 引言

　　步進電機是一種將電脈沖信號變換成相應的角位移或直線位移的機電執行元件，每當對其施加一個電脈沖時，其輸出軸便轉過一個固定的角度，稱為一步，當供給連續脈沖時，就能一步一步地連續轉動。步進電機分為反應式、永磁式和混合式等。步進電機的位移量與輸入脈沖數嚴格成正比，其轉速與脈沖頻率和步進角有關。

　　步進電機必須使用專用的步進電機驅動設備才能夠正常工作，步進電機系統的運行性能，除與電機自身的性能有關外，在很大程度上還取決于驅動器性能的優劣。隨著電力電子技術的發展，可以實現細分驅動，即將一個步距角細分成若干小步來驅動。

2  一般步進電機的驅動器的控制方式

　　某公司WD2-007型步進電機驅動器的控制面板，該驅動器主要驅動)2Nm~12Nm的三相混合式步進電機。一般步進電機驅動器都是這樣的控制方式。

　　控制信號的意義如下：

　　PULSE：脈沖信號，每一個脈沖的上升沿使電機轉動一步。

　　DIR：方向信號，與!9"OS 信號配合使用，低電平電機順時針旋轉，高電平，電機逆時針旋轉。

　　CW:正轉信號，每個脈沖使電機正向轉動一步(與CCW信號配合)。L:反轉信號，每個脈沖使電機反向轉動一步(與CW信號配合)。PULSE+與CW + ，PULSE-與CW-，DIR +與CCW + ，DIR -與CCW一對應同一個接口，按控制方式不同給出兩種定義名稱;STEPI.STEP2用于設置電機每轉步數，可以設為500,1000,5000和100000 PULSE"SYS撥碼開關用于設置控制方式，OFF時為“脈沖和方向”控制方式，ON時為“正轉和反轉”控制方式。

　　控制信號要求7mA≦高電流≦25xnA，-25mA≦低電流≦0.2mA，由于PLC的控制電源多配置24V開關電源，此時可以串接1.8K的限流電阻。

　　步進電機及其驅動系統與數字控制系統配套時，體現出更大的優越性。

　　PLC是廣泛應用于上業自動化領域的控制器，它的功能越來越強，性能越來越先進。為了配合步進電機的控制，許多PLC都內置了脈沖輸出功能，并設置了相應的控制指令，可以很好地對步進電機進行控制，下而是OMRON公司CPM2A品體管輸出型PLC的輸出電路結構。

　　CPM2A型PLC有兩個脈沖輸出端01000和01001端子，隨著控制方式的不同，有三種脈沖輸出形式。

　　1)這兩個脈沖輸出端可以用來作為兩個不帶加減速的單相脈沖輸出端，卞要使用PULS和SPED指令進行控制，頻率范圍為10Hz~10KHz(變化單位10Hz)，可以連續輸出，也可以脈沖串形式輸出，可以同時單獨輸出。01000端子對應脈沖輸出端口0 01001端子對應脈沖輸出端口1。

　　2)可以作為兩相可變占空比的連續脈沖輸出端，卞要使用PWM指令控制，占空比設置范圍為0%~100 %(設置單位1%)，頻率設置范圍0.1 Hz~999. 9Hz(設置單位0.1 Hz)。

　　3)可以作為帶梯形加減速的兩相脈沖輸出，卞要使用PULS和ACC指令控制，頻率變化范圍10Hz~10KHz(設置單位lOHz)加減速率10Hz/10m、-10KHz/10ms(設置單位10Hz )，可以連續輸出，也可以脈沖串形式輸出，這里又分為兩種控制方式，一種是脈沖+方向控制(01000輸出脈沖，01001輸出方向)，一種是正反向脈沖輸出(01000輸出CW脈沖，01001輸出CCW脈沖)。

　　以脈沖串形式輸出時，可設置的脈沖數為±1~±167772150

　　PLC的這種脈沖輸出不受掃描周期的影響。其它公司如SIEMENS，松下的PLC也具有類似的功能。

3 控制坐標系的建立

　　PLC對步進電機的控制首先要確立坐標系，可以設為相對坐標系，也可以設為絕對坐標系。坐標系的設置在DM6629字中，00~03位對應脈沖輸出。0.04~07位對應脈沖輸出1，設置為0時，為相對坐標系，設置為1時為絕對坐標系，坐標系一經設定，在系統運行時，狀態就不能再改變。

　　(1)對于不帶加減速的單相脈沖輸出

　　當設為相對坐標系時，可以從端口0和端口1增量輸出脈沖，輸出脈沖的計數值記錄在SR229, SR228通適(端口0)和SR231, SR230通適中(端口1)。如設輸出脈沖數為0000 0100時從端口輸出100個脈沖，脈沖計數值從0計到100，之后還可以繼續從該端口輸出脈沖，即可以增量輸出脈沖。每次輸出脈沖時，脈沖計數值從0開始重新計數，計滿設定值為止。

　　當設為絕對坐標系時，輸出脈沖數可以設置為正數如00000100(相當于電機正向轉動100步)，也可以設置為負數如80000100(最高位為“1”表示負數，相當于電機反向轉動100步)，但由于是單相脈沖輸出，須另外加方向控制信號，可以用01002等輸出端做方向信號輸出。在絕對坐標系時，坐標值記錄在SR229, SR228通適(端口0)和SR231, SR230通適中(端口1)。每次輸出脈沖數是脈沖設置值和當前坐標值的差，如當前坐標值為0，設置輸出值為0000 0100，輸出100個脈沖(正向輸出信號有效)，再設置輸出值為0000 0100，不再輸出脈沖，再設置輸出值為8000 0100再輸出200個脈沖(反向輸出信號有效)，坐標值由0000 0100變為8000 0100

　　(2)對于帶加減速的兩相脈沖輸出

　　當設置為相對坐標系時，也可以實現增量脈沖輸出。由于兩相脈沖輸出可以直接控制電機正反向，所以脈沖輸出值可以設置為正數，也可以設置為負數，輸出脈沖的計數值記錄在SR229, SR228通適(端口0)中。如設置輸出脈沖數為0000 0100電機正向運轉100步，脈沖計數值從0000 0000計到0000 0100再設置輸出脈沖數為8000 0100，電機反向運轉100步，脈沖計數值從8000 0000計到8000 O100o

　　當設置為絕對坐標系時，坐標值記錄在SR229, SR228通適(端口0)中，坐標變化情況類似于單相脈沖輸出，但正/反向脈沖輸出或脈沖+方向輸出由01000和01001兩個端口配合完成。

4 單軸運行控制

　　(1)帶加減速的單軸正反轉運行控制。

　　帶加減速單軸正反轉運控制的控制接線及時序。

　　中用兩相脈沖輸出CW/CCW方式進行控制，也可以用Pulse+ Direction方式控制。

　　(2)可變占空比的單軸運動控制

　　這種方式卞要用PWM指令來進行控制，只能以連續方式輸出脈沖，但電機的運行頻率可以控制得很精細。

5 二軸運動控制

　　(1)帶正反向的_軸運動控制

　　帶正反向_軸運動控制的接線及控制程序分別如圖6和圖7所示。

　　01002和01003為ON時電機順時針轉動，為OFF時電機逆時針轉動。如果用連續脈沖輸出也可以實現控制，這時須用下而所示的SPED指令或INI指令使電機停轉。

　　(2)不帶正反向的一軸運動控制

　　當有脈沖輸出時，電機逆時針轉動。這種方式和方式1的差別就是不用01002和01003作方向控制。

　　在方式1和方式2中，對兩臺電機的控制是獨立的，如果加上適當的控制算法就可以實現_軸聯動。

　　一臺CMP2A就可以同時控制兩臺步進電機，這在簡易數控系統中非常有現實意義。

6 控制參數的計算

　　在一個實際的控制系統中，要根據負載的情況來選擇步進電機。步進電機能響應而不失步的最高步進頻率稱為“啟動頻率”，與此類似，“停比頻率”是指系統控制信號突然關斷，步進電機不沖過日標位置的最高步進頻率。電機的啟動頻率、停比頻率和輸出轉矩都要和負載的轉動慣量相適應，有了這些數據，才能有效地對電機進行加減速控制。

　　在PLC對步進電機的控制中，必須計算出如下三個參數:

　　脈沖當量=步進電機步距角x螺距/360 x傳動速比

　　脈沖頻率上限=移動速度x步進電機細分數/脈沖當量

　　最大脈沖數量=移動距離x步進電機細分數/脈沖當量
    
　　根據這三個參數，才能計算出PULS，ACC等指令的控制數據。

7 結束語

　　步進電機的控制以開環控制居多，如果用旋轉編碼器做速度或位置反饋，結合PLC的高速脈沖計數功能就可實現閉環控制。

　　由于現今的PLC功能越來越強，指令速度越來越快，用微小型PLC就能構成各種的步進電機控制系統，具有控制簡單、運行穩定、開發周期短等優點，是一種切實可行的步進電機控制方案。