为
。
，反向
（2）三相双三拍控制方式：正向为
，
反向为
。
（3）三相六拍控制方式：
正向为
，
反向为
。
具体编程时，可根据步进电动机的工作方式，以及所要求 的频率（步进电动机的速度），画出A、B、C各相的时 序图。并使用PLC产生各种时序的脉冲。
五、知识拓展
本项目中要求步进电动机工作在三相六拍控制方 式下，每拍通电时间为1s。可画出正向工作时序 图如图5-4所示。
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行方式。单三拍运行时的步矩角为3。
三、 相关知识
三相步进电动机还有其他两种通电方式,分别是
双三拍运行,即按AB→BC→CA→AB顺序循环通电
的方式,以及单、双六拍运行,即按
A→AB→B→BC→C→CA→A顺序循环通电的方式。
六拍运行时的步矩角将减小一半。
控制步进电动机的三相定子绕组的得电与失电顺序，
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四、任务实施
• 4. 电气原理图Fra bibliotek125.梯形图程序设计和系统调试
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6.系统调试
（1）按图5-2接线好线，连接好PLC到电脑 的数据线（PC/PPI或USB/PPI），打开 PLC的24V电源。
（2）应用Micro/WIN软件将程序下载到PLC 中并运行，按动按钮SB1、SB2观察步进电 动机的运行情况是否与设计要求相符。
• 2. PLC的 I/O地址分配 根据任务要求，对PLC直接控制电动机系 统进行PLC的I/O地址分配,如表5-1所示。
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四、任务实施
• 3. PLC的选型 根据I/O资源的配置，系统共有两个开关输入，三 个开关输出。考虑I/O资源利用率、以后升级的预 留量及PLC的性价比要求，选用西门子公司的S7200系列PLC221型CPU，为了满足步进电动机的 快速运行，选择晶体管输出型的PLC，即 DC/DC/DC型PLC。
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三、 相关知识
经若A相磁极小齿和转子的小齿对齐,如图5-1所示,那么B相和C相磁极的 齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距,即3º。因此,B、C磁极下的磁 阻比A磁极下的磁阻大。若给B相通电,B相绕组产生定子磁场,其磁力线 穿越B相磁极,并力图按磁阻最小的路径闭合,这就使转子受到反应转矩 （磁阻转矩）的作用而转动,直到B磁极上的齿与转子齿对齐为止。此时 转子恰好转过3º，而A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。 接着停止对B相绕组通电,而改为给C相绕组通电,同理，受反应转矩的作 用,转子将顺时针方向再转过3º。依次类推,当三相绕组按A→B→C→A的 顺序循环通电时,转子会按顺时针方向,以每个通电脉冲转动3º的规律步进 式转动起来。若改变通电顺序,按A→C→B→A的顺序循环通电,则转子就 按逆时针方向以每个通电脉冲转动3º的规律转动。因为每一瞬间只有一 相绕组通电,并且按三种通电状态循环通电,故称这种运行方式为单三拍运
项目二 步进电动机控制系统
任务一 用PLC直接控制步进电动机 任务二 用PLC与步进电动机驱动器控制步进电动机
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任务一 PLC直接控制步进电动机
一、任务目标： 知识目标： 1.理解步进电动机的工作原理。 2.掌握PLC直接控制步进电动机。 技能目标： 1.正确使用比较指令编写步进电动机的控制程序。 2.掌握PLC直接控制步进电动机的硬件连线方法。
（3）混合式步进电动机是指混合了永磁式和反应式的优 点。力矩大、动态性能好、步距角小、精度高，但结 构相对来说复杂，这种步进电动机的应用最为广泛。
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五、知识拓展
2．步进电动机的正反转控制
用PLC直接控制步进电动机时，可使用PLC产生控制步进电 动机所需要的各种时序的脉冲。
（1）三相单三拍控制方式：正向为
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二、 任务描述
用西门子S7-200系列PLC直接控制一台 额定电压为24V的三相步进电动机连续 运行。当按下启动按钮时，步进电动机 每秒转半个步矩角，一直连续运行，当 按下停止按钮时，步进电动机停止转动。
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三、 相关知识
常见的三相反应式步进电动机结构示意图如图5-1所示。
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三、 相关知识
电动机的定子上有六个等间距的磁极A、C′、B、A′、 C、B′,相对的两个磁极形成一相（A－A′、B－B′、C －C′）,相邻的两个磁极之间夹角为60°。电机的转子 上共有40个矩形小齿均匀地分布在圆周上,所以每个齿 的齿距为360º/40=9º。定子每个磁极的极弧上也有5个 小齿,且定子和转子的齿宽和齿距都相同。由于定子和 转子的小齿数目分别是30和40,其比值是一分数,这就 会产生所谓的错齿现象。
就可以改变步进电动机的步距角及转向；控制步进
电动机的三相定子绕组的得电与失电时间，则可以
改变步进电动机的转速
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四、任务实施
• 1.任务分析
根据三相步进电动机的原理可知，要达到任务要 求，只要按下启动按钮，让步进电动机按如下方 式通电：电步电动机定子磁极A相绕组通电，1s 后A相绕组和B相绕组同时通电，1s后B相绕组通 电（同时A相绕组失电）；再过1s后B相绕组和C 相绕组同时通电，1s后C相绕组通电（同时B相绕 组失电）；再过1s后C相绕组和A相绕组同时通电， 1s后A相绕组通电（同时C相绕组失电）……依次 循环进行，时间间隔均为1s。按通电的先后顺序 列举出定子磁极的工作情况为：
四、任务实施
按以上步骤执行到最后一步后，然后返回
到第一步，重复以上的过程，直到按下停 止按钮，所有磁极全部失电，步进电动机 停止工作。
所以可编程让PLC输出三路脉冲，分别送
往步进电动机的三个绕组，送脉冲的顺序
为
，时间间隔为
1s。根据绕组导通的时序，可以应用数值
比较指令来实现这个控制要求。
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四、任务实施
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六、研讨与训练
在本项目的基础上，添加正转按钮、反转 按钮、快速按钮、慢速按钮，使得步进电 动机实现相应运动，编写并调试程序。
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任务二 PLC与步进电动机驱动器控制步进电动机
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五、知识拓展
1．步进电动机的分类 步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 步进电动机双分为永磁式、反应式和混合式三种。
（1）永磁式步进电动机转矩和体积较小，步进角一般为 7.5 º或15 º，动态性能好，输出力矩较大。
（2）反应式步进电动机可实现大转矩输出，步进角一般 为1.5 º，结构简单，成本低，但噪声和振动都很大。