驅(qū)動步進電機的軟件設計與實現(xiàn)

金世佳

摘要：驅(qū)動步進電機可用單片機實現(xiàn)，也可用PLC實現(xiàn)。利用試驗模擬步進電機的結(jié)構(gòu)，通過對PLC進行編程實現(xiàn)四相八拍工作，不但能實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，而且能對轉(zhuǎn)速進行調(diào)整。在GX -Developer7.0中對程序進行調(diào)試、運行，確定設計可以達到預期要求。

關鍵詞：步進電機；四相八拍；設計；PLC；轉(zhuǎn)速確定復合區(qū)最適DO濃度為2.5 mg/L，此時反應器除污效果較好。

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）11-0035-03

1 步進電機的控制背景

步進電機是基于電磁鐵的工作原理，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為線位移或角位移信號的一種電機。計算機每發(fā)出一個電脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一定角度，并帶動機械部件移動一定的距離。步進電機成本較低，而且控制線路簡單，調(diào)試方便，因此在控制系統(tǒng)應用較為廣泛。驅(qū)動步進電機可用單片機或PLC實現(xiàn)。利用模擬電機，通過對PLC程序進行設計，實現(xiàn)電機四相八拍工作。

2 驅(qū)動步進電機程序設計與實現(xiàn)

2.1 PLC介紹

PLC實質(zhì)是一種專用工業(yè)控制計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，中央處理單元（CPU）如圖1所示。

2.1.1 主機 主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。CPU是PLC的核心，主要用來運行用戶程序，監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)。系統(tǒng)程序存儲器主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序由廠家固定，用戶不能更改。用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果。

2.1.2 輸入/輸出（I/O）接口 I/O接口是 PLC 與輸入/輸出設備聯(lián)接的部件。輸入接口用于接收輸入設備（如按鈕、行程開關、傳感器等）的控制信號。輸出接口用于將經(jīng)主機處理過的結(jié)果通過輸出電路去驅(qū)動輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾。

2.1.3 電源 PLC電源指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關穩(wěn)壓電源

2.1.4 編程器 編程器是PLC重要的外部設備，用于手持編程。利用編程器輸入、檢查、修改、調(diào)試用戶程序或在線監(jiān)視PLC工作狀況。除手持編程器外，目前使用較多的是用通信電纜將PLC和計算機聯(lián)接，利用專用工具軟件進行編程或監(jiān)控。

2.1.5 輸入輸出擴展接口 I/O擴展接口將擴充外部輸入/輸出端子數(shù)擴展單元與基本單元（即主機）聯(lián)接在一起。

2.1.6 外部設備接口 此接口可將編程器、打印機、條形碼掃描儀等外部設備與主機相連。

2.2 可編程控制器的工作方式

PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進行工作。其工作過程分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新3個階段，并進行周期循環(huán)。一條指令所需時間一般不超過100 ms。

2.2.1 輸入采樣階段 PLC在輸入采樣階段以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態(tài)及輸入數(shù)據(jù)，并將狀態(tài)存入輸入狀態(tài)寄存器，即輸入刷新。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。

2.2.2 程序執(zhí)行階段 在執(zhí)行階段，PLC按先左后右、先上后下的步序執(zhí)行程序指令。其過程如下：從輸入狀態(tài)寄存器和其它元件狀態(tài)寄存器中讀出有關元件的通/斷狀態(tài)，并根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關的狀態(tài)寄存器中。

2.2.3 輸出刷新階段 在所有指令執(zhí)行完畢后，將各物理繼電器對應的輸出狀態(tài)寄存器的通/斷狀態(tài)，在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出寄存器，控制各物理繼電器的通/斷，即PLC的實際輸出。

由PLC的工作過程可見，在PLC的程序執(zhí)行階段，即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會立即改變，要等到下一個周期的輸入處理階段才能改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，等到一個循環(huán)周期結(jié)束，CPU集中將這些輸出信號輸給輸出鎖存器，才成為實際的CPU輸出。簡而言之，全部輸入、輸出狀態(tài)的改變都需要一個掃描周期，即輸入、輸出狀態(tài)保持一個掃描周期。

2.2 設計要求

模擬的步進電機工作方式為四相八拍，電機的4相線圈分別用A、B、C、D表示，公共端XCOM。當電機正轉(zhuǎn)時，工作方式如下：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。當電機反轉(zhuǎn)時，工作方式如下：A→-AD→D→DC→C→CB→B→BA→A。設計程序時，要求能控制步進電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，并能控制轉(zhuǎn)速。

2.3 程序設計

步進電機試驗的輸入輸出分配情況見表1。

具體程序如下：

3 結(jié)語

在GX -Developer7.0中對程序進行調(diào)試、運行，確定設計可以達到預期要求。