三菱FX3U系列PLC对Kinco 2S56Q—02054型步进电动机的控制

高扬

摘 要：步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的特种电机，在工业生产中主要应用于精确控制和定位，其组成的开环控制系统既简单又经济，文章主要从教学的角度出发，描述了三菱FX3U系列对步科Kinco步进电动机的控制，主要从步进电机的结构原理，驱动器的构造、原理、接线、设置，PLC用于步进电机控制指令的使用等方面出发详尽阐述了使用PLC控制步进电机的整个过程，解决了学生在学习中遇到的大多数问题。

关键词：两相步进电机；Kinco 2S56Q-02054；FX3U-48MT；细分

步进电机在数字控制领域应用已经相当广泛，步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数。由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用PLC或单片机进行控制。

1 步进电机

文章主要是利用三菱FX3U系列PLC对步科Kinco 2S56Q-02054型步进电动机的控制过程进行介绍，步科Kinco 2S56Q-02054型步进电动机是两相步进电机。然而我们这里的相和我们三相异步电动机中的相的概念是不同的，步进电机通入的是直流电脉冲，相主要是用来描述线路的联接和组数的不同，即电机内部线圈的组数，两相步进电机的内部结构：它有两个绕组A和B，当一个绕组通电后，其定子磁极产生磁场，将转子吸合到此磁极处，若绕组在控制脉冲的作用下，通电方向顺序按照：AA→BB→AA→BB。这四个状态周而复始进行变化，电机可顺时针转动，控制脉冲每作用一次，通电方向就变化一次，使电机转动一步，即90度，4个脉冲，电机转动一圈。

2S56Q-02054型步进电动机步距角为1.8°，精度（步距角误差）为±5%，相电流为3.0A，机座为56mm，扭力为0.9N·m的两相步进电机。那么通过型号我们可知：2-两相，S-混合型，56-法兰尺寸，Q-电机形状方形，020-额定相电压=相电流*相电阻*0.1V≈0.2V，54-机身长度不含周长为54mm。步距角为1.8°，那么电机旋转一圈是360°，需要PLC发出200脉冲实现旋转一圈的操作。

2 步进驱动器

Kinco 2CM525型步进电机驱动器，它是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，即步距角。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。

步进驱动器的细分功能有的用户只是认为，细分是为了提高精度，其实不然，细分主要是改善电机的运行性能，其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。假如电机的额定相电流为3A，如果使用常规驱动器（如常用的恒流斩波方式）驱动该电机，电机每运行一步，其绕组内的电流将从0突变为3A或从3A突变到0，相电流的巨大变化，必然会引起电机运行的振动和噪音。如果使用细分驱动器，在10细分的状态下驱动该电机，电机每运行一微步，其绕组内的电流变化只有0.3A而不是3A，且电流是以正弦曲线规律变化，这样就大大的改善了电机的振动和噪音，因此，在性能上的优点才是细分的真正优点。

3 PLC对于步进电机的控制

3.1 FX3U系列PLC的脉冲输出功能（必须采用MT型PLC）

（1）使用基本单元（晶体管输出型即MT型）的輸出端子时，3轴可以通过Y000、Y001、Y002同时输出最高为100KHZ的脉冲。（2）使用2台高速输出特殊适配器FX3U-2HSY-ADP，4轴可同时输出最高为200KHZ的脉冲。

3.2 FX3U PLC脉冲输出指令的介绍

举例：[PLSY K4000 K20000 Y0]

以上程序含义为指定PLC的输出端Y0，发出一个指定频率为4000HZ，指定脉冲量为20000个的脉冲。注：频率和脉冲量都应在范围内设置。

步进电机的转速与脉冲频率成正比，即脉冲频率越高，步进电机的转速也越高，但提高了脉冲频率虽然达到了提速作用，却损失了力矩。

如果想要发送无限个脉冲，只需要把脉冲设置改为K0。

3.3 相关软元件的介绍

M8029为触点型特殊辅助继电器，如果M8029置ON，代表指定脉冲数发送结束，若M8029为OFF，代表脉冲未发送完毕或为不发送脉冲的状态。

D8140、D8141为32位特殊数据寄存器，存储的为Y0发出的脉冲数的累积。

3.4 相关的计算公式介绍

3.5 步进驱动器端口介绍

（1）DIR为方向信号，在单脉冲控制时，它是来负责电机正转反转的，因为驱动器输入接口电路接法不同，有共阳极和共阴极接法之分，本例中Kinco 2M530采用共阳极接法，DIR+接高电平、DIR-接低电平或者悬空时为正转，相反为反转，电机要换向必须完全停止后进行。（2）CP、PUL是脉冲信号，有时还会被称为PLS，本例中Kinco 2M530采用共阳极接法，PLS+（脉冲信号正端）接高电平，PLS-（脉冲信号负端）接低电平或者悬空，代表有脉冲时驱动器工作，无脉冲时锁定电机并自动半流。（3）关于CW和CCW一般是用于双脉冲的，CW是正转脉冲，CCW是反转脉冲。一般的驱动器可以单、双脉冲共有。（4）EN和FREE为脱机信号或使能信号，信号有时，电机会自己断电，驱动器不会断电，本例中ENA+接高电平，ENA-接低电平或者悬空，代表脱机，即电机断电，驱动器不断电。本例PLS-、DIR-、EN-都接所对应的信号，PLS+、DIR+、ENA+就接+24V的电源就可以了。

3.6 三菱FX3U-48MT与步科Kinco 2S56Q-02054型步进电动机连接示意图如图1所示