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2）每个软元件可提供无限个常开触点和常闭触点； 3）体积小、功耗低、寿命长。
常用软元件有：输入继电器（I）、输出继电器(Q)、通用辅助继电器(M)、特殊继电器(SM)、变量存储器(V)、局部变量存储器(L)、顺序控制继电器(S)、定时器(T)、计数器(C)、模拟量输入映像寄存器(AI)、模拟量输出映像寄存器(AQ)、高速计数器(HC)、累加器(AC)等。
[3]
3.2 PLC技术在步进电机控制中的应用
随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围。继续沿着小型化的方向发展。随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小。对电动机进行综合设计。即把转子位置传感器，减速齿轮等和电动机本体综合设计在一起，这样使其能方便地组成一个闭环系统，因而具有更加优越的控制性。向五相和三相电动机方向发展，目前广泛应用的二相和四相电动机，其振动和噪声较大，而五相和三相电动机具有优势性。而就这两种电动机而言，五相电动机的驱动电路比三相电动机复杂，因此三相电动机系统的性能价格比要比五相电动机更好一些。
目前利用可编程序控制器（PLC）可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作，它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体化的实现。
用PLC对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，现对步进电机的控制。
步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件，每当对其施加一个电脉冲时，其输出轴便转过一个固定的角度。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。PLC直接控制步进电机系统由PLC和步进电机组成，PLC具有实时刷新技术，输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分配能有很高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。并且，PLC有采用大功率晶体管的输出端口，能够满足步进电机各相绕组数10V级脉冲电压、1A级脉冲电流的驱动要求。
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第四章 S7-200 PLC控制步进电机设计
步进电机的控制和驱动方法很多，按照使用的控制装置来分可以分为:普通集成电路控制、单片机控制、工业控制机控制、可编程控制器控制等几种。
本设计选用西门子S7-200 PLC通过控制驱动器来控制步进电机。
4.1 步进电机的选择
本设计使用的步进电机选用的是型号为42H2P3412A4的两相混合式步进电机，该型号的步进电机步矩角为1.8°，相电流1.2A，相电阻3.2Ω，相电感4.4mH，静转矩
1.9kg·cm，转动惯量41g·cm2，轴径5mm，引线4条，机身长34mm [4]。两相混合式步
进电机内部结构如图4.1所示：
图4.1 两相混合式步进电机内部结构
两相混合式步进电动机的绕组接线如图4.2所示，A、B两相绕组沿径向分相，沿着定子圆周有8个凸出的磁极，1、3、5、7磁极属于A相绕组，2、4、6、8磁极属于B相绕组，定子每个极面上有5个齿，极身上有控制绕组。转子由环形磁钢和两段铁芯组成，环形磁钢在转子中部，轴向充磁，两段铁芯分别装在磁钢的两端，使得转子轴向分为两个磁极。转子铁芯上均匀分布50个齿，两段铁芯上的小齿相互错开半个齿距，定转子的齿距和齿宽相同。
线圈1、5、3、7串联组成A相绕组；线圈2、6、4、8串联组成B相绕组。绕组接线如图2.2所示：
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A··1··53··7·A·B
B2648图4.2 两相混合式步进电动机的绕组接线
4.2 步进电机驱动电路设计
步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电，控制电机转动。
4.2.1 驱动器的选择
本设计选用型号为2MA320的驱动器。 该型号驱动器的特点：
1） 供电电压DC12-36V或AC12-24V 2） 驱动电流0.3-2.0A 3） 细分精度1-128细分可选 4） 光隔离信号输入 5） 电机噪声优化功能
6） 可驱动任何2.0A相电流以下两相、四相混合式步进电机 7）20KHz斩波频率
4.2.2 步进电机驱动技术
驱动器内部结构如图4.3所示：
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脉冲接口电路脉冲环形分配器UaUaUbUb功率放大器 方向方向图4.3 驱动器内部结构
接口电路用光电隔离方式将运动控制器和驱动器连接起来，避免驱动器中的大电流干扰信号经地线窜入运动控制器电路。环形分配器将脉冲及方向信号按设定的节拍方式，转换为功放管的导通和截止信号，从而控制各相绕组的通电和断电。功率放大器将电源功率转换为电机输出功率驱动负载运动。
驱动接口电路如图4.4所示：
A+A-步进电机驱动器B+B-AC1AC2驱动电源
图4.4 本设计驱动电路接线图
当两相控制绕组按次序轮流通电，每拍只有一相绕组通电，四拍构成一个循环。当控制绕组有电流通过时，便产生磁动势，它与永久磁钢产生的磁动势相互作用，产生电磁转矩，使转子产生步进运动。
当A相绕组通电时，在转子N极端磁极1上的绕组产生的S磁极吸引转子N极，使得磁极1下是齿对齿，磁力线由转子N极指向磁极1齿面，磁极5下也是齿对齿，磁极3和7是齿对槽，所示A相通电转子N极端定转子平衡。由于两段转子铁芯上的小齿相互错开半个齿距，在转子S极端， 磁极1和5产生的S极磁场，排斥转子S极，与转子正好是齿对槽，磁极3和7齿面产生N极磁场，吸引转子S极，使得齿对齿。A相绕组通电时转子N极端、S极端转子平衡。如图4.5所示。
因转子上共有50个齿，其齿距角为360°/50=7.2°，定子每个极距所占的齿数为不是整数，因此当定子的A相通电，在转子N极，磁极1的5个齿与转子齿对齿，旁边的B相绕
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组的磁极2的5个齿和转子齿有1/4齿距的错位，即1.8°， A相通电时定转子齿展开图画圆圈的地方，A相磁极3的齿和转子就会错位3.6°，实现齿对槽了。磁力线是沿转子N端→
A(1)S磁极→导磁环→A(3)N磁极→ 转子S端→转子N端，成一闭合曲线。当A相断电B相
通电时，磁极2产生N极性，吸合离它最近的S极转子7齿，使得转子沿顺时针方向转过
1.8°，实现磁极2和转子齿对齿，B相绕组通电定转子齿展开图如图5所示，此时磁极3和
转子齿有1/4齿距的错位。依次类推若继续按四拍的顺序通电，转子就按顺时针方向一步一步地转动，每通电一次即每来一个脉冲转子转过1.8°，即称步距角为1.8°，转子转过一圈需要360°/1.8°=200个脉冲。如图4.6所示。
在转子S极端也是同样道理,当绕组齿对齿时,其旁边一相磁极错位1.8°[]。
A(1)123456A(5)B(6)A(7)B(8)B(2)A(3)B(4)5
图4.5 A相通电时定转子齿展开图
A(1)123456B(2)A(3)
图4.6 B相绕组通电定转子齿展开图
4.2.3 驱动器参数设置
由于上述步进电机的相电流为1.2A，驱动器的SW1-SW3分别设置为：ON、ON、OFF，即输出峰值电流为1.5A，SW5-SW7分别设置为ON、ON、ON，即细分设定为200步/圈。具体参数参照附录。
4.3 PLC控制步进电机
控制步进电机最重要的就是要产生出符合要求的控制脉冲。西门子PLC本身带有高速脉冲计数器和高速脉冲发生器，其发出的频率最大为10KHz，能够满足步进电动机的
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