PLC在步进电机控制中的应用探究

马猛猛

摘 要：步进电机就是我国机械领域中比较重要的电子控制元件，利用步进电机，能够对电机的运行进行有效控制，因此在我国工业领域中，有着十分普遍的应用，可是其控制存在着一定的难度，利用PLC能够起到良好的控制效果。所以文章就针对PLC在步进电机控制中的应用进行探究，提高步进电机的控制质量和效率，扩大其应用。

关键词：PLC；步进电机控制；应用

中图分类号：TM383.6 文献标志码：A 文章编号：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

在当前我国工业领域中，步进电机作为一种十分重要的控制元件，能够将电脉冲信号转变为角位移或线位移，从而对电机进行控制，这在当前我国工业机械领域中发挥着重要的作用。但是步进电机在运行的过程中，由于其为机电一体化产品，控制存在着一定的难度，所以关于步进电机的控制，一直是其应用过程中探讨的重要课题。而PLC则为近几年来兴起的一种重要的逻辑控制器，具有可靠性强、逻辑功能强、体积小和能够对模拟量进行控制等优秀的性能，在我国工业领域中拥有的广泛的应用，将其应用于步进电机的控制中，能够起到良好的应用效果。所以，当前我国步进电机在控制的过程中，可以加强PLC在其中的应用。

1 步进电机的工作原理和特点

1.1 工作原理

步进电机是一种将电脉冲信号转为角位移或线位移的开环控制元件，一般来说，电器在运行的过程中，会受到脉冲信号频率和脉冲数的影响，使其转速和位置发生改变，因此在电气控制的过程中，只需要对其电脉冲信号进行控制，就能够实现电机的控制，而步进电机则正是利用电脉冲信号的控制和调整，使步进电机的步距角得到调整，控制角位移量，来对电机的位置和转速进行有效控制。另外，步进电机作为一种感应电机，能够利用电子电路，将直流电变为分时供电、多相时序控制的电流，并在使用时，由双环形脉冲信号和功率驱动电路组成控制系统，对电机进行控制。

1.2 特点

（1）步进电机在运行的过程中，会将电脉冲信号转为角位移或线位移，所以，其转子的角位移角度会与脉冲数量成正比，随着脉冲数量的变化而发生改变。（2）上文已经提到，步进电机属于一种开环控制系统的一部分，将其与驱动器连接在一起，就能形成简单的开环控制系统，这种开环控制系统结构比较简单，控制比较方便，且控制性能比较优越，最重要的是其造价成本比较低，因此在我国的工业领域中应用十分普遍。但是除此之外，这种步进电机还可以作为控制系统的一部分，与其他的角度反馈环节共同构成一个闭环控制系统。因此在工业领域中，可以说这种步进电机的应用范围十分普遍。（3）不仅天气作为开环控制系统的一部分，其操作比较简单，控制比较方便，而且响应迅速，应用便利。（4）步进电机在使用的过程中，会将脉冲信号转换为角位移和线位移，所以只要有足够的脉冲信号，步进电机就能够对其进行调节，使得速度的调节范围相对比较广。（5）步进电机的工作原理中已经明确提出，其主要的控制来源就是脉冲信号，所以其在使用的过程中，只能使用脉冲电源。（6）虽然总体来说，步进电机的控制效果比较好，但是其在具体的应用过程中，如果脉冲信号发生波动，就会影响其具体的使用效果，因此很多步进电机在使用的过程中，可能会出现失步或者振荡的情况。（7）如果步进电机出现了振荡情况，则其振动比较大，还会产生很大的噪音。

2 步进电机的控制特点

在对步进电机进行控制时，其常见的控制方法主要包括了单片机控制、工控机控制和普通集成电路控制，这三种控制方法各具特色，使用时也各具优点。步进电机作为一种开环控制的设备，其在使用的过程中具有操作便捷、不会出现累积误差等优势，如果利用PLC来对其进行控制，则需要借助控制面板、PLC控制器和步进电机驱动器，这三种硬件设备结合在一起，共同用于步进电机与PLC通信、用户控制、信息输入等，而且随着科技的不断发展，控制面板和相关的操作硬件也会得到不断的更新和优化，使得操作面板和控制面板的操作更加便捷，人机交互性更强，信号的传输以及步进电机的控制更加快捷。

在利用PLC对步进电机进行控制时，其硬件配置必须要遵循以下基本原则：

2.1 步进电机

在对步进电机进行控制时，为了达到良好的控制效果，首先需要步进电机自身，在质量和性能上能够满足使用要求，其相關参数能够更加精确，这样能够方便控制的精准度。在选择步进电机时，必须要对其负载进行控制，了解其负载的大小和精度要求，然后根据静力矩、电机的步距角大小和电机的电流，确定步进电机的型号。

2.2 驱动器

在对步进电机进行控制时，步进电机与驱动器共同构成了一个开环控制系统，因此驱动器的选择是至关重要的，在选择之前，必须要根据电机的型号、相数和电流的大小决定合适的驱动器型号，并根据PLC的输出信号极性，确定驱动器的输入信号。如果想要提高对步进电机的控制精确度以及步进电机的运行性能，就需要对驱动器的性能和参数进行严谨的选择，对具体的参数进行控制，对其功能还要进行细分，从细节处出发，切实提高电机的精度。

2.3 PLC

PLC对步进电机进行控制时，主要是控制了步进电机的脉冲数，从而有效控制步进电机的运行，因此在选择PLC时，需要从众多的设备中选择出具备高速脉冲输出功能的设备，这样在使用时，能够凭借高速脉冲输出，对步进电机的运行进行控制。

3 软启动技术的原理和优点

3.1 软启动技术的原理

软启动技术的原理是，在启动电动机或电源时，将软起动器串联在二者之间，然后利用电路系统中的晶闸管，在电路回路系统中的单片机进行脉冲触发角的调节，进而改变脉冲导通角，从而对电动机的转矩进行改变。这种软启动方式，在应用时通过PLC的控制能够对系统中的晶闸管导通角进行调节，然后在保证其最终应用效果的基础上，缓慢提升电动机的转速，保证设备在该过程中不会受到损伤。

3.2 软启动技术的优点

软启动技术在应用的过程中具有灵活方便的优点，在启动时能够通过与相关技术的结合，对于不同的设备采用不同的软启动方式，使得设备的软件启动方式能够最大限度的保证设备的运行参数，同时还可以避免对设备造成损坏，最终实现设备的平稳启动。另外这种软启动技术还能够提供全功能的保护系统，能够在启动的过程中对设备进行过载保护，针对电动机启动过程中的故障进行保护，从而避免了软启动的过程中电动汽车出现故障，有效保证电动机的平稳运行。

4 PLC在软启动器控制中的应用

4.1 斜坡升压软启动

这种启动方式不具备进行电流闭环控制的条件，在启动时，可以利用PLC对其的斜率进行调整，以达到控制启动的目的，这种控制方法在应用的过程中，斜坡的信号是与PLC的功能有直接关系的，二者的有效结合，能够使输出的信号在一定的时间点上按照预定的斜率增加，控制极为便捷。

4.2 斜坡恒流软启动

斜坡恒流软启动与斜坡升压软启动的最大不同就在于，这种启动方式是一种闭环控制方式，在控制的过程中，主要通过对电动机的启动电流进行控制来达到控制的目的。斜坡恒流软启动在启动时，控制器能够通过缓慢增加电流的方式，直至电流达到最高值，然后完成启动，由于在该过程中，电流会呈现出斜坡的曲线形状，所以被称为斜坡恒流软启动。在启动的过程中，PLC能够对电流的变化速度进行调节，也就是调节曲线的速率，同时参考电动机的实际负载，保证电机的有效启动，而启动速度是与电流的上升速率呈现正相关的关系。这种斜坡恒流软启动的应用范围比较广，在一些泵类负载和风机的启动中应用比较普遍。PLC在对该类启动进行控制时，可以先将模糊控制规则转化为数据表，存放在存储区，以此来减少控制中的计算量，提高控制的时效性。

4.3 突跳电压斜坡启动

突跳电压斜坡启动这种启动方式在应用时，启动电压会随着时间的增加而增加，呈斜线上升的态势，属于一种开环控制方式，所以在对这种启动方式进行控制时，只需要对其中的金甲管进行过载电流保护，就能够实现移相触发的同步基准。再利用PLC对这种软起动进行控制时，除了要采用比较常见的控制方法之外，还需要检验电机的切换功能，通过逻辑运算能力，对电机的运行条件进行核实和检验，以保证电动机设备的互锁选择。

5 结束语

在现代的工业自动化生产过程中，机械设备想要得到有效的应用，就必须要加强控制，于是步进电机作为一种重要的电机控制元件，在工业生产中得到了广泛应用。可是步进电机在使用的过程中，由于其机电一体化的程度比较高，所以想要对其进行控制比较困难，需要涉及到很多领域的专业知识，在这种情况下，PLC逻辑控制器被研发出来，经过实践证明，将其应用在步进电机的控制中，能够有效提高步进电机的控制效率和质量。因此在现代工业生产过程中，需要加强对PLC和步进电机的研究，对其应用原理和控制原理进行了解，从而通过各种系统配置和硬件设置，使PLC能够对步进电机有效控制。

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