基于

PLC 的步进电机控制方法研究

    摘要：步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化
的影响，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。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，达到准确定位的目的，文章就

PLC 的

步进电机控制方法进行了研究和分析。
    虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规
下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。人们早在

20 世

纪

20 年代就开始使用这种电机。随着嵌入式系统的日益流行，步进电机的使用也开始暴增。

    1 步进电机的工作机理
    步进电机是机电控制系统中的一种常用执行机构，主要是通过对每相线圈中的电流和顺
序切换来使电机作步进式旋转。一般来说，机电控制系统中的驱动电路由脉冲信号来控制，
调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速，达到调速的目的。步进电机三相六拍运行的
供电方式为

A—AB—B—BC—C—CA—A，每一循环换接 6 次，共有 6 种通电状态。当 A 

相通电时，转子齿

1、3 和定子磁极 A、A＇对齐。当控制绕组 A 相 B 相同时通电时，转子齿

2、4 受到反应转矩使转子逆时针方向转动，转子逆时针转动后，转子齿 1、3 与定子磁极
A、A＇轴线不再重合，从而转子齿 1、3 也受到一个顺时针的反应转矩，当这 2 个方向相反
的转矩大小相等时，电机转子停止转动。当

A 相控制绕组断电而只由 B 相控制绕组通电时，

转子又转过一个角度使转子齿

2、4 和定子磁极 B、B＇对齐，三相六拍运行方式两拍转过的

角度刚好与三相单三拍运行方式一拍转过的角度一样，即三相六拍运行方式的步距角为
15°。接下来的通电顺序为 BC—C—CA—A，运行原理和步距角与前半段 A—AB—B 一样，
即通电方式每变换一次，转子继续按逆时针转过一个步距角。如果改变通电顺序，按

A—

AC—C—CB—B—BA—A 顺序通电，则步进电机顺时针一步一步转动，步距角也是 15°。因
此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。由此可知，同一台步
进电机，其通电方式不同，步距角可能不一样。本设计步进电机工作方式采用的是三相六拍。
    2PLC 控制系统硬件设计
    2.1 硬件设计
    任何一个数控系统都是由硬件电路和软件程序两部分组成。硬件主要由 SIEMENS S7－
300 PLC 中央控制器及外围电路、步进电机、控制对象构成；PLC 运行于自动或手动控制方
式，自动方式主要依靠预先编辑的程序按控制工艺要求顺序执行任务，手动控制主要用于
特殊控制要求的设备或精度较低的加工设备；

PLC 通过输入、输出接口与设备相连；隔离

电路采用光电耦合器实现；驱动电路是功率放大单元，采用弱电信号来控制强电回路。以上
硬件是控制系统的基础，其控制性能的好坏直接影响整个系统的工作可靠性。对于数控设备
的运行控制包括：主轴的正转、反转、急停；横向、纵向的给进运动并在切换点自动改变

4 个

工位。控制原理利用了微机的适时采集与处理特性，由

I/O 接口输出步进脉冲，经一级齿轮

减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现被控对象的纵向、横向给进运动。
    2.2 电机升降速设计
    步进电机的控制非常简单，从理论上说，只需给驱动器脉冲信号即可，但实际上，如果
CP 信号变化太快，步进电机由于惯性将跟随不上电信号的变化就会产生堵转和丢步现象，
所以步进电机在启停时，必须有升降速过程。一般来说，升速和降速过程规律相同，现以升