如何确定步进电机的脉冲数

步进电机驱动及控制技术解答

南京步进电机厂技术部

1步进电机为什么要配步进电机驱动器才能工作？

步进电机作为一种控制精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角（转子与定子的机械结构所决定）一步一步运行的, 其特点是每旋转一步，步距角始终不变，能够保持精密准确的位置。所以无论旋转多少次，始终没有积累误差。由于控制方法简单，成本低廉，广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行需要有脉冲分配的功率型电子装置进行驱动, 这就是步进电机驱动器。它接收控制系统发出的脉冲信号，按照步进电机的结构特点，顺序分配脉冲，实现控制角位移、旋转速度、旋转方向、制动加载状态、自由状态。控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。角位移量与脉冲个数相关。步进电机停止旋转时，能够产生两种状态：制动加载能够产生最大或部分保持转矩（通常称为刹车保持，无需电磁制动或机械制动）及转子处于自由状态（能够被外部推力带动轻松旋转）。步进电机驱动器，必须与步进电机的型号相匹配。否则，将会损坏步进电机及驱动器。

2什么是驱动器的细分？运行拍数与步距角是什么关系？

“细分”是针对“步距角”而言的。没有细分状态，控制系统每发一个步进脉冲信号，步进电机就按照整步旋转一个特定的角度。步进电机的参数，都会给出一个步距角的值。如110BYG250A型电机给出的值为09°/18°（表示半步工作时为09°、整步工作时为18°），这是步进电机固有步距角。通过步进电机驱动器设置的细分状态，步进电机将会按照细分的步距角旋转位移角度，从而实现更为精密的定位。以110BYG250A电机为例，列表说明：

电机固有步距角 运行拍数 细分数 电机运行时的真正步距角

09°/18° 8 2细分，即半步状态 09°

09°/18° 20 5细分状态 036°

09°/18° 40 10细分状态 018°

09°/18° 80 20细分状态 009°

09°/18° 160 40细分状态 0045°

可用看出，细分数就是指电机运行时的真正步距角是固有步距角(整步）的几分指一。例如，驱动器工作在10细分状态时，其步距角只有步进电机固有步距角的十分之一。当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，步进电机旋转18°；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了018° 。其实，细分就是步进电机按照微小的步距角旋转，也就是常说的微步距控制。当然，不同的场合，有不同的控制要求。并不是说，驱动步进电机必须要求细分。有些步进电机的步距角设计为36°、75°、15°、36°、180°，就是为了加大步距角，以适应特殊的工况条件。细分功能，只是是由驱动器采用精确控制步进电机的相电流方法，与步进电机的步距角无关，而与步进电机实际工作状态相关。

运行拍数与驱动器细分的关系是：运行拍数指步进电机运行时每转一个齿距所需的脉冲数。例如：110BYG250A电机有50个齿，如果运行拍数设置为160，那么步进电机旋转一圈总共需要50×160＝8000步；对应步距角为360°÷8000＝0045°。这就是驱动器设置为40细分状态。对于用户来说，没有必要去计算几步几拍，这是生产厂家配套的事情。用户只要知道：控制系统所发出的脉冲率数，除以细分数，就是步进电机整步运行的脉冲数。例如：步进电机的步距角为18°时，每秒钟200个脉冲，步进电机就能够在一秒钟内旋转一圈；当驱动器设置为40细分状态，步进电机每秒钟旋转一圈的脉冲数，就要给到8000个。

3驱动器细分有什么好处？

步进电机驱动器采用细分功能，能够消除步进电机的低频共振（震荡）现象，减少振动，降低工作噪音。随着驱动器技术的不断提高，当今，步进电机在低速工作时的噪音已经与直流电机相差无几。低频共振是步进电机（尤其是反应式电机）的固有特性，只有采用驱动器细分的办法，才能减轻或消除。

利用细分方法，又能够提高步进电机的输出转矩。驱动器在细分状态下，提供给步进电机的电流显得“持续、强劲”，极大地减少步进电机旋转时的反向电动势。

驱动器的细分功能，改善了步进电机工作的旋转位移分辨率。因此，步进电机的步距角，就没有必要做得更小。选择现有的常规标准步距角的步进电机，配置40细分以下的驱动器，就能够完成精密控制任务。由于步进电机步距角的原因，驱动器的细分数再加大，已经没有实际意义。通常，选择5、8、10、16、20细分，就能够适应各种工控要求。

4步进电机的运行方向有几种方法调整？

平时，采用三种方法来该变步进电机的旋转方向。

一、 改变控制系统的方向信号，即高电平或低电平。

二、 对于有两路脉冲输入的驱动器，改变脉冲的顺序。

三、 调整步进电机其中一组线圈的两个线头位置，重新接入驱动器。 具体方法见下表：

电机接线方式 原来接线序列 换向后接线序列

两相四线 A，A'，B，B' A'，A，B，B'或者A，A'，B'，B

三相三线 A，B，C B，A，C或者A，C，B

三相六线 A，A'，B，B'，C，C' B，B'，A，A'，C，C'或者A，A'，C，C'，B，B

五相五线 A，B，C，D，E E，D，C，B，A

5．四相六根和八根线的，如何使用两相四线驱动器？

四相混合式步进电机，可以认为是二相混合式步进电机。多组线圈多个抽头，是为了适应不同工况条件而设计的。由于步进电机的线圈，与转速、转矩有着密切的关系。高速与低速工作的步进电机参数有所不同。通常，高速步进电机的电感要求小一点，低速工作时要求大一点的电感量。但是，这也不是绝对的。更多的实际应用，还考虑权衡其它众多相关因素。下面就几种步进电机的线圈绕组及出线，采用双极性驱动器，说明接线方法：

两相四线电机：1 和2为一相，分别接A和/A；3和4为一相，分别接B和/B。参考下图：

四相六线电机，两种方法接线：

一、1和2为一相，分别接A和/A；5和6为一相，分别接B和/B。

3和4不用，分别悬空（不要相连）。

二、1、3为一相，定义A、/A；4、6为一相，定义为B、/B。2和5分别悬空不用（不要相连）。

参考下图：

四相八线电机， 有两种接法。

并联接法：1和3相连=A，2和4相连=/A；5和7相连=B，6和8相连=/B。

联接法：1和4为一相，分别接A和/A；2、3连接好不用；5、8为一相，分别接B、/B，6、7连接好不用。

参考下图：

6四相五线步进电机如何接驱动器？

上述四相六线、八线步进电机，都可在生产过程中，接为五线制，适应特殊需要。驱动器就要选择单极性驱动方式，例如HSM8672单极性步进电机驱动器。如上图：四相六线步进电机的2、5并联为一条线接公共电源；四相八线步进电机的2、3、6、7并联为一条线接公共电源。其它四条线分别接：A、/A、B、/B。

7电机在低速运行时正常，为何稍高一点的频率略就会堵转？

步进电机跑高速需要高电压支持。步进电机的工作电压，能够适应在较大范围内调整。只要将输入电压加高一点，就可以解决。但是，要特别注意驱动器的输入电压不能高于驱动器电源端标注的最高电压，否则，会烧毁驱动器。

8接线全部完好，为何开机时步进电机在抖动而不能运行？

步进电机只能够由数字信号控制运行的，当脉冲提供给驱动器时，在过于短的时间里，控制系统发出的脉冲数太多，也就是脉冲频率过高，将导致步进电机堵转。要解决这个问题，必须采用加减速的办法。就是说，在步进电机起步时，要给逐渐升高的脉冲频率，减速时的脉冲频率需要逐渐减低。这就是我们常说的“加减速”方法。

步进电机转速度，是根据输入的脉冲信号的变化来改变的。从理论上讲，给驱动器一个脉冲，步进电机就旋转一个步距角（细分时为一个细分步距角）。实际上，如果脉冲信号变化太快，步进电机由于内部的反向电动势的阻尼作用，转子与定子之间的磁反应将跟随不上电信号的变化，将导致堵转和丢步。所以步进电机在高速启动时，需要采用脉冲频率升速的方法，在停止时也要有降速过程，以保证实现步进电机精密定位控制。加速和减速的原理是一样的。下面就加速实例加以说明：

加速过程，是由基础频率（低于步进电机的直接起动最高频率）与跳变频率（逐渐加快的频率）组成加速曲线（降速过程反之）。跳变频率是指步进电机在基础频率上逐渐提高的频率，此频率不能太大，否则会产生堵转和丢步。加减速曲线一般为指数曲线或经过修调的指数曲线，当然也可采用直线或正弦曲线等。使用单片机或者PLC，都能够实现加减速控制。对于不同负载、不同转速，需要选择合适的基础频率与跳变频率，才能够达到最佳控制效果。指数曲线，在软件编程中，先算好时间常数存贮在计算机存贮器内，工作时指向选取。通常，完成步进电机的加减速时间为300ms以上。如果使用过于短的加减速时间，对绝大多数步进电机来说，很难实现步进电机的高速旋转。

很多工控场合，要求步进电机运行平稳、振动小、噪音低、瞬间完成执行指令、高精度定位，都需要在编写软件时使用加减速方法。脉冲频率的不同时间常数，对于某个工控现场步进电机的运行，将会产生不同的控制效果。这就要求控制程序的编写人员，深入了解控制要求，明确运动目标，做到锦上添花，力求完美。

9有些场合，步进电机为何还要闭环控制？

本来步进电机，使用开环控制，能够省去很多检测、反馈器件及控制电路，以简单的控制方法，价廉物美的优势，取代很多伺服电机的控制。尤其在低速控制（3000转/分钟以下）环境中，使用步进电机精密控制，有很好的性价比。就是采用闭环控制，其成本也要远低于伺服电机的控制系体成本。在某些工控环境中，负载有可能会随机发生过载现象，使用步进电机开环控制，就会发生丢步。此时，控制系统无法知道丢了多少步，继续按照既定目标工作，导致工作失误。这样，就要求在步进电机带动的主轴上安装旋转编码器，或者安装光电探头、磁敏探头、行程开关等器件，来识别位移物体是否到位，采集到的信号反馈到控制系体，适时修正工作参数，指令步进电机准确动作。

10控制器与驱动器的连线是否要求屏蔽？

如果只有步进电机一种动力源的工控环境，通常不需要将信号线屏蔽。当步进电机周围，有其它动力源或能够产生干扰信号的高压电磁场，就必须将信号线屏蔽，以保证控制信号的指令，能够正确指令步进电机运动。只要控制信号线中有任何由外部干扰源产生的跳变信号，电流强度达到几个毫安，能够推动光耦合，就能够致使步进电机误动作。因此，为保证步进电机正确执行指令，最好将控制器与驱动器连线加以屏蔽。

11远距离控制步进电机如何布线？

步进电机与驱动器之间的连线、控制器与驱动器之间的连线，都允许延长。主要测算好电压衰减参数，补偿信号衰减，都能够实现远距离控制步进电机。

12步进电机与驱动器之间的连线是否要求屏蔽？

绝大多数的工控环境中，无需屏蔽。某些特殊的工控环境中，由于高压强磁场的干扰，还是要求采用屏蔽保护。

1步进电机、伺服电机都是控制电机，主要用于精密定位控制用途 。特别是伺服电机，数控系统常用电机 。一般使用控制器+驱动器+伺服（步进）电机+联轴器+丝杠副+导轨 不需要减速器的，因为伺服和步进速度根据脉冲频率可以大范围调节速度 。

2伺服电机是闭环控制，步进一般开环控制 。伺服精密，比步进贵 。

3伺服，步进都是用于定位使用情况下，比如，从原点以一定的速度运动到10mm 再到25mm 停止返回 。

4你只是往复运动，如果没有特殊要求，可以用带调速驱动器的普通的直流电机或交流电机就可以了，加限位开关就可以了，有个驱动器，可以调速 。这种电机一般都带减速器的，是减速电机 。功率一般都不大 。这种都是驱动器，减速电机一套的 。如果功率要求比较大，就用变频器+减速器+交流电机 。

第一种方法是用计算机+PCI多轴运动控制卡的方法，对于计算机需要编写控制软件，工作量较大，成本相对较低，第二种方法利用计算机+PLC，两者之间可以利用串口进行通信，计算机可以利用PLC对应的组态软件进行控制，系统的搭建相对简单，但系统的成本可能比第一种方法要高一些。

步进电机的转速与你给的脉冲频率有关,频率越快,转的越快但是,如果超过最高频率,电机会出现失步现象要看你具体的电机型号 如果你对转过角度有要求,同时又对速度有要求,我建议你使用伺服电机+编码器

-1、简述可编程的定义

答：可编程控制器是取代继电器控制线路，采用存储器程序指令完成控制而设计的装置，具有逻辑运算、定时、计数等功能，用于开关量控制、实际能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC。

87年新定义：

可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算 *** 作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算 *** 作。并通过数字式和模拟式的输入、输出、控制各种类型的机械或生产过程。

1-2、可编程控制器的主要特点有哪些？

答：可靠性高，PLC平均无故障时间达10万小时；控制功能强，具有数值运算、PID调节；数据通信、中断处理，对步进电机、数控机床、工业机器人实施控制；组建灵活：随时可扩展各种功能； *** 作方便：三种语言（LAD、STL、FBD）编程。

1-3、可编程控制器有哪几种分类方法

答：按I/O点数分类：

小型机I/O＜256点；中型机I/O在256~1024之间；大型机I/O＞1024点；

按结构分类：整体结构和模块结构；

按用途分类：有通用型和专用型。

1-4、小型PLC发展方向有哪些？

答：小型PLC向微型化和专业化方向发展：集成度更高、体积更小、质量更高更可靠、功能更强、应用更广泛。

第二章、可编程控制器构成原理

2-1、PLC由哪几部分组成？

答：PLC由五大部分组成：①、中央处理器CPU；②、存储器；③、基本I/O接口电路；④、接口电路，即I/O扩展和通讯部分；⑤、电源（+5V、+24V的产生。

2-2、PLC的I/O接口电路有哪几种形式

答：PLC的输入部分，有三种接口电路：①、干结点式；②直流输入式；③、交流输入式。

PLC的输出部分，有三种接口电路：①、继电器式；②、晶体管式；③、晶闸管式

输入、输出电路均采用光电隔离形式，以便保护PLC内部电路不受伤害。

2-3、PLC的主要技术指标有哪些？

答：PLC的主要技术指标如下：

①、I／O点数、一般以输入、输出端子总和给出；

②、存储容量，有系统、用户、数据三种存储器，即用户可用资源；

③、扫描速度，即扫描周期，表示PLC运算精度和运行速度；

④、可扩展性：可扩展I／O接口、模数处理、温度处理、通讯、高速处理。

⑤、指令系统：要求指令功能丰富；

⑥、通讯功能：要与其它智能设备之间的通讯。

第三章、S7－200系列可编程控制器

3-1、S7系列PLC有哪些子系列

答：西门子公司的S7西能系列可编程控制器有三个子系列：

①、S7-200PLC 属小型机

②、S7-300PLC属中型机

③、S7-400PLC 属大型机

3-2、CPU22X系列PLC有哪些型号

答:西门子公司CPU22X系列PLC有如下型号：见表31 P12

①、CPU221

②、CPU222

③、CPU224

④、CPU226

⑤、CPU226X

3-3、S7-200 PLC有哪些输出方式？各适应什么类型地负载？

答：S7-200PLC输出方式有两大类：继电器输出；晶体管输出。

继电器输出可带电机类电感、电容等负载，晶体管输也可带电阻性负载。

3-4、CPU22系列PLC的用户程序下载后放在什么存储器中，掉电后是否会丢失？

答：当用户程序下载到PLC后，用户程序、CPU组态、配置、程序数据送入RAM存储区、V寄存器和M寄存器中；下电时又自动将V寄存器和M寄存器的内容拷贝到EEPROM中，永久保存，程序和数据不会丢失。

3-5、S7-200 CPU的一个机器周期分为哪几个阶段各执行什么 *** 作？

答： S7-200 CPU的一个机器周期分为5个阶段：

①、读输入阶段，将数字量输入的状态送入输入映像寄存器；对于模拟量输入，需经A/D转换后送入输入映像寄存器；

②、执行程序，按梯形图（程序）顺序执行、允许对I/O量处理、响应中断。

③、处理通信请求，PLC从通信口收/发信息；

④、CPU自诊断。检查硬件故障和I/O状态；

⑤、写输出，每个扫描周期的结尾，CPU把输出映像寄存器的内容送到对应的输出点上。

3-6、S7-200 CPU有哪些工作模式在脱机时如何改变工作模式？联机 *** 作时，改变工作模式的最佳方法是什么？

答：S7-200CPU 有两种工作模式：

①、STOP（停止），CPU停止工作，不执行程序，PC机可向PLC下载程序和系统设置；

②、RUN （运行），运行用户程序。

脱机时改变工作模式的方法：

①、把PLC工作开关打到“RUN”位置，启动程序运行；

②、把PLC工作开关打到“STOP”位置，停止程序运行。

③、把PLC工作开关打到“TERM”位置，暂停。程序暂时停止运行，由软件改变工作状态，在联机时，用STEP7-Micro/Win32 软件设置PLC工作方式，即在“PLC”菜单下，点击“RUN”，PLC运行；点击“STOP”，PLC停止运行。

3-7、S7-200 有哪几种寻址方式

答：S7-200有三种寻址方式：

①、立即寻址：立即数在指令中以常数出现。例：JMP 20

②、直接寻址：直接使用存储器或元件地址编号。例：LD I01

③、间接寻址：使用地址指针来存取存储器中的数据。例：MOVW ＊AC，AC0

3-8、S7-200PLC　有哪些内部元器件？各元件地址分配和 *** 作数范围怎么定？

答：S7-200 PLC有13种内部元器件， *** 作数范围按元器件后带字符而定：B、字节；W、字；D、双字。它们规定了 *** 作数范围。内部元器件如下：

①、I：输入映像寄存器 I00-I157

②、Q：输出映像寄存器 Q00-Q157

③、M：内部标志寄存器 M00-M317

④、SM：特殊标志寄存器 SM00-SM1797

⑤、S：顺序控制寄存器 S00-S317

⑥、V:变量寄存器 VB0-VB10239

⑦、L：局部变量寄存器 LB0-LB63

⑧、T：定时器 T0-T255

⑨、C：计数器 C0-C255

⑩、AI：模拟量输入映像寄存器 AIW0-AIW62

⑾、AQ：模拟量输出映像寄存器 AQW0-AQW62

⑿、AC：累加器 AC0-AC3

⒀、HC：高速计数器 HC0-HC5

3-9、S7-200PLC有哪几种扩展模块？最大可扩展的I/O地址范围是多大

答：S7-200 PLC扩展模块有：

①、数字量扩展模块：EM221、EM222、EM223；

②、模拟量扩展模块：EM231、EM232、EM235；

③、通信模块 ：EM227；

④、现场设备扩展模块：CP243；

最左可扩展7个模块、I/O点可达128点。

3-10、梯形图程序能否转换成语句表程序所有语句表程序能否转换成梯形图程序？

答：STEP7-Micro/Win32编程软件具有梯形图程序和语句表指令的相互转换功能，也就是梯形图程序能转换成语句表程序；但语句表程序中有些语句不能转换成梯形图：例：END

第四章、STEP7-Micro/Win32编程软件的安装与使用

4-1、对变化缓慢的输入信号能否采用数字滤波数字滤波设置的最大延时时间为多少

答：PLC允许部分或全部主机数字输入量有选择地设置输入滤波器，对输入噪声脉冲干扰进行抑制。最大滤波延迟时间为128ms（范围：02-128ms），默认延迟时间为64ms。对于输入信号变化缓慢或高速变化信号，一般不用数字滤波。

4-2、输入脉冲过窄时（小于一个机器扫描周期），采用什么方法可以不丢失脉冲

答：当数字量输入脉冲过窄、未保持到输入采样阶段的输入脉冲信号可能会丢失。为克服此问题，需采用脉冲捕捉功能。脉冲截取后，输入状态的改变被锁存，并保持到下一次输入更新为止。（如图4-10、P40所示）

4-3、编译快捷键的功能是什么？

答：采用“编译快捷键”，会在编译后，可在显示器下方的输出窗口显示编译结果，并能明确指出出错的网络段，可以根据出错提示对程序进行修改，然后再次编译，直至无误为止。

4-4、简述SIMATIC指令与IEC指令的设置方法。

答：SIMATIC和IEC两指令的设置方法是：拉开工具采单，打开选项目录，在d出的对话框中选择指令系统。例如，选择SIMATIC指令、记忆表选国际（不选SIMATIC），即选中了西门子指令系统。选IEC1131-3也用周样方法。

4-5、简述网络段的拷贝方法

答：网络段的复制：将光标拖到网络段，按住左键不放，拖动光标或用SHIFT+上、下移动键，选择单个或多个网络并变“黑”，然后单击“编辑\复制”，再移动光标到所需处，再单击“粘帖”即可。

4-6、用帮助系统查找STEP7-Micro/Win32编辑软件主要支持哪些快捷键

答：该编辑软件的快捷键支持有：

①、F4、d出触点菜单；

②、F6、d出线圈下拉菜单；

③、F9、d出指令合下拉菜单。

4-7、简述系统块配置中脉冲截取位的功能，以及脉冲截取的原理。

答：在系统块界面下、点击“脉冲截取位”标签，进入脉冲捕捉功能选项，如图所示：

7 6 5 4 3 2 1 0

I0

I1

在对应选框中的某位点击一下、即该位便设置了脉冲捕捉，否则，系统默认所有点不为脉冲捕捉。

买一个驱动器，将电机四根线接到驱动器上，然后把工控板的脉冲信号接到驱动器上既可，注意信号电压既可。至于电机线如何接到驱动器上，有一个简单的办法，把电机线出线头两两接到一起，然后用手旋转步进电机，感觉旋转比较吃力的那两根线就是一相，另外两条线就是另一相。同一相的接在驱动器上的 A+ A-上，另一相接在B＋　B－上，然后给驱动器和工控板供电既可

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