三菱FX3U系列PLC對Kinco 2S56Q—02054型步進電動機的控制

高揚

摘 要：步進電機是一種將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的特種電機，在工業生產中主要應用于精確控制和定位，其組成的開環控制系統既簡單又經濟，文章主要從教學的角度出發，描述了三菱FX3U系列對步科Kinco步進電動機的控制，主要從步進電機的結構原理，驅動器的構造、原理、接線、設置，PLC用于步進電機控制指令的使用等方面出發詳盡闡述了使用PLC控制步進電機的整個過程，解決了學生在學習中遇到的大多數問題。

關鍵詞：兩相步進電機；Kinco 2S56Q-02054；FX3U-48MT；細分

步進電機在數字控制領域應用已經相當廣泛，步進電機是一種將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的機電元件。步進電機的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應的增量位移或步進運動。正常運動情況下，它每轉一周具有固定的步數。由于步進電動機能直接接受數字量的控制，所以特別適宜采用PLC或單片機進行控制。

1 步進電機

文章主要是利用三菱FX3U系列PLC對步科Kinco 2S56Q-02054型步進電動機的控制過程進行介紹，步科Kinco 2S56Q-02054型步進電動機是兩相步進電機。然而我們這里的相和我們三相異步電動機中的相的概念是不同的，步進電機通入的是直流電脈沖，相主要是用來描述線路的聯接和組數的不同，即電機內部線圈的組數，兩相步進電機的內部結構：它有兩個繞組A和B，當一個繞組通電后，其定子磁極產生磁場，將轉子吸合到此磁極處，若繞組在控制脈沖的作用下，通電方向順序按照：AA→BB→AA→BB。這四個狀態周而復始進行變化，電機可順時針轉動，控制脈沖每作用一次，通電方向就變化一次，使電機轉動一步，即90度，4個脈沖，電機轉動一圈。

2S56Q-02054型步進電動機步距角為1.8°，精度（步距角誤差）為±5%，相電流為3.0A，機座為56mm，扭力為0.9N·m的兩相步進電機。那么通過型號我們可知：2-兩相，S-混合型，56-法蘭尺寸，Q-電機形狀方形，020-額定相電壓=相電流*相電阻*0.1V≈0.2V，54-機身長度不含周長為54mm。步距角為1.8°，那么電機旋轉一圈是360°，需要PLC發出200脈沖實現旋轉一圈的操作。

2 步進驅動器

Kinco 2CM525型步進電機驅動器，它是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，即步距角?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速和定位的目的。

步進驅動器的細分功能有的用戶只是認為，細分是為了提高精度，其實不然，細分主要是改善電機的運行性能，其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉精度只是細分技術的一個附帶功能。假如電機的額定相電流為3A，如果使用常規驅動器（如常用的恒流斬波方式）驅動該電機，電機每運行一步，其繞組內的電流將從0突變為3A或從3A突變到0，相電流的巨大變化，必然會引起電機運行的振動和噪音。如果使用細分驅動器，在10細分的狀態下驅動該電機，電機每運行一微步，其繞組內的電流變化只有0.3A而不是3A，且電流是以正弦曲線規律變化，這樣就大大的改善了電機的振動和噪音，因此，在性能上的優點才是細分的真正優點。

3 PLC對于步進電機的控制

3.1 FX3U系列PLC的脈沖輸出功能（必須采用MT型PLC）

（1）使用基本單元（晶體管輸出型即MT型）的輸出端子時，3軸可以通過Y000、Y001、Y002同時輸出最高為100KHZ的脈沖。（2）使用2臺高速輸出特殊適配器FX3U-2HSY-ADP，4軸可同時輸出最高為200KHZ的脈沖。

3.2 FX3U PLC脈沖輸出指令的介紹

舉例：[PLSY K4000 K20000 Y0]

以上程序含義為指定PLC的輸出端Y0，發出一個指定頻率為4000HZ，指定脈沖量為20000個的脈沖。注：頻率和脈沖量都應在范圍內設置。

步進電機的轉速與脈沖頻率成正比，即脈沖頻率越高，步進電機的轉速也越高，但提高了脈沖頻率雖然達到了提速作用，卻損失了力矩。

如果想要發送無限個脈沖，只需要把脈沖設置改為K0。

3.3 相關軟元件的介紹

M8029為觸點型特殊輔助繼電器，如果M8029置ON，代表指定脈沖數發送結束，若M8029為OFF，代表脈沖未發送完畢或為不發送脈沖的狀態。

D8140、D8141為32位特殊數據寄存器，存儲的為Y0發出的脈沖數的累積。

3.4 相關的計算公式介紹

3.5 步進驅動器端口介紹

（1）DIR為方向信號，在單脈沖控制時，它是來負責電機正轉反轉的，因為驅動器輸入接口電路接法不同，有共陽極和共陰極接法之分，本例中Kinco 2M530采用共陽極接法，DIR+接高電平、DIR-接低電平或者懸空時為正轉，相反為反轉，電機要換向必須完全停止后進行。（2）CP、PUL是脈沖信號，有時還會被稱為PLS，本例中Kinco 2M530采用共陽極接法，PLS+（脈沖信號正端）接高電平，PLS-（脈沖信號負端）接低電平或者懸空，代表有脈沖時驅動器工作，無脈沖時鎖定電機并自動半流。（3）關于CW和CCW一般是用于雙脈沖的，CW是正轉脈沖，CCW是反轉脈沖。一般的驅動器可以單、雙脈沖共有。（4）EN和FREE為脫機信號或使能信號，信號有時，電機會自己斷電，驅動器不會斷電，本例中ENA+接高電平，ENA-接低電平或者懸空，代表脫機，即電機斷電，驅動器不斷電。本例PLS-、DIR-、EN-都接所對應的信號，PLS+、DIR+、ENA+就接+24V的電源就可以了。

3.6 三菱FX3U-48MT與步科Kinco 2S56Q-02054型步進電動機連接示意圖如圖1所示