基于PLC步进电机控制综合系统的设计.docx

基于plc步进电机控制系统设计摘要本文所要控制电机为五相步进电机，采取可编程控制器对其控制，对设计原理及方法分析总结。步进电动机优点有快速起停、定位和正确步进等，日常生产和生活中比较普遍，控制精度高。在工业过程控制和仪器仪表控制方面，应用很广泛。本文还介绍PLC控制系统，其包含硬件结构还有原理和PLC控制系统设计标准方法。以五相电机控制为例，叙述了西门子PLC在电机控制中利用。其基础原理、硬件准备和软件设计，在文中全部有表现。采取细分驱动方法，能够达成极高精度并提升稳定性，有利于电机运行品质、转矩波动改善。本文内容包含PIC外部接线图、I/O地址分配、控制步骤图、驱动电路选择、细分驱动分析、梯形图等，而且上位机监控界面是利用组态王软件编写。关键词：S7-200； 五相步进电机； 梯形图； 细分驱动； 组态王Design of Stepping Motor Control System Based on PLC Abstract The motor controlled in this paper is a five phase stepper motor. It is controlled by a programmable controller. The design principle and method are analyzed and summarized. Stepping motor has the advantages of fast start stop, positioning and accurate stepping, etc., and the daily production and life are more common, and the control accuracy is high. It is widely used in industrial process control and instrument control. PLC control system is introduced, including hardware structure and principle, and the principle and method of PLC control system design. Taking five phase motor control as an example, the application of SIEMENS PLC in motor control is expounded. Its basic principle, hardware preparation and software design are embodied in this article. The subdivision drive method can achieve high accuracy and stability, and is favorable for motor quality and torque fluctuation. The contents of this paper include PIC external wiring diagram, I/O address allocation, control flow chart, drive circuit selection, subdivision drive analysis, ladder diagram and so on, and the upper computer monitoring interface is written by Kingview software.Key words S7-200; Five-phase stepping motor; Ladder diagram; Subdivision drive ; Configuration king目 录1引言11.1步进电机介绍11.2 步进电机分类11.3 步进电机应用21.4 步进电机多种控制及比较21.4.1环形分配器步进电机控制系统21.4.2 单片机步进电机控制系统31.4.3 可编程序控制器步进电机控制系统31.4.4多个控制系统性能比较41.5 PLC选型要求42 电气控制系统方案选择及硬件设计62.1 可编程控制器原理62.2 可编程控制器选型72.3控制方法选择82.4五相步进电机多个运行方法9 2.4.1单五拍运行方法92.4.2十拍运行方法102.4.3双五拍运行方法112.5控制分析112.5.1功效要求112.5.2 I/O地址分配表122.6 PLC外部接线图132.7 步进电机时序图133 步进电机驱动电路选择143.1步进电机驱动电源分类143.2.细分电路分析和选择164 系统设计194.1步进电机程序设计及分析194.2 PLC 程序设计204.2.1 步进控制设计204.2.2 梯形图设计225 组态软件监控设计及系统运行245.1 组态软件仿真实现意义245.2 组态软件设计步骤245.3 系统仿真运行27总结28致 谢29参考文件30附 录31附录A 程序梯形图31附录B 程序语句表36附录C 系统运行状态图401 引言1.1步进电机介绍步进电机又称脉冲电机或阶跃电机，电机对传输来电脉冲信号分析和转换而进行对应角位移和线位移。在电机负载没有超出它理论值情况下，传输来电脉冲信号直接决定电机运行速度和位移，此时电机速度是不受其它原因影响。在这种情况下，我们能够很轻易对电机进行控制，经过对电脉冲信号大小、强度和脉冲数改变，从而实现对电机速度和线位移进行控制。当传输来电脉冲信号被步进电机接收到后，它会根据预先设定进行一个角度旋转，这个动作我们将其称为“步距脚”。它旋转角度是固定。以传输来电脉冲个数对电动机角位移进行有效控制，以传输来电脉冲频率来控制电机加速度和速度。 1.2 步进电机分类步进电机从结构角度来分有以下多个：反应式、永磁式和混合式。反应式：它是由定子和转子组成，其中定子上有绕组，转子是经过软磁材料组成。所以反应式含有简单结构、成本比较低、步距角小，最好时候能够达成；不过也存在着缺点，比如它动态性能差、工作效率比较低、轻易发烧且发烧程度比较大，不轻易确保它可靠性。永磁式：永磁式步进电机组成材料是永磁材料，它电机转子和定子极数相同。它动态性能很好，输出力矩也比较大。不过它也有其缺点，即运行时精度不太高。混合式：顾名思义可知，混合式步进电机包含上面两种电机其优点，多相绕组组成其定子，转子则是由永磁材料制作，其中为了提升步进精度经过对定子和转子添加小齿轮方法来实现。混合式特点是把反应式和永磁式特点结合起来，包含：输出力矩较大，动态性能比很好，步距角小等。它缺点是结构相对比较复杂，对应成本也比较高。1.3 步进电机应用在现实生活中步进电机使用很普遍，但在生产过程中能够很好使用这个电机是有一定难度，假如想要它能够顺利工作则要采取部分控制软件进行辅助，如：双环形脉冲信号、功率驱动电流等特殊装置，它正常工作也包含到机械、电机、电子和计算机等相关知识。在工业生产和自动化控制行业已经广泛使用步进电机。伴伴随科学技术快速发展，计算机和电机行业也对应快速起步，对步进电机需求量也不停增加，很多行业和领域是利用步进电机优点：经过控制电脉冲个数对电机角速度进行控制，采取控制电脉冲频率方法来实现对电机速度和加速度进行控制。步进电机图1-1所表示。图1-1 五相步进电机1.4 步进电机多种控制及比较1.4.1环形分配器步进电机控制系统图1-2环形分配器步进电机控制系统环形分配器是把源自控制部分脉冲串根据一定规则分配给步进电机驱动部分各相输入端口。控制器时钟脉冲让环形分配器输出不不过周期性还是可逆。驱动电路把环形分配器有序时钟脉冲放大来驱动步进电机，使步进电机旋转方向及速度连续可调。1.4.2 单片机步进电机控制系统 图1-3单片机步进电机控制系统单片机控制步进电机可做到系统小巧、易于改变步骤等特点。单片机控制步进电机控制系统图1-3，我们把写好程序下载到单片机，单片机就会根据一定过程把时钟脉冲串按一定规律分配给驱动电路，使驱动电路输出既是周期性，又是可逆。控制单片机程序使步进电机旋转方向及速度连续可调。1.4.3 可编程序控制器步进电机控制系统 图1-4可编程序控制器步进电机控制系统可编程序控制器（Programmabie Logic Controller,缩写PLC）是由微处理器结累计算机、通信、联网和自动控制技术发明一代工业控制装置。PLC步进电机控制系统和单片机步进电机控制系统相同，可编程控制器按用户程序把有序时钟脉冲分配给驱动电路,驱动电路让其有序脉冲进行放大以此来驱动步进电机。PLC程序使步进电机旋转方向及速度连续可调。1.4.4多个控制系统性能比较环形分配器步进电机控制系统比较简单、价格低廉但控制灵活性不高，适合于固定模式控制系统。单片机步进电机控制系统在现代化、高精度、网络化管理控制系统中工艺步骤不停改变以致于单片机程序需要随时更改，为此修改程序需要有专业人员进行操作，而且单片机联网需要专用网络管理设备，输入输出需要设计专门隔离电路，这些全部给单片机使用带来很大不足。PLC基础结构是微处理器，结累计算机、通信和自动控制技术等而开发新一代工业控制装置。PLC使用面向控制过程、面向用户“自然语言”编程，编程简练方便。各个厂家生产可编程控制器全部已成系列化，多种功效模块一应俱全。可编程控制器有专用通讯模块尤其适合组成网络化控制。由以上分析我们能够得出，使用可编程控制器控制步进电机是一个比较合理可靠方案，编程方便、抗干扰能力强、其性能也很稳定。在当今控制系统中要求较高精度、较高可靠性控制性能，所以可编程控制器无疑是首选。1.5 PLC选型要求在实际应用中，必需考虑可编程控制器可靠性，必需立即接收来自外部命令和状态反馈等。可编程控制器进行循环扫描，在每个扫描周期，除过要完成以上三个基础步骤，还要对来自内部故障进行系统检测和诊疗。而且完成可编程控制器故障输出和报警。在每次扫描开始，可编程控制器就要诊疗每个输入点和输出点。存放器和CPU含有内部自诊疗程序。通常经过检测本身每个部分目前状态，而且依据标准进行比较选择，假如错误话，此时PLC立即开始关机过程，保持目前工作状态，关闭全部输出点，然后关机。假如诊疗后，设备或可编程控制器本身没有故障报警，就能够继续进行扫描循环运行程序，在扫描循环程序过程中，继续检验外部通信请求，进行程序处理。比如，外部编程单元，外部逻辑状态，和显示错误消息编程软件等。经过设定好逻辑控制条件和运算条件进行计算，将计算结果进行输出。可编程控制器在扫描周期内，对设备进行连续不间断控制，一直到外部公布停止或急停指令，或外部发生故障等情况下，停止实施工作。可编程控制器基础设计标准,任何种类电气控制系统是为了达成工艺要求，提升设备自动化程度，确保设备质量。在PLC控制系统设计中，应遵照通常标准是：（1） 要选择可编程控制器必需符合技术规范，而且有良好技术支持。（2）满足要控制控制对象要求。设计之前，应深入研究进行调查，搜集资料，并和设计师和机械操作者紧密合作，从而进行方案设计，最大程度处理系统中可能出现问题。（3）在工业工程控制条件下，必需满足工业生产要求，使控制系统设计必需简单，方便，而且达成经济实用要求和效果，便于维护。也要达成系统符合工业设计要求，降低研发成本。（4）控制系统在程序设计时候，必需确保安全，系统运行稳定，功效必需可靠。正确程序调试，充足考虑到恶劣环境条件，本文对这个方面进行充足分析后，最终使用了可靠性相对较高PLC，以此不定时对其进行保养和检验。（5）考虑到生产和工艺改善及开发，在可编程控制器设计时，必需要对以后研发和改善留够一定空间，针对不一样设备，关键将不一样要求，设计标准也应有所不一样，假如为了提升对所控制产品质量和安全性，应该集中在系统可靠性设计，立即考虑冗余控制系统;假如需要话，要提升信息管理系统。西门子S7-200系列可编程控制器产品性价比高，强大功效使其不管在独立运行，还是一个完整网络碰到多种多样控制任务全部能很好处理。这类型产品含有很强大功效，小到能够替换继电器，大到控制整个系统等，全部能够很好实现。在对多个控制器基础性能进行对比分析后，发觉S7-200类型控制器含有体积小，功效强大等多个功效，下面对这类型产品基础特点进行简明分析，其设计结构相对紧凑，价格低廉，性价比较高，很适合研发一般小型控制系统设计。它使用超级电容器存放器数据保护，消除了对锂电池需求，该系统是小，但能够处理模拟（12点模拟输入/ 4点模拟输出）。西门子S7-200系列PLC多达四个中止控制输入，每个中止输入对应时间全部很小，只有0.2ms左右。可编程控制器还有日期和时间中止控制功效。依据本系统控制要求和在对多个类型控制器进行性能等多方面对比分析后，文中最终决定使用CPU222作为控制整个系统运行可编程控制器。2 电气控制系统方案选择及硬件设计2.1 可编程控制器原理可编程控制器结合了计算机技术，自动控制理论，通信技术等，是一个基于微处理器工业控制产品4。另外对于可编程控制器，其含有结构相对而言较简单，而且对应含有性能也很优越，可靠性能也比较高而且维护比较方便。所以可编程控制器应用很广泛，几乎每个行业全部有可编程控制器身影。可编程控制器已经成为现代工业控制技术主导者。而且有着很宽广前景和市场空间。本文设计控制系统，将采取可编程控制器进行设计，可靠性高，维护方便。相关PLC选择问题，还要考虑PLC网络通信功效，价格原因。系统可靠性也是一个关键考虑原因。在对实际工业生产中存在问题进行充足分析后研究后发觉，对应系统内部次序开关，它是由多个原因共同决定，而且对应该今社会中控制器关键功效均是由电气设备来实现，进而造成设备种类繁多，体积较大，工作可靠性性对较低等多个缺点。为此为了最大程度改变这种局面，美国通用企业针对性进行了大量研究和开发，成功研究出了第一代可编程控制器，其基础上能够满足整个系统需求，并命名为可编程控制程序，在当初此款产品关键是应用在电脑开发中，为了方便，还为了反应功效特征可编程控制，PLC称为可编程序逻辑控制器。可编程控制器基础原理以下：1现场信息输入；在可编程控制器循环扫描中，对现场输入信息情况进行逐一扫描。2根据既定程序实施命令：可编程控制器对现场信息进行识别后，根据设定好逻辑控制条件和运算条件进行计算，将计算结果进行输出8。3对程序处理后结果进行逻辑或模拟量输出：PLC将经过内部逻辑程序或计算程序将对条件进行处理，而且将计算结果输出值外部端子，进而可靠控制所设计系统外部电动机和电磁阀和对应指示灯。在工程应用过程中，设备工作工艺过程能够分为次序控制操作，也就是反复某种工艺操作。可编程控制器工作模式为循环扫描控制，和工程应用过程基础一致，所以可编程控制器和设备工艺步骤动作相互对应，编程简单直观，不易犯错，而且易于修改，这么就能够降低项目研发周期和成本9。2.2 可编程控制器选型 依据可编程控制器选型多个要求，要选择可编程控制器必需符合技术规范，而且有良好技术支持。满足要控制控制对象要求。设计之前，应深入研究进行调查，搜集资料，并和设计师和机械操作者，电控紧密合作，从而进行方案设计，进而最大程度处理系统中可能出现问题。在工业工程控制条件下，必需满足工业生产要求，使控制系统设计必需简单，方便，而且达成经济使用要求和效果，便于维护。要达成系统符合工业设计要求，降低研发成本。控制系统在程序设计时候，必需确保安全，系统运行稳定，功效必需可靠。正确程序调试，要充足考虑到恶劣环境条件。考虑到生产和工艺改善及开发，在可编程控制器设计时，必需要对以后研发和改善留够一定空间，针对不一样设备，关键将不一样要求，设计标准也应有所不一样，假如为了提升对靶产品质量和安全性要求，应该集中在系统可靠性设计，立即考虑冗余控制系统，提升信息管理系统。 由CPU模块、输入模块、输出模块还有编程器来组成PLC，基础原理如图2-1所表示。 图2-1 PLC控制系统CPU模块组成关键是微处理器和存放器。存放器分为系统程序存放器和用户程序存放器两种，其系统程序存放器为ROM。I/O模块由输入模块和输出模组成，其相对应输入输出电路图2-2、2-3所表示。图2-2 PLC输入电路 图2-3 PLC输出电路2.3控制方法选择方案一在开环控制下，步进电机是由给定时间间隔脉冲序列所控制，在控制系统中，并不需要反馈传感器和对应电子线路。开环控制电路结构简单、还含有费用低等其它优点，所以步进电机开环控制系统得到广泛应用。 图2-4 步进电机开环控制框图方案二闭环控制是对转子位置还有速度进行不停地检测，检测后再经过反馈和对应处理，形成脉冲链，使得步进电机每一次全部是在控制信号指令下运行。在这么闭环控制作用下，在运作运作过程中不轻易出现失步。图2-5 步进电机闭环控制框图对于上面两种方案比较，很轻易发觉，步进电机最显著特点是在没有位置反馈信号作用下，仍然能够做出正确位置控制。经过开环控制方法很好降低成本，因为在开环控制中不需要价格珍贵位置传感器件，只要对传输来脉冲信号进行计数，就能够确定步进电机位置。在实际生活中，多用开环控制。所以，此次设计选择开环控制系统。2.4五相步进电机多个运行方法2.4.1单五拍运行方法1)正转 首先A相先通电，此时B,C,D,E四相均不通电，产生A-A方向上磁场，此时A,A就成为电磁铁N,S极。因为磁通含有走磁阻最小路径特点，则转子在磁场作用下转到对应位置，接着B相通电，此时A,C,D,E均不通电，产生B-B方向上磁场，则同理转子转至对应位置，接着就是C,D,E相轮番单独通电，此为一个完整正转周期 简单来说通电次序为：AABBCCDDEEAA2)反转 首先A相先通电，此时B,C,D,E四相均不通电，产生A-A方向上磁场，此时A,A就成为电磁铁N,S极。因为磁通含有走磁阻最小路径特点，则转子在磁场作用下转到对应位置，接着E相通电，此时A,B,C,D均不通电，产生E-E方向上磁场，则同理转子转至对应位置，接着就是D,C,B,相轮番单独通电，此为一个完整正转周期 简单来说通电次序为：AAEEDDCCBBAA2.4.2十拍运行方法1)正转 首先A,B,C相先通电，此时,D,E两相均不通电，产生B-B方向上磁场，此时B,B就成为电磁铁N,S极。因为磁通含有走磁阻最小路径特点，则转子在磁场作用下转到对应位置，接着B,C相通电，此时A,D,E均不通电，产生BC-BC方向上磁场，则同理转子转至对应位置，接着就是BCD,CD,CDE,DE,DEA,EA,EAB,AB相轮番单独通电，此为一个完整正转周期 简单来说通电次序为：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABABABC2)正转 首先A,B,相先通电，此时,D,C,E两相均不通电，产生AB-AB方向上磁场，此时AB,AB就成为电磁铁N,S极。因为磁通含有走磁阻最小路径特点，则转子在磁场作用下转到对应位置，接着E,A,B相通电，此时C,D均不通电，产生A-A方向上磁场，则同理转子转至对应位置，接着就是EA,DEA,DE,CDE,CD,BCD,BC,ABC相轮番单独通电，此为一个完整正转周期 简单来说通电次序为：ABEABEADEADECDECDBCDBCABCAB2.4.3双五拍运行方法1)正转 首先A,B相先通电，此时C,D,E三相均不通电，产生AB-AB方向上磁场，此时AB,AB就成为电磁铁N,S极。因为磁通含有走磁阻最小路径特点，则转子在磁场作用下转到对应位置，接着B,C相通电，此时A,D,E均不通电，产生BC-BC方向上磁场，则同理转子转至对应位置，接着就是CD,DE,EA相轮番单独通电，此为一个完整正转周期 简单来说通电次序为：ABBCCDDEEAAB2)反转 首先A,B相先通电，此时C,D,E三相均不通电，产生AB-AB方向上磁场，此时AB,AB就成为电磁铁N,S极。因为磁通含有走磁阻最小路径特点，则转子在磁场作用下转到对应位置，接着E,A相通电，此时B,C,D均不通电，产生EA-EA方向上磁场，则同理转子转至对应位置，接着就是DE,CD,BC,相轮番单独通电，此为一个完整正转周期简单来说通电次序为：ABEADECDBCAB相比较而言五相十拍运行在转子极数相同情况下，步距角更小，控制精度更高，所以此次设计采取五相十拍运行方法。2.5控制分析2.5.1功效要求1)对于五相步进电机控制，关键是五相绕组接通、断开次序和每个步距脚行进速度这两个方面进行控制。下面将介绍十拍运行时五相十拍步进电机正传次序和反转次序。正转次序：ABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABAB反转次序：ABEABEADEADECDECDBCDBCABC 围绕这两个关键方面，对此我们做出以下控制要求：在电机运行过程中能够正转和反转；2)用五个开关控制其工作：1 号开关控制其运行 ( 启 / 停 )。2 号开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.5 秒)。3 号开关控制其中速运行 (转过一个步距角需 0.1 秒)。4 号开关控制其高速运行 (转过一个步距角需 0.03 秒)。5 号开关控制转向 ( ON 为正转，OFF 为反转 )。2.5.2 I/O地址分配表表2-7 I/O地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号启/停控制常开按钮SB1I0.0低速调速常开按钮SB2I0.1中速调速常开按钮SB3I0.2高速调速常开按钮SB4I0.3正/反转控制单刀双制开关QSI0.4输出信号输出端子A端子AQ0.0输出端子B端子BQ0.1输出端子C端子CQ0.2输出端子D端子DQ0.3输出端子E端子EQ0.42.6 PLC外部接线图PLC外部接线图设备、负载电源种类等设计就依据系统要求。由上面I/O分配表，查阅手册选择S7-200 CPU222基础单元（8入/6出）1台步进电动机，其五相十拍外部接线图以下：图2-8 外部接线图2.7 步进电机时序图 （a）步进电机正转时序图 （b）步进电机反转时序图图2-9步进电机时序图3 步进电机驱动电路选择3.1步进电机驱动电源分类步进电动机驱动电源有很多个，它分类方法也有很多。假如按摄影应步进电动机容量大小来区分，则有功率步进电动机驱动电源还有伺服步进电动机驱动电源两种。 若根据输出脉冲极性来区分话，那就有单向脉冲电源还有正、负双极性脉冲电源两种，后面是作为永磁步进电动机或感应式永磁步进电动机驱动源。 假如按电脉冲功率元件分类，有晶体管驱动电源、高频晶闸管驱动电源还有可关断晶闸管驱动电源。 假如根据脉冲供电方法来区分，有单一电压型电源还有高、低压切换型电源；斩波恒流驱动电源和细分电路电源等。 单一电压电源是最为简单电源，其原理图如3-1。信号脉冲输入，随即晶体管导通，电容在起始时等同于将电阻R短接，随即控制绕组电流会上升很快速。当电流达成稳定状态时，串联电阻R就会起到限流功效。在这个完整工作过程中只有一个电源为其供电。这种线路结构比较简单，而且电阻还有控制绕组串联，这么能够减小回路时间常数，不过因为电阻R上要消耗功率，会让电源效率变得很低，所以当这种电源供电时它起动和运行频率全部很低。图3-1 单一电压型驱动电源 图3-2 高、低压切换型驱动电源 高、低压切换型电源原理图3-2。步进电机每相绕组是由两只功率元件串联形成，它供电方法有高压和低压两种。高压供电能够提升电流上升速度，电流波形前沿也会得到缓解，稳定则用低压。低压电源之所以串联一个较小电阻R，目标是为了控制绕组电流值，才能够使各相电流趋于稳定。这么电源效率变高，起始和运行时频率比单一电压型电源更高，然而这种驱动电路在低频运行时通电时间太长，低频时电机产生噪声就会较大，而且会伴随共振现象存在。 斩波恒流驱动电源是现在使用比较多一个驱动方法。基础理论在于电机是否处于锁定状态，导通相绕组电流需要稳定在额定值。图3-3是斩波恒流驱动电路原理图。开关管VT1和VT2控制绕组关断和导通，VT2发射极连接一个小电阻R，绕组电流经过这个电阻接地，压降跟电机绕组电流是正百分比关系，电阻就是电流采样电阻。 当为高电平时，VT1和VT2导通，电源供电。因为电感作用，电阻上电压逐步升高，一旦超出，比较器就会输出低电平，然后和门也输出低电平，VT1关断，电源关断，绕组电流经过VT2、R、VD2继续续流，采样电阻R端电压跟着下降。当采样电阻R上电压低于给定电压以后，比较器输出就是高电平，以后和门输出也是高电平，VT再一次导通，电源继续供电，如此反复。 当变成低电平时，VT1和VT2两个开关管不导通，绕组电流经过二极管VD1、电源，二极管VD2放电，快速下降。、VT1基极电位和绕组电流波形图3-4。VT2导电期间，电源以脉冲形式提供电源。在斩波作用下，绕组电流保持不变，含有相同输出转矩。它另一个好处就是共振会减小，因为电机共振内因是能量积累过多，斩波恒流驱动输入能量伴随绕组电流改变自动改变，能够不使能量产生堆积。可是，当电流形状为锯齿形时候，这种驱动就会产生比较大电磁噪声。图3-3 斩波恒流驱动电路原理图图3-4 斩波恒流控制电流波形图3-5阶梯波形电流图 细分驱动又叫微步距控制，是步进电机开环控制新技术之一，能够达成极高精度并提升稳定性，来让运动近似变为匀速转动一个驱动。步进电机就像伺服电动机一样。要减小步距角，只是从电机本身来处理有一定不足，所以要从电源方面处理。将以前供电脉冲电流变成阶梯波形，图3-5，输入电流每一阶梯，偏转角减小，能够改善电机运行品质，降低转矩波动、转动噪音等其它影响，能够提升运行平滑性，所以细分电路驱动是较为理想驱动方法。在图3-5中，给电机电流由零经过五个阶梯上升。下降时，经过一样过程到0。这么使电机成为一个连续磁场，使得电动机平滑运动。细分电路电源，就是用次序脉冲形成器使各脉冲一个个放大，这些脉冲电流在绕组中叠加成为阶梯波形电流,次序脉冲形成器通常可用移位形式环形脉冲分配器做到。3.2.细分电路分析和选择步进电机是对传输来电脉冲信号分析和转换而进行对应角位移和线位移。原理就电磁铁吸引转子然后产生转距来作用，电机依据各相定子依次通电使它转动，然后电磁转化为角位移。定子绕组从一相导通转化为另一相导通，转子运动一角度，即步距角。细分就是在绕组换相时，不让它导通或断开。我们以某种电机来说明步距角二细分,图3-6 。当电机在A相通电时候，转子在A-A之间，当A相通电变为A、B 两相通电后，转子转过角,停A 、B两相中间 处，转距和绕组电流成正比，B 相绕组电流不是由0直接上升至额定电流，先到中间位置，转子不是转到位置，而停在 处；一样，当A 、B 两相通电变为B 相通电，假如A 相电流并不是由额定电流降到0，则转子将不会转到位置BB，而是转到位置 ， 精度从而提升，这就是步进电机二细分理论。总而言之，定子绕组电流并不是由0 变到额定值，或由额定值变为0，而分十级一步一步完成，即B相绕组用一样间隔通电00.1Ie0.2Ie0.9IeIe，A 相以一样时间按下过程减小电流Ie0.9Ie 0.2Ie0.1Ie0，如此，步进电机就完成了十细分。我们能够看到，细分就是使电机各相电流有序升级，降级，来提升精度。 图3-6 步进电机步矩角细分示意图我们选择恒频斩波细分控制，它就是斩波恒流驱动电路深入改善。在驱动电路里，绕组电流大小是由比较器给定电压值决定，实际上这个给定电压是一个固定值。现在给定电压值用阶梯电压来替换，我们就会得到阶梯电流波。该电路驱动以下3-7，单片机为主体，经过T0输出20kHz方波，送给D触发器，看成信号。单片机将数字信号送到到D/A转换器，看成控制信号。阶梯电压每一次改变全部会使转子走步。 恒频斩波细分原理就在于D/A转换器输出电压不确定时，恒频信号上升沿会使D触发器动作，使其输出电平为高电平，开关管VT1、VT2开始动作，绕组电流自然上升，取样电阻R2压降提升，压降大于，比较器就会输出低电平，然后D触发器输出低电平，VT1、VT2断开，绕组电流降低。当R2压降小于，比较器输出就是高电平，然后D触发器输出电平也为高电平，VT1、VT2通电，绕组电流就会上升。然后反复操作，使电流波形为锯齿波。CLK脉冲频率比较高，锯齿形波纹较小。CLK、阶梯波确定电压，VT1控制电压还有绕组电流波形以下3-8所表示。图3-7恒频斩波细分驱动电路图3-8恒频斩波细分驱动电流波形4 系统设计该控制系统经过西门子编程软件STEP7-Micro/WIN32来实现。前面我们已经具体讲解和介绍步进电机控制方案设计，本章我们开始对控制系统软件进行具体讲解。对于系统软件介绍有利于我们愈加好了解程序编写和程序进程。这一章节关键讲解该系统操作步骤相关程序，同时对这些程序进行了具体注解，方便于了解。具体PLC程序查阅论文末尾附录。4.1步进电机程序设计及分析程序控制图以下图4-1 控制步骤图因为上面要求，我们能够给出电机在运行过程图，图4-1。我们以框图作为依据，思索控制更多要求，我们先将程序分为4块进行编程，即模块1：步进速度选择；模块2：起动、停止；模块3：正转、反转；模块4：移位控制功效模块；模块:5：A、B、C、D、E五相绕组对象控制。第二步，连接模块，然后进行调试、处理、满足要求。4.2 PLC 程序设计4.2.1 步进控制设计对采取移位指令进行步进控制。第一是确定移位寄存器MW0，依据五相十拍规律，移位寄存器初值以下。表4-3 移位寄存器初值M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 每次右移，电机就前进一拍，十拍以后再从新开始。其中M1.2、M1.3、M1.4、M1.5、M1.6和M1.7一直为“0”。所以，我们能给出移位寄存器输出状态还有电机绕组状态真值表，下图所表示。这么我们能得出绕组关系式：正转时:A相 Q0.0=M1.1+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0B相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.7+M0.1+M0.0C 相Q0.2=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.5D相 Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5+M0.4+M0.3E相 Q0.4= M0.5+M0.4+M0.3+M0.2+M0.1反转时:A相 Q0.0=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.0B相 Q0.1=M1.1+M1.0+M0.2+M0.1+M0.0C相 Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0D相 Q0.3=M0.6+M0.5+M0.4+M0.3+M0.2E相 Q0.4=M1.0 +M0.7+M0.6+M0.5+M0.4表4-4 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表（正转）移位寄存器MW0正转M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE100000000011100010000000001100001000000001110000100000000110000010000000111000001000000011000000100010011000000010010001000000001011001000000000111000表4-5 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表（反转）移位寄存器MW0反转M1.1M1.0M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0ABCDE1000000000110000100000000110010010000000100010001000000100110000100000000110000010000001110000001000001100000000100011100000000