基于PLC的55BF004型步进电机驱动控制系统的设计
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第３卷第４期 ２００７年１０月
沈阳工程学院学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏ１．３ ＮＯ．４ Ｏｃｔ．２ｏｏ７
基于ＰＬＣ的５５ＢＦ００４型步进电机驱动控制系统的设计
李朝珲，杨秀敏
（沈阳工程学院自动控制工程系，沈阳１１０１３６）
摘
要：介绍了基于ＳＩＥＭＥＮＳ公司Ｓ７—２００系列可编程序控制器的步进电机驱动控制系统的设计过程．给出了步进电
机电气控制系统的硬件组成和软件设计，包括步进电机的驱动电路、可编程序控制器输入／输出接线图；说明了利用 ＰＬＣ软件编程实现脉冲分配器功能来控制步进电机方向、步数和速度的方法． 关键词：步进电机；驱动电路；ＰＬＣ；软环分 中图分类号：ＴＰ２７３
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７３—１６０３（２００７）０４—０３６０—０４
０ 引 言
步进电机作为执行机构广泛用于各种自动控制系 统中，是机电一体化的关键产品之一．以步进电机为驱
是，它接受数字控制信号（电脉冲信号），并转化成与之 相对应的角位移或直线位移．步进电机的角位移量与
输入的脉冲个数严格成正比，其角速度和脉冲频率成 正比，而且在时间上与脉冲同步．因而只要输入脉冲的 数量、频率和电动机绕组的相序，即可获得所需要的转 角、速度和方向．
动装置构成的位置控制系统控制简单，价格低，易维 护，随着微电子技术和计算机技术的发展，对步进电机 的需求与日俱增，应用范围也在不断扩大 Ｊ．
可编程序控制器（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎ— ｔｒｏｌｌｅｒ，简称ＰＬＣ）控制系统因稳定可靠、结构简单、成 本低廉、简单易学、功能强大和使用方便等特点，已经 成为应用最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业 自动化的主要支柱之一 Ｊ．
在实际应用中，一般的ＰＬＣ控制的位置控制系 统，通常在ＰＬＣ中附加１块专用的步进电机智能定位
转子的转角与输入脉冲数关系如式（１）所示．
０ ＝Ｎ
（１）
式中０ 为电动机转过的角度；Ｎ 为脉冲数目；ｐ为 步进电机的工作方式与电动机的结构和种类密切
电动机步距角．
相关，系统采用三相六拍工作方式．
在三相六拍工作方式中，控制电流切换６次，磁场 旋转１周，转子移动１个齿距，各相的通电顺序为：Ａ
—
控制模块（脉冲分配器），再与驱动电源相连接实现控 制功能．目前市场上１台Ｓ７—２００ ＣＮ系列的ＰＬＣ价
ＡＢ—Ｂ—ＢＣ—Ｃ—ＣＡ—Ａ．六拍工作方式时的电压
及电流波形如图１所示．
格在１ ５００元左右，而１块智能定位控制模块也能卖 到１ ５００元，再加上驱动电源１ ０００～２ ０００元，在一些 中小型企业中不免显得成本过高．在此介绍利用ＰＬＣ
软件编程实现脉冲分配器功能来控制步进电机方向、 步数和速度的方法，省去了硬件脉冲分配器，降低了硬
件成本，提高了驱动电源的可靠性，方便于实现变拍驱
动．
图１ 三相感应式步进电机六拍工作方式时的电压及电流波形
１系统原理分析
１．１步进电机工作方式
其中细线表示磁极绕组中的电流波形，可见磁极 的驱动电压是方波，而电流不是方波，这主要是由于步
步进电机区别于其他控制用途电动机的最大特点
收稿日期：２００７—０６—２９
进电机的每相绕组存在一定的充电和放电时间．
作者简介：李朝珲（１９８１一），男，湖北荆门人，自动控制工程系电自０４１班毕业生．
指导教师：杨秀敏（１９６３一），女，山东临沂人，教授，主要从事计算机测控技术、电力电子技术的研究
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第４期 李朝珲，等：基于ＰＬＣ的５５ＢＦ００４型步进电机驱动控制系统的设计 ・３６１・
１．２步进电机驱动控制系统
传统步进电机驱动控制系统如图２所示Ｅ。］
控制电路
．
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图２传统步进电机驱动控制系统
匦 母一 瞥
２系统硬件电路设计
２．１驱动电路
图３基于ＰＬＣ的步进电机驱动控制系统
脉冲分配器用来接受来自脉冲发生器的ＣＰ脉
冲，并按步进电机状态转换要求的状态顺序产生各相 表１给出了５５ＢＦ００４型３相步进电机的参数，此 型电机设计了带恒流源的单电源驱动电路，其电机一 相驱动电路如图４所示．
表１ ５５ＢＦ００４型３相步进电机参数
导通或截止的信号．每来１个ＣＰ脉冲，脉冲分配器的
输出转换１次．因此，步进电机转速的高低、升速或降 速、起动或停止都完全取决于ＣＰ脉冲的有无或频率 的高低．同时脉冲分配器还接受控制器的方向信号，从 而决定其输出的状态转换是按正序或者反序转换，于 是就决定了步进电机的转向．这种控制方式也称为硬 环分方式．
该驱动控制系统采用了基于ＰＬＣ的软环分控制
２．２ ＰＬＣ硬件接线图
方式，即采用ＰＬＣ软件编程的方式实现脉冲分配．这 样，虽然增加了软件编程的复杂程度，但省去了硬件脉
系统选用ＳＩＥＭＥＮＳ公司Ｓ７—２００系列，
冲分配器，降低了成本．系统控制框图如图３所示．’
ＣＰＵ２２４ＣＮ ＤＣ／ＥＩＣ／ｃＣ可编程控制器，其硬件接线如
图５ Ｅ４—５３所示．
图４电机一相驱动电路
３系统软件设计
３．１ ＰＬＣ程序设计
精确的控制脉冲，选用ＰＬＣ的Ｑ０．０（２０ ｌｄ－Ｉｚ高速脉冲 输出口）输出高速脉冲，用高速计数器计数高速脉冲． 每当计数Ｎ个脉冲时就产生中断，置位或复位１次 Ｑ０．２（输出到Ａ相）、Ｑ０．３（Ｂ相）或Ｑ０．４（Ｃ相）．这
该系统采用ＳＴＥＰ ７一Ｍｉｃｒ０／ｗＩＮ编程软件完成 了控制系统的软件设计．控制程序按功能主要分为４
样，每产生１次中断输出，就相当于给电机的一相输入 １个脉冲，此时电机的脉冲频率为
ＦＭ＝
部分，分别为电机手动／自动控制、正／反转运行、加戚
／ｆ 