高揚(yáng)

摘 要：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的特種電機(jī)，在工業(yè)生產(chǎn)中主要應(yīng)用于精確控制和定位，其組成的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)，文章主要從教學(xué)的角度出發(fā)，描述了三菱FX3U系列對(duì)步科Kinco步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制，主要從步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)造、原理、接線、設(shè)置，PLC用于步進(jìn)電機(jī)控制指令的使用等方面出發(fā)詳盡闡述了使用PLC控制步進(jìn)電機(jī)的整個(gè)過(guò)程，解決了學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的大多數(shù)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：兩相步進(jìn)電機(jī)；Kinco 2S56Q-02054；FX3U-48MT；細(xì)分

步進(jìn)電機(jī)在數(shù)字控制領(lǐng)域應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件。步進(jìn)電機(jī)的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應(yīng)的增量位移或步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。正常運(yùn)動(dòng)情況下，它每轉(zhuǎn)一周具有固定的步數(shù)。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接受數(shù)字量的控制，所以特別適宜采用PLC或單片機(jī)進(jìn)行控制。

1 步進(jìn)電機(jī)

文章主要是利用三菱FX3U系列PLC對(duì)步科Kinco 2S56Q-02054型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制過(guò)程進(jìn)行介紹，步科Kinco 2S56Q-02054型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是兩相步進(jìn)電機(jī)。然而我們這里的相和我們?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)中的相的概念是不同的，步進(jìn)電機(jī)通入的是直流電脈沖，相主要是用來(lái)描述線路的聯(lián)接和組數(shù)的不同，即電機(jī)內(nèi)部線圈的組數(shù)，兩相步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：它有兩個(gè)繞組A和B，當(dāng)一個(gè)繞組通電后，其定子磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，將轉(zhuǎn)子吸合到此磁極處，若繞組在控制脈沖的作用下，通電方向順序按照：AA→BB→AA→BB。這四個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，電機(jī)可順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，控制脈沖每作用一次，通電方向就變化一次，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即90度，4個(gè)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。

2S56Q-02054型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角為1.8°，精度（步距角誤差）為±5%，相電流為3.0A，機(jī)座為56mm，扭力為0.9N·m的兩相步進(jìn)電機(jī)。那么通過(guò)型號(hào)我們可知：2-兩相，S-混合型，56-法蘭尺寸，Q-電機(jī)形狀方形，020-額定相電壓=相電流*相電阻*0.1V≈0.2V，54-機(jī)身長(zhǎng)度不含周長(zhǎng)為54mm。步距角為1.8°，那么電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈是360°，需要PLC發(fā)出200脈沖實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一圈的操作。

2 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器

Kinco 2CM525型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，即步距角。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速和定位的目的。

步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分功能有的用戶只是認(rèn)為，細(xì)分是為了提高精度，其實(shí)不然，細(xì)分主要是改善電機(jī)的運(yùn)行性能，其主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個(gè)附帶功能。假如電機(jī)的額定相電流為3A，如果使用常規(guī)驅(qū)動(dòng)器（如常用的恒流斬波方式）驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)行一步，其繞組內(nèi)的電流將從0突變?yōu)?A或從3A突變到0，相電流的巨大變化，必然會(huì)引起電機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)和噪音。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，在10細(xì)分的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)行一微步，其繞組內(nèi)的電流變化只有0.3A而不是3A，且電流是以正弦曲線規(guī)律變化，這樣就大大的改善了電機(jī)的振動(dòng)和噪音，因此，在性能上的優(yōu)點(diǎn)才是細(xì)分的真正優(yōu)點(diǎn)。

3 PLC對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的控制

3.1 FX3U系列PLC的脈沖輸出功能（必須采用MT型PLC）

（1）使用基本單元（晶體管輸出型即MT型）的輸出端子時(shí)，3軸可以通過(guò)Y000、Y001、Y002同時(shí)輸出最高為100KHZ的脈沖。（2）使用2臺(tái)高速輸出特殊適配器FX3U-2HSY-ADP，4軸可同時(shí)輸出最高為200KHZ的脈沖。

3.2 FX3U PLC脈沖輸出指令的介紹

舉例：[PLSY K4000 K20000 Y0]

以上程序含義為指定PLC的輸出端Y0，發(fā)出一個(gè)指定頻率為4000HZ，指定脈沖量為20000個(gè)的脈沖。注：頻率和脈沖量都應(yīng)在范圍內(nèi)設(shè)置。

步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，即脈沖頻率越高，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也越高，但提高了脈沖頻率雖然達(dá)到了提速作用，卻損失了力矩。

如果想要發(fā)送無(wú)限個(gè)脈沖，只需要把脈沖設(shè)置改為K0。

3.3 相關(guān)軟元件的介紹

M8029為觸點(diǎn)型特殊輔助繼電器，如果M8029置ON，代表指定脈沖數(shù)發(fā)送結(jié)束，若M8029為OFF，代表脈沖未發(fā)送完畢或?yàn)椴话l(fā)送脈沖的狀態(tài)。

D8140、D8141為32位特殊數(shù)據(jù)寄存器，存儲(chǔ)的為Y0發(fā)出的脈沖數(shù)的累積。

3.4 相關(guān)的計(jì)算公式介紹

3.5 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器端口介紹

（1）DIR為方向信號(hào)，在單脈沖控制時(shí)，它是來(lái)負(fù)責(zé)電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的，因?yàn)轵?qū)動(dòng)器輸入接口電路接法不同，有共陽(yáng)極和共陰極接法之分，本例中Kinco 2M530采用共陽(yáng)極接法，DIR+接高電平、DIR-接低電平或者懸空時(shí)為正轉(zhuǎn)，相反為反轉(zhuǎn)，電機(jī)要換向必須完全停止后進(jìn)行。（2）CP、PUL是脈沖信號(hào)，有時(shí)還會(huì)被稱為PLS，本例中Kinco 2M530采用共陽(yáng)極接法，PLS+（脈沖信號(hào)正端）接高電平，PLS-（脈沖信號(hào)負(fù)端）接低電平或者懸空，代表有脈沖時(shí)驅(qū)動(dòng)器工作，無(wú)脈沖時(shí)鎖定電機(jī)并自動(dòng)半流。（3）關(guān)于CW和CCW一般是用于雙脈沖的，CW是正轉(zhuǎn)脈沖，CCW是反轉(zhuǎn)脈沖。一般的驅(qū)動(dòng)器可以單、雙脈沖共有。（4）EN和FREE為脫機(jī)信號(hào)或使能信號(hào)，信號(hào)有時(shí)，電機(jī)會(huì)自己斷電，驅(qū)動(dòng)器不會(huì)斷電，本例中ENA+接高電平，ENA-接低電平或者懸空，代表脫機(jī)，即電機(jī)斷電，驅(qū)動(dòng)器不斷電。本例PLS-、DIR-、EN-都接所對(duì)應(yīng)的信號(hào)，PLS+、DIR+、ENA+就接+24V的電源就可以了。

3.6 三菱FX3U-48MT與步科Kinco 2S56Q-02054型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連接示意圖如圖1所示