步进电机、伺服电机在自动生产线 中的应用
步进电动机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电 动机，由于其工作原理易学易用，成本低、电动机和驱动器不 易损坏，近年来在各行各业的控制设备中获得了越来越广泛的 应用，图5-3为步进电动机外形图。 图5-3 步进电动机外形图 一、步进电动机控制原理分析
步进电动机是一种将电脉冲信号转化为角位移的开环控制 元件。当步进驱动器接受到一个脉冲信号时，它就驱动步进电 动机按设定的方向转动一个固定的角度（称为步距角），它的 旋转是以固定的角度一步一步运行的。其输出的角位移与输入 的脉冲数成正比，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从 而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电 动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电动机的相数是指电动机内部的线圈组数，目前常用 的有二相、三相、四相、五相步进电动机。电动机相数不同， 其步距角也不同，一般二相电动机的步距角为0.9°/1.8°、三 相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。 一、步进电动机控制原理分析
1、步进电动机的工作方式。本项目以三相步进电机来说明 其工作方式。步进电动机工作时以电脉冲信号向A、B、C三相 控制绕组轮流通过电流，转子就向一个方向一步一步地转动。 定子绕组每改变一次通电方式，步进电动机就走一步，称其为 一拍。如果每拍只有一相绕组通电，称为“单”通电；如果每拍 同时有两相绕组通电，称为“双”通电。三相步进电动机的工作 方式有以下三种： （1）三相单三拍方式：三相步进电动机如果按A-B-C-A方 式循环通电工作，就称这种工作方式为单三拍工作方式。“三拍” 是定子三相绕组绕组需经过三次切换才能完成一个循环。若通 电顺序A-B-C-A为电动机正转，则A-C-B-A为反转。 （2）三相双三拍方式：三相步进电动机通电顺序AB-BCCA若为正转，则BA-AC-CB为反转。 （3）三相单双六拍方式：三相步进电动机通电顺序： A –AB-B-BC-C-CA若为正转，则CA-C-BC-B-AB -A为反转。 一、步进电动机控制原理分析
2、转速控制。以单三拍的工作方式为例，必须使脉冲发生器 输出周期为T的三个控制脉冲信号Y0、Y1、Y2按照单三拍的通 电方式接通，其接通顺序如图5-4所示： 一、步进电动机控制原理分析
3、正反转控制。通过调换相序，即改变Y0、Y1和Y2接通的顺 序，以实现步进电动机的正、反转控制，如图5-6所示。 图5-6 三相步进电机正反转控制 4、步数控制。通过脉冲计数器，控制脉冲的个数，实现对步 进电动机步数的控制。 一、步进电动机控制原理分析
二、步进电机的控制 在工业应用中，一个步进电机控制系统通常由控制器、步 进电机驱动器和步进电机三部分组成。控制器可以是PLC、单 片机和定位模块，其主要作用是产生脉冲和方向信号。FX2N 系列PLC（晶体管输出型）可通过特定的输出口（Y000、 Y001）输出指定频率及数量的脉冲串。步进电机驱动器的主 要作用是将接收到的脉冲信号依一定的规律分配给电动机的各 个绕组和将脉冲信号进行功率放大，从而控制每一相的绕组是 否得电。 1、 脉冲输出指令PLSY 脉冲输出指令PLSY的助记符、操作数等指令属性如表5-1所示
PLSY指令是以指定的频率，产生定量脉冲的指令，PLSY指令的使用 说明如图5-7所示 图5-7 PLSY指令的使用说明 图5-7中源操作数[S1.]指定频率值，范围为2~20KHz（FX2N机 型），在指令执行中更改[S1.]的内容，输出频率也随之发生改变。源操作 数[S2.]指定产生的脉冲量，范围为1~32767（16位指令）或 1~2147483647（32位指令），将该值指定为0时，则对产生的脉冲不作 限制，在指令执行中更改[S2.]的内容，将从下一个指令驱动开始执行时变 更内容。[D.]用以指定输出脉冲的输出端口号（仅限于晶体管型机Y000或 Y001有效），输出脉冲的高低电平各占50%。 当X010为ON时，执行脉冲输出指令。当X010中途变为OFF时，脉冲 输出中止，当X010再次为ON时，重新从零开始输出。设定脉冲量输出结 束时，指令执行结束标志M8029置1。 二、步进电机的控制
2、 步进电动机驱动器 步进电动机驱动器是与步进电动机配套使用的一种装置， 它是按照控制器发来的脉冲/方向指令对步进电动机线圈进行控 制，从而控制电动机转轴的位置和速度。步进电动机驱动器接 收的外部信号有脉冲信号（CP，或称PU）和方向信号 （DIR），另外步进电机在停止时，通常有一相得电，电机的 转子被锁住，所以当需要转子松开时，应该使用脱机信号 （FREE，或称EN）。图5-8为步进电动机驱动器外形，图5-9 为步进电动机、步进电动机驱动器和PLC间的连接图。 二、步进电机的控制
图5-9 步进电动机、步进电动机驱动器和PLC间的连接图 二、步进电机的控制