引言
科技的发展,步进电机在国内的数字控制系统中的应用十分广泛。本文以PLC作为控制器,给出它与步进驱动器,步进电机的接口电路图和相应的执行程序,来具体描述PLC在步进电机控制中的应用。如今,许多技工学校都开设了PLC这门课程,故也可以把PLC如何控制步进电机工作作为案例列入到PLC实训课程中,这样既能提升PLC课程教学的整体性和系统性,也能增加学生的学习热情。
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）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、步进驱动器、PLC之间的连接
步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比,其速度与脉冲频率成正比,其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。故我们可以利用PLC产生相应的脉冲和方向信号,通过步进驱动器来对脉冲、方向信号进行分配和功率放大,再去控制步进电机每相绕组是否得电,以此来控制步进电机的运转。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3PLC在软启动器控制中的应用
3.1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。
3.2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。
4PLC控制程序软件设计
4.1系统软件配置
某PLC控制程序软件系统是以SIMATICSTE7V5.3、WinCCv6.0和Step7，MicroWinV4.0SP4等软件构成的，其中SIMATICSTE7V5.3编程软件，其主要功能是实现S7-300硬件组态配置、各种编程任务，以及网络通信端口配置和物理地理配置。其中的STEP7MicroWin编程软件，可以实现对程序和系统的编程。而上位机组态软件WinCCV6.0编程，能够最大限度实现应用的灵活性和系统的开放性。因此将这三种软件结合起来，能够最大限度实现对步进电机的有效控制，从而能够使其在工业领域中得到广泛应用，从而有效提高步进电机的应用效率和控制效率，提高工业生产的效率，降低生产成本。
4.2硬件组态
系统中的组的配置，主要包括的硬件名称和类型、控制传输速率和操作模式的DP网络参数设置。通过这种硬件组态方式，S7-300与S7-200，能够通过EM277实现通讯，而想要对其进行有效的应用，则需要安装新型的GSD文件，在安装完之后，就可以从硬件设备中查询到EM277，从而实现二者之间的通讯。一般来说，在硬件组态的过程中，为了能够保证设备之间通讯状态的良好，需要先设置CPU315-2DP的地址，注意EM277不能与主站发生地址重复的情况。在组态的状况下，需要对EM277的站地址进行设置，需要保证其与实际的拨锁开关设定地址相同，然后选择32字节的输入和输出接口。通过这样简单的组态设置之后，就能够保证整个系统的硬件设备运行起来，所有的硬件设备之间都能够实现高效通讯，从而达到对步进电机的最优控制。
结语
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。
参考文献
[1]田淑珍.S7-200PLC原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2014.
[2]郝敏钗.PLC控制系统设计与实践项目教程[M].北京：国防工业出版社，2013.
[3] 申立琴，马彩文，田新锋，等 . 西门子 PLC 控制大量步进电机的应用研究 [J]. 可编程控制器与工厂自动化，2008(02)：36-39.
论文作者:唐华胜, 董植华
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/26
标签：步进电机论文; 脉冲论文; 过程中论文; 位移论文; 信号论文; 斜坡论文; 组态论文; 《中国西部科技》2019年第24期论文;