步进电机的PLC 控制调速方法之探索

步进电机的PLC 控制调速方法之探索

步进电机又叫做脉冲电机，是控制系统中的一种执行元件。它的作用是将脉冲信号变换为相

应的位移，即给一个脉冲电信号，步进电机就转动一个角度或前进一步。由于步进电机的位

移与脉冲个数成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制

指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停止、正反转及其它任何运行方式的改变都可

在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，从而实现精确定位。同时可以通过控制脉冲

频率来控制步进电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。在负载能力范围内，这些

关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化，因而可适用于开环系统中作执行元件，使控制系统大为简化。目前，我国已较多地将步进电机用于机械加工的数控机床中，在

绘图机、轧钢机的自动控制、自动记录仪表和数模变换等方面也得到较多的应用。

可编程序控制器简称PLC，是一种数字运算操作的控制系统，专门用于工业环境设计。它的

主要特点是可靠性高、使用方便、体积小、重量轻、编程简单易学，在工业控制领域得到广

泛的应用。目前，利用PLC 技术可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便地进行各种

步进电机的操作，完成各种复杂的工作。它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体

化的实现。

本论文以项目教学法的方式探索步进电机的PLC 控制转速方法。本设计控制要求如下：按下

启动按钮，步进电机以100Hz 的基准频率正转。按一次加速按钮，频率以50Hz 递增，最多

加速5 次；按一次减速按钮，频率以25Hz 递减，最多减速4 次。加速时为正转，减速时为反转。按下停止按钮，步进电机立即停止运行。步进电机驱动器的细分设置为1，电流设置为1.5A。

1 控制系统的硬件设计

1.1 控制系统的结构。本设计中，系统硬件部分由上位机、PLC、步进电机驱动器、步进电机、负载等组成。上位机是计算机，作为控制面板、人机交互界面和控制软件编制环境，通过与PLC 的通信，实现操作监控功能；PLC 发出脉冲信号、方向信号，通过步进电机驱动器控制步进电机的运行状态。

1.2 控制系统的硬件。

1.2.1 PLC。使用PLC 控制步进电机时，应该保证PLC 具有高速脉冲输出功能。通过选择具有

高速脉冲输出功能或专用运动控制功能的模块来实现。在本设计中，采用的是三菱系列

FX2N-32MT 型的晶体管输出型PLC。在PLC 的选型上，必须采用晶体管输出型PLC，若使用继电器型的PLC，则高速脉冲的输出很难达到控制要求。

1.2.2 步进电机。步进电机有步距角（涉及到相数）、静力矩、电流三大要素组成。根据负载的控制精度要求选择步距角大小，根据负载的大小确定静力矩，静力矩一经确定，根据电机

矩频特性曲线来判断电机的电流。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。

1.2.2.1 步距角的选择。步进电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小

于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36 度/0.72 度（五相电机）、0.9 度/1.8 度（二、四相电机）、1.5 度/3度（三相电机）等。

1.2.2.2 静力矩的选择。步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载两种。单一的惯性

负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）两种负载均要考虑，加速起