PLC在步進電機控制中的應用探究

馬猛猛

摘 要：步進電機就是我國機械領域中比較重要的電子控制元件，利用步進電機，能夠?qū)﹄姍C的運行進行有效控制，因此在我國工業(yè)領域中，有著十分普遍的應用，可是其控制存在著一定的難度，利用PLC能夠起到良好的控制效果。所以文章就針對PLC在步進電機控制中的應用進行探究，提高步進電機的控制質(zhì)量和效率，擴大其應用。

關鍵詞：PLC；步進電機控制；應用

中圖分類號：TM383.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0161-02

Abstract： The stepper motor is one of the most important electronic control components in the field of machinery in China. The stepper motor can effectively control the operation of the motor， so it has a very common application in the field of industry in our country. But its control has certain difficulty， while using PLC can play a good control effect. Therefore， this paper explores the application of PLC in the stepper motor control， in order to improve the quality and efficiency of stepper motor control and expand its application.

Keywords： PLC； stepper motor control； application

在當前我國工業(yè)領域中，步進電機作為一種十分重要的控制元件，能夠?qū)㈦娒}沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移，從而對電機進行控制，這在當前我國工業(yè)機械領域中發(fā)揮著重要的作用。但是步進電機在運行的過程中，由于其為機電一體化產(chǎn)品，控制存在著一定的難度，所以關于步進電機的控制，一直是其應用過程中探討的重要課題。而PLC則為近幾年來興起的一種重要的邏輯控制器，具有可靠性強、邏輯功能強、體積小和能夠?qū)δM量進行控制等優(yōu)秀的性能，在我國工業(yè)領域中擁有的廣泛的應用，將其應用于步進電機的控制中，能夠起到良好的應用效果。所以，當前我國步進電機在控制的過程中，可以加強PLC在其中的應用。

1 步進電機的工作原理和特點

1.1 工作原理

步進電機是一種將電脈沖信號轉為角位移或線位移的開環(huán)控制元件，一般來說，電器在運行的過程中，會受到脈沖信號頻率和脈沖數(shù)的影響，使其轉速和位置發(fā)生改變，因此在電氣控制的過程中，只需要對其電脈沖信號進行控制，就能夠?qū)崿F(xiàn)電機的控制，而步進電機則正是利用電脈沖信號的控制和調(diào)整，使步進電機的步距角得到調(diào)整，控制角位移量，來對電機的位置和轉速進行有效控制。另外，步進電機作為一種感應電機，能夠利用電子電路，將直流電變?yōu)榉謺r供電、多相時序控制的電流，并在使用時，由雙環(huán)形脈沖信號和功率驅(qū)動電路組成控制系統(tǒng)，對電機進行控制。

1.2 特點

（1）步進電機在運行的過程中，會將電脈沖信號轉為角位移或線位移，所以，其轉子的角位移角度會與脈沖數(shù)量成正比，隨著脈沖數(shù)量的變化而發(fā)生改變。（2）上文已經(jīng)提到，步進電機屬于一種開環(huán)控制系統(tǒng)的一部分，將其與驅(qū)動器連接在一起，就能形成簡單的開環(huán)控制系統(tǒng)，這種開環(huán)控制系統(tǒng)結構比較簡單，控制比較方便，且控制性能比較優(yōu)越，最重要的是其造價成本比較低，因此在我國的工業(yè)領域中應用十分普遍。但是除此之外，這種步進電機還可以作為控制系統(tǒng)的一部分，與其他的角度反饋環(huán)節(jié)共同構成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。因此在工業(yè)領域中，可以說這種步進電機的應用范圍十分普遍。（3）不僅天氣作為開環(huán)控制系統(tǒng)的一部分，其操作比較簡單，控制比較方便，而且響應迅速，應用便利。（4）步進電機在使用的過程中，會將脈沖信號轉換為角位移和線位移，所以只要有足夠的脈沖信號，步進電機就能夠?qū)ζ溥M行調(diào)節(jié)，使得速度的調(diào)節(jié)范圍相對比較廣。（5）步進電機的工作原理中已經(jīng)明確提出，其主要的控制來源就是脈沖信號，所以其在使用的過程中，只能使用脈沖電源。（6）雖然總體來說，步進電機的控制效果比較好，但是其在具體的應用過程中，如果脈沖信號發(fā)生波動，就會影響其具體的使用效果，因此很多步進電機在使用的過程中，可能會出現(xiàn)失步或者振蕩的情況。（7）如果步進電機出現(xiàn)了振蕩情況，則其振動比較大，還會產(chǎn)生很大的噪音。

2 步進電機的控制特點

在對步進電機進行控制時，其常見的控制方法主要包括了單片機控制、工控機控制和普通集成電路控制，這三種控制方法各具特色，使用時也各具優(yōu)點。步進電機作為一種開環(huán)控制的設備，其在使用的過程中具有操作便捷、不會出現(xiàn)累積誤差等優(yōu)勢，如果利用PLC來對其進行控制，則需要借助控制面板、PLC控制器和步進電機驅(qū)動器，這三種硬件設備結合在一起，共同用于步進電機與PLC通信、用戶控制、信息輸入等，而且隨著科技的不斷發(fā)展，控制面板和相關的操作硬件也會得到不斷的更新和優(yōu)化，使得操作面板和控制面板的操作更加便捷，人機交互性更強，信號的傳輸以及步進電機的控制更加快捷。

在利用PLC對步進電機進行控制時，其硬件配置必須要遵循以下基本原則：

2.1 步進電機

在對步進電機進行控制時，為了達到良好的控制效果，首先需要步進電機自身，在質(zhì)量和性能上能夠滿足使用要求，其相關參數(shù)能夠更加精確，這樣能夠方便控制的精準度。在選擇步進電機時，必須要對其負載進行控制，了解其負載的大小和精度要求，然后根據(jù)靜力矩、電機的步距角大小和電機的電流，確定步進電機的型號。

2.2 驅(qū)動器

在對步進電機進行控制時，步進電機與驅(qū)動器共同構成了一個開環(huán)控制系統(tǒng)，因此驅(qū)動器的選擇是至關重要的，在選擇之前，必須要根據(jù)電機的型號、相數(shù)和電流的大小決定合適的驅(qū)動器型號，并根據(jù)PLC的輸出信號極性，確定驅(qū)動器的輸入信號。如果想要提高對步進電機的控制精確度以及步進電機的運行性能，就需要對驅(qū)動器的性能和參數(shù)進行嚴謹?shù)倪x擇，對具體的參數(shù)進行控制，對其功能還要進行細分，從細節(jié)處出發(fā)，切實提高電機的精度。

2.3 PLC

PLC對步進電機進行控制時，主要是控制了步進電機的脈沖數(shù)，從而有效控制步進電機的運行，因此在選擇PLC時，需要從眾多的設備中選擇出具備高速脈沖輸出功能的設備，這樣在使用時，能夠憑借高速脈沖輸出，對步進電機的運行進行控制。

3 軟啟動技術的原理和優(yōu)點

3.1 軟啟動技術的原理

軟啟動技術的原理是，在啟動電動機或電源時，將軟起動器串聯(lián)在二者之間，然后利用電路系統(tǒng)中的晶閘管，在電路回路系統(tǒng)中的單片機進行脈沖觸發(fā)角的調(diào)節(jié)，進而改變脈沖導通角，從而對電動機的轉矩進行改變。這種軟啟動方式，在應用時通過PLC的控制能夠?qū)ο到y(tǒng)中的晶閘管導通角進行調(diào)節(jié)，然后在保證其最終應用效果的基礎上，緩慢提升電動機的轉速，保證設備在該過程中不會受到損傷。

3.2 軟啟動技術的優(yōu)點

軟啟動技術在應用的過程中具有靈活方便的優(yōu)點，在啟動時能夠通過與相關技術的結合，對于不同的設備采用不同的軟啟動方式，使得設備的軟件啟動方式能夠最大限度的保證設備的運行參數(shù)，同時還可以避免對設備造成損壞，最終實現(xiàn)設備的平穩(wěn)啟動。另外這種軟啟動技術還能夠提供全功能的保護系統(tǒng)，能夠在啟動的過程中對設備進行過載保護，針對電動機啟動過程中的故障進行保護，從而避免了軟啟動的過程中電動汽車出現(xiàn)故障，有效保證電動機的平穩(wěn)運行。

4 PLC在軟啟動器控制中的應用

4.1 斜坡升壓軟啟動

這種啟動方式不具備進行電流閉環(huán)控制的條件，在啟動時，可以利用PLC對其的斜率進行調(diào)整，以達到控制啟動的目的，這種控制方法在應用的過程中，斜坡的信號是與PLC的功能有直接關系的，二者的有效結合，能夠使輸出的信號在一定的時間點上按照預定的斜率增加，控制極為便捷。

4.2 斜坡恒流軟啟動

斜坡恒流軟啟動與斜坡升壓軟啟動的最大不同就在于，這種啟動方式是一種閉環(huán)控制方式，在控制的過程中，主要通過對電動機的啟動電流進行控制來達到控制的目的。斜坡恒流軟啟動在啟動時，控制器能夠通過緩慢增加電流的方式，直至電流達到最高值，然后完成啟動，由于在該過程中，電流會呈現(xiàn)出斜坡的曲線形狀，所以被稱為斜坡恒流軟啟動。在啟動的過程中，PLC能夠?qū)﹄娏鞯淖兓俣冗M行調(diào)節(jié)，也就是調(diào)節(jié)曲線的速率，同時參考電動機的實際負載，保證電機的有效啟動，而啟動速度是與電流的上升速率呈現(xiàn)正相關的關系。這種斜坡恒流軟啟動的應用范圍比較廣，在一些泵類負載和風機的啟動中應用比較普遍。PLC在對該類啟動進行控制時，可以先將模糊控制規(guī)則轉化為數(shù)據(jù)表，存放在存儲區(qū)，以此來減少控制中的計算量，提高控制的時效性。

4.3 突跳電壓斜坡啟動

突跳電壓斜坡啟動這種啟動方式在應用時，啟動電壓會隨著時間的增加而增加，呈斜線上升的態(tài)勢，屬于一種開環(huán)控制方式，所以在對這種啟動方式進行控制時，只需要對其中的金甲管進行過載電流保護，就能夠?qū)崿F(xiàn)移相觸發(fā)的同步基準。再利用PLC對這種軟起動進行控制時，除了要采用比較常見的控制方法之外，還需要檢驗電機的切換功能，通過邏輯運算能力，對電機的運行條件進行核實和檢驗，以保證電動機設備的互鎖選擇。

5 結束語

在現(xiàn)代的工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中，機械設備想要得到有效的應用，就必須要加強控制，于是步進電機作為一種重要的電機控制元件，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應用?？墒遣竭M電機在使用的過程中，由于其機電一體化的程度比較高，所以想要對其進行控制比較困難，需要涉及到很多領域的專業(yè)知識，在這種情況下，PLC邏輯控制器被研發(fā)出來，經(jīng)過實踐證明，將其應用在步進電機的控制中，能夠有效提高步進電機的控制效率和質(zhì)量。因此在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，需要加強對PLC和步進電機的研究，對其應用原理和控制原理進行了解，從而通過各種系統(tǒng)配置和硬件設置，使PLC能夠?qū)Σ竭M電機有效控制。

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