一、前言

在上一篇中詳細(xì)講到了三菱PLC的上機流程，本篇進(jìn)入正題，講解如何使用三菱PLC進(jìn)行步進(jìn)電機的控制，主要分為步進(jìn)電機基礎(chǔ)知識、三菱PLC步進(jìn)電機控制基礎(chǔ)、項目實戰(zhàn)三部分。

二、步進(jìn)電機基礎(chǔ)知識

1. ​​基本定義​​ 步進(jìn)電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為精確角位移或線位移的開環(huán)控制電機。每輸入一個脈沖，電機按固定步距角轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速和停止位置僅由脈沖頻率和數(shù)量決定，與負(fù)載無關(guān)。

2. ​​工作原理​​

   • ​​電磁驅(qū)動​​：定子繞組通電后產(chǎn)生磁場，吸引或排斥轉(zhuǎn)子（永磁體或?qū)Т挪牧希┬�轉(zhuǎn)特定角度。例如，兩相混合式電機通過交替改變定子線圈電流方向?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)。
   • ​​微步驅(qū)動​​：通過正弦波電流控制，將單一步距細(xì)分為更小角度（如1/32步），提升精度并減少振動。
   • 就目前的使用場景來看我們在一般工程中使用的都是微步驅(qū)動的步進(jìn)電機，至于電磁驅(qū)動的步進(jìn)電機用在比較大型的場景例如磁懸浮。

3. 步進(jìn)電機運動原理

步進(jìn)電機的控制精度依賴于繞組電流的​​相位與幅值精確調(diào)制​​。盡管微步驅(qū)動（Microstepping）理論上需要​​兩相正弦波電流的矢量合成​​，但主流控制器（如PLC、MCU、FPGA）的通用I/O端口僅支持​​PWM方波信號輸出​​（固定占空比或頻率可調(diào)）。因此，需通過​​步進(jìn)電機驅(qū)動器​​實現(xiàn)以下關(guān)鍵信號轉(zhuǎn)換與增強功能：

1. ​​方波-正弦波調(diào)制技術(shù)​​
   驅(qū)動器內(nèi)置細(xì)分控制模塊，將PLC輸出的方波脈沖序列轉(zhuǎn)化為​​正弦/余弦相位差電流​​。例如，16細(xì)分模式下，驅(qū)動器通過查表法生成兩相階梯狀正弦波電流，實現(xiàn)步距角從1.8°降至0.1125°的平滑運動。

2. ​​電流矢量合成與功率放大​​
   驅(qū)動器采用​​H橋電路​​對控制信號進(jìn)行功率放大，并通過​​電流閉環(huán)反饋​​（如斬波限流技術(shù)）確保繞組電流與目標(biāo)波形一致。此過程可抑制因電機反電動勢引起的力矩波動。

3. ​​脈沖-相位同步機制​​
   PLC輸出的脈沖頻率（PPS）與方向信號（DIR）通過驅(qū)動器轉(zhuǎn)換為​​相位切換時序​​。例如，在雙極四線制電機中，驅(qū)動器根據(jù)DIR信號調(diào)整A+/A-與B+/B-繞組的通電順序，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。

4. ​​細(xì)分驅(qū)動的硬件實現(xiàn)​​
   高端驅(qū)動器集成​​數(shù)字信號處理器（DSP）​​，通過預(yù)設(shè)細(xì)分參數(shù)（如1/32步）對輸入方波進(jìn)行插值運算，生成高分辨率相位電流。此技術(shù)可消除傳統(tǒng)全步/半步驅(qū)動的共振問題，降低運動噪聲。

說人話就是：步進(jìn)電機的控制需要正弦波但是一般來說無論PLC還是MCU亦或是FPGA等器件，不做特殊處理從IO口輸出的都是方波，當(dāng)然這里主要討論PLC，PLC只能輸出不同頻率不同占空比的方波，因此需要對應(yīng)的步進(jìn)電機驅(qū)動板將PLC輸出的時鐘信號（控制信號）和方向信號轉(zhuǎn)化為供步進(jìn)電機工作的電流信號。

三、三菱PLC步進(jìn)電機控制基礎(chǔ)

根據(jù)前文所說，我們知道輸入到電機的信號不是直接從PLC輸出的信號要經(jīng)過步進(jìn)電機驅(qū)動板轉(zhuǎn)化，那么我們怎么樣控制電機轉(zhuǎn)速呢？

首先確定電機的步進(jìn)角（由電機決定）

再確定電機驅(qū)動板的細(xì)分?jǐn)?shù)（由電機驅(qū)動板卡決定）

步進(jìn)電機轉(zhuǎn)一圈需要的脈沖數(shù)

步進(jìn)電機每轉(zhuǎn)一圈所需的脈沖數(shù)取決于電機的基本步距角和細(xì)分?jǐn)?shù)。具體來說，如果知道步進(jìn)電機的一個基本步距角（即電機接收一個脈沖所轉(zhuǎn)動的角度），并且知道驅(qū)動器設(shè)置的細(xì)分程度，那么就可以計算出電機轉(zhuǎn)一圈需要多少個脈沖。

度量單位，也就是如何衡量步進(jìn)馬達(dá)行走的距離---步進(jìn)角，就是一個脈沖馬達(dá)轉(zhuǎn)動的角度。步進(jìn)馬達(dá)的步進(jìn)角一般為1.8°。0.9°，0.72°，0.36°，0.0288°，等等。步進(jìn)角越小，則步進(jìn)馬達(dá)的控制精度越高。我們根據(jù)步進(jìn)角可以控制馬達(dá)行走的精確距離。比如說，步進(jìn)角0.72°，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)一周需要的脈沖數(shù)為360/0.72=500脈沖，也就是對步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動器發(fā)出500個脈沖信號，馬達(dá)才旋轉(zhuǎn)一周。

• 首先，確定步進(jìn)電機的基本步距角，比如1.8度。
• 然后，根據(jù)驅(qū)動器上的細(xì)分設(shè)置，例如32細(xì)分，這意味著每個基本步距角被分成了32份，每一脈沖會讓電機轉(zhuǎn)動更小的角度。
• 計算一圈（360度）需要的脈沖數(shù)，就是用360度除以經(jīng)過細(xì)分后的每步角度。在這個例子中，一圈需要的脈沖數(shù)等于360度除以細(xì)分后的每步角度（1.8度除以細(xì)分系數(shù)）。

每秒鐘產(chǎn)生的脈沖數(shù)（PPS）

每秒鐘能產(chǎn)生的脈沖數(shù)取決于系統(tǒng)的時鐘頻率以及生成每個PWM脈沖所需的時間（或者說是系統(tǒng)時鐘周期數(shù)）。這個值反映了控制器能夠向步進(jìn)電機發(fā)送脈沖的速度。

• 如果知道系統(tǒng)的時鐘頻率，并且知道為了產(chǎn)生一個PWM脈沖需要多少個系統(tǒng)時鐘周期，就可以計算出每秒鐘可以產(chǎn)生的脈沖數(shù)量。
• 例如，如果系統(tǒng)時鐘頻率很高，并且設(shè)定每個PWM脈沖由一定數(shù)量的系統(tǒng)時鐘周期組成，那么可以通過系統(tǒng)時鐘頻率除以每個PWM脈沖所需的系統(tǒng)時鐘周期數(shù)來得到每秒能產(chǎn)生的脈沖數(shù)。

步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速（RPM）

步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速可以用每分鐘轉(zhuǎn)過的圈數(shù)來表示。這取決于每秒鐘產(chǎn)生的脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)一圈所需的脈沖數(shù)。

• 轉(zhuǎn)速計算基于每秒鐘產(chǎn)生的脈沖數(shù)（PPS）除以轉(zhuǎn)一圈所需的脈沖數(shù)，然后乘以60轉(zhuǎn)換成每分鐘的轉(zhuǎn)速。
• 這意味著，通過調(diào)整細(xì)分設(shè)置或改變每秒鐘發(fā)送的脈沖頻率，可以控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速。增加細(xì)分級別會減少每次脈沖讓電機轉(zhuǎn)動的角度，而增加脈沖頻率則會加快電機的轉(zhuǎn)速。

綜上所述，步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動的圈數(shù)直接與接收到的PWM脈沖數(shù)量相關(guān)，而PWM脈沖的數(shù)量又受到系統(tǒng)時鐘頻率、細(xì)分設(shè)置以及每個PWM脈沖持續(xù)時間的影響。通過調(diào)節(jié)這些參數(shù)，可以精確地控制步進(jìn)電機的位置和速度。

上面可能有點復(fù)雜，簡單點來說就是知道電機的步進(jìn)角，然后知道電機驅(qū)動板的細(xì)分?jǐn)?shù)，對應(yīng)PLC來說，PLC的一個脈沖（50占空比）電機就走步進(jìn)角/細(xì)分?jǐn)?shù)這么多度，知道這個現(xiàn)在你想算轉(zhuǎn)速圈數(shù)需要的PWM頻率和時間，不用我多說了吧。

四、項目實戰(zhàn)

目的實現(xiàn)步進(jìn)電機的運動并控制其按照不同的頻率進(jìn)行運動。首先利用MOV命令為不同寄存器存不同的頻率（根據(jù)電機類型和電機驅(qū)動板計算，計算方法前文有）。

PLSY可以讓PLC內(nèi)部的輸出器件在繼電器有效時間內(nèi)輸出預(yù)定數(shù)量個頻率的PWM波。

電機頻率自動化程序，每跑固定數(shù)量的脈沖后自動更新（按前面寄存器設(shè)置順序進(jìn)行更新）,在更新到最后一個寄存器值以后以該頻率一直運行。

注：Z0是變址，為區(qū)間復(fù)位，運行該指令后，T0-T196所有的定時器，全部復(fù)位。
Z0=1，Y0Z0=Y1，此時Y1點的動狀態(tài)要看有沒有驅(qū)動。Z0為寄存器，不存在點不點亮。當(dāng)輸入MOV K1 Z0時，即可讓Z0等于1，當(dāng)Z0=2時，Y0Z0=Y2，程序為ld m8000、mov d0z0 d20v10。說明：若Z0=2，v10=5，運行指令后，即將D2內(nèi)面的數(shù)據(jù)傳送到D30。