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【摘 要】 文章详细讨论步进电机的工作原理及特性和基于PLC的控制技术，论述了步进电机的PLC控制系统的设计方案及其控制原理。步进电机是一种常用的机电执行元件，可靠性高，成本低，实用性强，具有较高的通用性和应用推广价值。步进电动机突出的优点是它可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统简单、廉价，在众多领域有着极其广泛的应用。
【关键词】 步进电机；PLC
1 引言
步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入自动化时代的今天，传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。
步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的执行机构。由于受脉冲的控制，其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比，通过控制脉冲数量来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的；通过改变通电顺序，从而达到改变电机旋转方向的目的。总结来说，步进电机主要具有以下一些工作特性：
（1）输入脉冲数严格和电机的角位移成正比，电机运转一周后没有积累误差，因此具有良好的跟隨特性；
（2）由于其良好的跟随特性，步进电机可以与驱动器电路组成开环数字控制系统，同时，也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数字控制系统。
（3）步进电机的动态响应快，易于启动和停止、正反转和变速。
（4）速度可以在相当宽的范围内平滑调节；在低速动作状态下仍能保证获得大的转矩。
本文详细讨论步进电机的工作原理及特性和基于PLC的控制技术，论述了步进电机的PLC控制系统的设计方案及其控制原理。文中介绍了一个基于西门子PLCS7-300控制三相六拍的步进电机的设计方案。
2 设计方案
本设计是采用PLCS7-300控制三相六拍的步进电机，通过软件设计脉冲频率来控制步进电机的快速、中速、慢速。移位输出控制电机步进，移位寄存器指令MW0的低八位按照三相六拍的步进顺序控制步进动机的正反转。步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其速度与单位时间内输入的脉冲数（即脉冲频率）成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应。可编程控制器（Programmable Logic Controller，通常称PLC）是一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能，能充分适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高，是目前广泛应用的控制装置之一PLC对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实现对步进电机的控制。利用PLC控制步进电机，其脉冲分配可以由软件实现，也可由硬件组成。
3 方案实施
使用PLC直接控制步进电机时，可使用PLC产生控制步进电机所需要的各种时序的脉冲。例如三相步进电机可采用三种工作方式：三相单三拍式、三相双三拍式和三相单六拍式。可根据步进电机的工作方式，以及所要求的频率（步进电机的速度），画出A、B、C各相的时序图。并使用PLC产生各种时序的脉冲。
采用西门子S7-300PLC控制三相步进电机的过程要求通过PLC可实现三相步进电机的起停控制、正反转控制，以及三种工作方式的切换（每相通电时间为1秒钟）。
3.1三相单三拍正向的时序图
3.2三相双三拍正向的时序图
3.2三相单六拍正向时序图
选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。
选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。
选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。
4 结论
本文详细讨论步进电机的工作原理及特性和基于PLC的控制技术，方案是一个基于西门子PLCS7-300控制三相六拍的步进电机的设计，通过PLC可实现三相步进电机的起停控制、正反转控制，以及三种工作方式的切换，论述了步进电机的PLC控制系统的设计方案及其控制原理。
参考文献：
[1]巫莉等.电气控制与PLC应用.中国电力出版社出版.2008.5
[2]王兆安.电力电子技术[M].机械工业出版社，2000.5
[3]潘新民.微型计算机控制技术[M].电子工业出版社，2004
作者简介：李磊（1985年11月），男，内蒙古，包钢集团巴润矿业公司，工学学士学位（本科），仪器仪表，内蒙古包头市白云矿区巴润矿业公司自动化部
【关键词】 步进电机；PLC
1 引言
步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入自动化时代的今天，传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。
步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的执行机构。由于受脉冲的控制，其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比，通过控制脉冲数量来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的；通过改变通电顺序，从而达到改变电机旋转方向的目的。总结来说，步进电机主要具有以下一些工作特性：
（1）输入脉冲数严格和电机的角位移成正比，电机运转一周后没有积累误差，因此具有良好的跟隨特性；
（2）由于其良好的跟随特性，步进电机可以与驱动器电路组成开环数字控制系统，同时，也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数字控制系统。
（3）步进电机的动态响应快，易于启动和停止、正反转和变速。
（4）速度可以在相当宽的范围内平滑调节；在低速动作状态下仍能保证获得大的转矩。
本文详细讨论步进电机的工作原理及特性和基于PLC的控制技术，论述了步进电机的PLC控制系统的设计方案及其控制原理。文中介绍了一个基于西门子PLCS7-300控制三相六拍的步进电机的设计方案。
2 设计方案
本设计是采用PLCS7-300控制三相六拍的步进电机，通过软件设计脉冲频率来控制步进电机的快速、中速、慢速。移位输出控制电机步进，移位寄存器指令MW0的低八位按照三相六拍的步进顺序控制步进动机的正反转。步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其速度与单位时间内输入的脉冲数（即脉冲频率）成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应。可编程控制器（Programmable Logic Controller，通常称PLC）是一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能，能充分适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高，是目前广泛应用的控制装置之一PLC对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实现对步进电机的控制。利用PLC控制步进电机，其脉冲分配可以由软件实现，也可由硬件组成。
3 方案实施
使用PLC直接控制步进电机时，可使用PLC产生控制步进电机所需要的各种时序的脉冲。例如三相步进电机可采用三种工作方式：三相单三拍式、三相双三拍式和三相单六拍式。可根据步进电机的工作方式，以及所要求的频率（步进电机的速度），画出A、B、C各相的时序图。并使用PLC产生各种时序的脉冲。
采用西门子S7-300PLC控制三相步进电机的过程要求通过PLC可实现三相步进电机的起停控制、正反转控制，以及三种工作方式的切换（每相通电时间为1秒钟）。
3.1三相单三拍正向的时序图
3.2三相双三拍正向的时序图
3.2三相单六拍正向时序图
选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。
选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。
选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。
4 结论
本文详细讨论步进电机的工作原理及特性和基于PLC的控制技术，方案是一个基于西门子PLCS7-300控制三相六拍的步进电机的设计，通过PLC可实现三相步进电机的起停控制、正反转控制，以及三种工作方式的切换，论述了步进电机的PLC控制系统的设计方案及其控制原理。
参考文献：
[1]巫莉等.电气控制与PLC应用.中国电力出版社出版.2008.5
[2]王兆安.电力电子技术[M].机械工业出版社，2000.5
[3]潘新民.微型计算机控制技术[M].电子工业出版社，2004
作者简介：李磊（1985年11月），男，内蒙古，包钢集团巴润矿业公司，工学学士学位（本科），仪器仪表，内蒙古包头市白云矿区巴润矿业公司自动化部