基于PLC的步进电机控制技术

刘兵 杨东阳

摘要：随着经济的快速发展和科技的快速进步，从一定意义上推动了我国步进电机的发展进步。步进电机作为一项特殊的先进设备，其适应范围广泛，凭借着自身的技术优势，为众多行业领域作出了不可估量的贡献。而PLC作为一种控制装置，依靠其自身的网络技术、技术处理等优势能有效控制步进电机，让步进电机的价值发挥到最佳状态。本文阐述步进电机控制技术的工作原理和特性，并分析PLC步进电机控制技术原理和挑战，以为步进电机的发展提供理论基础。

关键词：PLC；步进电机；控制技术

毋庸置疑，在计算机技术的发展带动下，步进电机产生的控制功能无疑被高度青睐，为自动化系统的发展带来了新盛景。步进电机的转子惯量低、操作误差小等优点，为其在部分领域中的地位提供了支撑后盾。PLC在众多控制装置中最深得步进电机的心，两者的有机融合已成为众多行业中的控制领域的不二之选，其发展潜能极大。同时，PLC的性价比优势也更具一层，这就确保了PLC的步进电机控制技术的广泛应用的有效性。故此，相关技术人员应充分了解两者融合的理论基础，并放置到实践中，实现控制技术的大进步。

一、 步进电机控制技术的工作原理

步进电机的控制原理主要依赖电脉冲信号来完成，在控制过程中，把电脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移。在电脉冲的控制的影响下，步进电机的角位移量和速度会与输入脉冲的数量及频率形成正比，以达到相应的控制效果，确保实现步进电机在控制中的有效精准定位的目的。同时，步进电机转动的速度和加速度的控制，主要是依靠脉冲频率来实现有效控制，以保证运作过程中能进行实时调速。另外，在通电的顺序上稍作改动，步进电机的旋转方向就能够被有效改变，进而实现步进电机的灵活控制。

二、 步进电机控制技术的特性阐述

常见的步进电机的分类主要分为以下三类：反应式步进电机、永磁性步进电机、混合式步进电机等[1]。除了此种按照结构划分的方式，步进电机亦还有其他的分类方法。然而，不管是哪种依据划分的步进电机种类，其控制技术的特性基本上都包含以下七大方面。其一是其跟随性优良。由于步进电机的角位移量与输入脉冲的数量是正相关的，再加上其运转产生的误差概率极低，几乎可忽略不计，故其在跟随性上是十分合格的。其二，步进电机与驱动器一起构成了开环数字控制系统，简单却不失实在的可靠性，并且在成本上也非常的可观。其三是其反应足够灵敏。无论是在启动亦或停止工作的响应上，步进电机都是走在前面的，使其很好地发挥了控制作用。其四是其速度调节灵活。平滑调节速度自不用说，在低速的情形下也能取得较大转矩。其五是步进电机的电源特殊性，即只使用脉冲电源才有作用，对于交流电源或直流电源是无济于事的。其六是需定期进行优化调控，才能确保步进电机的震荡和失步影响降到最低，同时做好控制系统与机械负载的优化处理。其七是步进电机在运作时的噪声和振动较大，以及在带惯性负载的能力上不是那么尽人意，这就要求相关人员务必具备一定的控制技术。

三、 基于PLC的步进电机控制技术的分析

（一） 传统控制方式

传统的控制方式上存在着许多弊端。其传统原理主要是从控制器中生成控制命令，经环形分配器生成脉冲串，在进入到功率放大器进行脉冲分配，形成旋转磁场，从而达成控制。然而，这种控制方式是按照质量来达到控制的，这种方式的不足之处就在于其工程量尤其浩大，无论是在设计还是分配上，都需要较大的人力物力的支持，同时，这种控制方式层层紧闭，独立性较差，在某个环节上稍有不慎，都会引起整个控制体系的瘫痪，无法继续进行控制运行。这种传统的控制方式，弊端突出，步进电机的不足之处暴露无遗，效果固然不尽人意。因此，在控制需求愈来愈高的众多行业中，这种传统控制方式正逐步被淘汰中，亟待优化升级。

（二） PLC控制原理

基于PLC的步进电机控制技术主要是有PLC和步進电机两者相融合的一项控制技术，借助于PLC的优势，弥补步进电机的劣势，克服传统方式的不足之处，提高了整个控制体系的性能。一般情况下，PLC步进电机控制系统在硬件上包括了控制面板、PLC控制器、步进电机、驱动器等四大部分。控制面板在和PLC进行通信的基础上，可以实现监督控制，这些操作面板多种多样，如按钮、开关等，而目前的控制面板已经可以直接触屏操作，用户录入信息后，控制面板与PLC进行通信后直接控制信号，发送到驱动器，由驱动器控制步进电机的运作情况。驱动器的选取要有根据，而不能敷衍筛选，因此，务必根据步进电机的型号和PLC输出信号的极性来选取合适的驱动器。在实际选择中，一般可选拥有细分功能的驱动器，以确保步进电机在控住精度和运行性能的良好性，当前的驱动器的细分等级小的有8倍，大的能达到256倍，而在选择时，相关人员务必从实际出发，称体裁衣，追求合适。同时，在控住操作中，PLC的高速脉冲输出功能是必不可少的，运用此功能达到控制技术的实现。另外，步进电机的启动与停止频率以及转矩都必须和转动惯量相匹配，并用相关公式算出脉冲量、频率等，进而做好PLC的选择工作。

（三） 程序的创建

基于PLC的步进电机控制技术在运行时有一定的程序，首先在控制步进电机的速度和位置时，就必须对EM253依据控制要求进行组态。EM253位控模块作为PLC的扩展功能模块，能相应地控制速度和位置，达到控制效果。组态完成后就得进行调试，这是由于组态产生的参数也不是百分之百的准确，所以需要不断调试以改善参数，在反复的调试之后，以取得最合适的参数。在编译之时，就要选取最合适的参数来编译了，即在上一步的反复调试后取得的最合适的参数，随之下载到PLC上，这也意味着程序的创建工作顺利完成了。

四、 基于PLC的步进电机控制技术的挑战分析

纵然PLC与步进电机的结合在很大程度上改善了控制技术，但由于两者并不是十全十美的，故此也会存在着一些挑战。尤其是步进电机本来存在的弊端，就给PLC的设计工作带来了许多的阻碍，比如许多的步进电机是双凸极的，其转子和定子结构上都带齿，这就会导致在某些控制体系上无法达到预测的效果，如不稳定或高速运行的状态不佳等等[2]。总而言之，PLC的融合虽然带来了步进电机的控制技术的提升，但碧玉微瑕，相关应用人员应该了解这些挑战后，及时做好控制技术的调整，不断在前代的基础上进行加工升级，以将控制过程中的困难程度降到最低，从而确保控制系统的正常运行。

五、 结束语

综上所述，基于PLC的步进电机控制技术的潜能巨大，在未来的控制领域有着不可限量的发展空间。相较于传统的控制方式，优势明显，无疑促进了步进电机的良好发挥。PLC控制装置，充分发挥其自身的处理快速、判断精准、控制简单等的优势，为步进电机作出了重要的辅助贡献。相信在PLC的支撑上，步进电机的控制技术越发完善，控制性能发展稳定，在各行各业的控制领域中都将得心应手，将自身的强大价值有效地发挥出来，实现步进电机的有效发展。

参考文献：

[1] 江华生，李鸣，高素萍，等.基于PLC的步进电机控制技术[J].自动化技术与应用，2006，25（10）：54-56.

[2] 王彦军，李增生.基于PLC的步进电机控制[J].科学技术与工程，2011，11（5）：1077-1079.

（作者单位：上海振华港机重工有限公司）