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步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器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。用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多知识。以下是万贯五金机电网小编为大家提供的什么是步进电机？步进电机特点有哪些？步进电机工作原理是什么？
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（即步进角）。您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；您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，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。用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多知识。
步进电机的主要特性：
1步进电机必须加驱动才可以运转，驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。
2步进电机的步进角度为7.5度，一圈360度，需要48个脉冲完成。
3步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。
4改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。
目前打印机，绘图仪，机器人，等等设备都以步进电机为动力核心。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机基本原理
通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。
步进电机是一种将脉冲信号变换成角位移的数字电磁执行装置。步进电机的角位移与输入脉冲个数成正比，其转速与脉冲频率成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。由于步进电机的转角、转速和转向均可采用数字量（脉冲）控制，故步进电机广泛应用于数字伺服领域。图1表示了步进电机的典型应用。
图1 步进电机的典型应用
图中，输入信号是由伺服系统中的传感器产生的。指令脉冲控制器决定于具体的伺服控制过程。可采用专用逻辑电路，目前多用单片微型计算机及接口电路组成。环形分配器是将输入的单一脉冲串按工作方式和转向分别依次向连接到步进电机各相绕组的功率放大器分配脉冲，以便形成旋转磁场。环形脉冲分配器多采用专用集成电路如CH250等构成。由此形成的各相的微弱信号经各相的功率放大器放大，产生足够的电磁转矩使电动机旋转。图中各部分的设计、选型、连接往往要求控制系统的设计者花费大量的精力和劳动。接口信号的匹配以及元器件的质量等对整个系统的可靠性影响很大。
一种用PLC直接控制步进电机的方法 引言
某机场采用一个集中的油库给飞机加油车供应油料，由于加油点与油泵站有1000m左右，该油料股希望设计一个自动启动和停止油泵的控制系统，以取代原来人工控制的单片机的恒压供油系统。用户现有两台55kW的油泵，一个油压传感器，四个加油点。要求只要有加油点的油阀打开，油泵必须启动且恒压供油，当加油点的油阀都关闭了，油泵能自动停止。
2 需求分析
加油控制系统的控制对象是两台油泵，由于加油压力要恒定，而加油点的开启和关闭是随机的，要采用变频器来控制和调节油泵，才能达到恒压的目的。现场只一个油压传感器，必须充分利用这个信号。经过实地考察和实验，发现油管路的密闭性良好。采用压力差来控制油泵的启动和停止是可行的。加油点的油阀的liuliang是一致的，这给设计带来了一些便利。加油点比较分散，仍然可以把四个加油阀看成一个大的加油阀，将大的加油阀分为四级开度，可以对应加油阀的开启个数, 而不必考虑其组合。同样可以两个油泵合为一个考虑。这样我们就可以把一个较复杂的系统简化为一个简单的系统。我们现在可以很容易的给出控制的策略，根据加油阀的四级开度，也将泵的转速分为四级，在油压恒定条件下，使开度与转速一一对应。我们根据开度来控制变频器的速度，即可达到恒压的目的。但现场只一个油压传感器，如何能知道泵的开度呢？其实泵在静态运行时，泵速、油压、liuliang是恒定的，当开度增加或减少时，liuliang必然随着增加或减少，在泵速不变的情况下，liuliang与油压成反比。油压的变化可以由压力传感器反映出来，检测的信号比实际的动作滞后5s左右，但不影响系统的控制，我们可以根据这个变化量来控制泵速的增加或减少以及启动和停止。
3 硬件设计及系统简介
考虑到加油站是机场的重要部门，必须保证系统可靠，我们采用一台变频器带一台泵的设计方案，控制系统采用西门子S7-200系列PLC，型号为CPU224，数量一台;模拟输入输出模块一块，型号为EM235;显示元件为TD200;变频器采用三垦SHF系列变频器。系统控制方式分为自动和手动两种，自动方式用于正常运行情况，而手动方式用于调试和检测器失效情况下使用。油泵的起停按钮只有在手动方式时才有效。手动的调速旋钮R1，R2也是在手动方式时才有效，由K1在选择开关置于手动时接通。Q0.0和Q0.2分别为1#和2#变频器的启动信号, Q0.1和Q0.3为1#和2#变频器全速(50Hz)运行命令。Q0.7和Q1.0为1#和2#变频器的转速调节模拟信号切换。通过开关SW2可以选择那台台变频器优先启动。控制系统运行前，先在TD200文本显示器中设定目标压力值、启动压力值和停机压力值，将SW1置于自动。如果压力传感器检测到管道的压力高于启动压力值时，系统将处于等待状态。直到加油点的阀门打开，管道的压力低于启动压力值时，系统将自动启动一台油泵，变频器按级开度的对应频率运行。如果在预设的时间内，压力未达到设定值，变频器按第二级开度的对应频率运行。依此类推，当所有加油点的阀门全开时，则一台变频器处于全速运行，另一台调速运行。当加油点的阀门关闭时，压力传感器检测到管道压力有上升的趋势，则将变频器的频率按开度级依次降下来。直到变频器的运行频率低于级开度的对应频率或管道的压力高于停机压力值达到预定的时间，则系统停止变频器的运行，处于待机状态。变频器运行在任一开度级频率时，程序会根据压力的误差，模拟人工作一些细微的调整，使管道压力维持恒定。程序流程图如图1所示。
图1 程序流程图
4 结束语
本文详细分析一个实用的PLC系统的设计过程，借鉴了软件工程的一些分析方法，使得设计分析过程清晰，易于理解和编程，这对大型的PLC控制项目的设计分析非常有效。本系统运行两年的情况表明，PLC控制系统比原系统更可靠，压力更稳定，加油时间较原来缩短了5分钟(原来加满一辆油车需30分钟)。
本文提出一种用可编程序控制器（PLC）直接控制步进电机的方法，如图2所示。这条技术路线的优点是：大大减少系统设计的工作量，不存在各部分接口信号的匹配问题，tigao系统的可靠性。整个控制系统由PLC和步进电机组成。作为一种工业控制计算机PLC的功能越来越强。不仅仅可用于开关逻辑控制，还可用于闭环过程控制，并可与其它计算机组成多级控制系统。有了PLC的强大功能的支持，各种不同控制系统的不同指令脉冲控制器的任务均可用PLC的不同控制程序来完成。对于环形脉冲分配器和功率放大器的功能则对PLC提出两个特性要求。一是在此应用的PLC好是具有实时刷新技术的PLC，使输出信号的频率可以达到数千赫芝或更高。其目的是使环形脉冲分配能有较高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，tigao整个系统的快速性。二是PLC本身的输出端口应该采用大功率晶体管，以满足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求。应该指出的是采用继电器或可控硅做输出端口的PLC，软件环形脉冲分配能达到高速要求，但由于输出端口器件难以高速导通和关断直流电源，不能向步进电机各相绕组提供驱动脉冲电流，故不能用于步进电机的PLC直接控制。对于满足一、二两个要求的PLC，如美国IPM公司的IP1612DC-220可编程序控制器，可以对步进电机进行直接控制。
图2 步进电机的PLC直接控制
笔者已成功地将这种方法用于ZXJ1000-C型预应力复合制袋自动生产线的切袋误差自动补偿系统中。系统将传感器测得的袋长误差信号由PLC的输入端口送入，如图3所示。根据误差与补偿的算法，由PLC的程序自动算出步进电机应补偿的转向与转角步数，并由环形分配程序通过输出端口Y9、Y10、Y11进行环形脉冲分配，从而控制接到步进电机三相绕组的48V直流电源的依次通、断，形成旋转磁场，使步进电机转动。步进电机的转动再经机械差速器叠加到主传动链中，使袋长误差得以补偿。由于步进电机是电感性负载，直流电阻很小，故接限流电阻以免脉冲电流过大损坏PLC端口，即Y9、Y10、Y11所对应的大功率晶体管。当Y9、Y10、Y11所对应的大功率晶体管按：Y9-Y9Y10-Y10-Y10Y11-Y11－Y11Y9-Y9……依次导通、断开时，步进电机正转。按：Y9-Y9Y11-Y11-Y11Y10-Y10-Y10Y9-Y9……依次导通、断开时，步进电机反转。即步进电机按三相六拍工作。每当步进电机走一步，环形脉冲分配程序的步数减一，当步数减为零时，停止环形脉冲分配，等待下一次测量误差的输入。
图3 具体应用图
采用PLC直接控制步进电机的误差补偿系统功能完善、灵活性大、可靠性高。该生产线已获得国家科技进步奖。特别强调的是采用PLC直接控制步进电机的方法，减少了系统设计的工作量、能大大缩短开发研制周期，在一定范围内，有较高的推广和实用价值
现以相同的机械条件，比较位置与速度两种控制模式，运行速度的稳定性。
机械传动方式为同步带方式；
伺服电机为r88m-g型伺服电机；
驱动器为r88d-gt型驱动器；
上位机控制器为cp1h-xa型。
一、 位置控制模式
1、 位置控制时的控制接线方式
2、 必要的参数设定：pn02（控制模式选择） 设定为0。
位置控制时主要是通过上位机plc中的sped指令设定伺服电机的运行频率。
3、 位置控制时，用cx-drive软件监视伺服电机的速度曲线。如下图：
二、 速度控制模式
1、 速度控制时的控制接线方式
2、 必要的参数设定：pn02（控制模式选择） 设定为1。
通过外接0—10v dc信号，由电位器输入到plc的a/d中，由plc的d/a输出来控制伺服电机运行。
3、 速度控制时，用cx-drive软件监视伺服电机的速度曲线。如下图：
三、
根据上述的速度曲线图中的比较，说明位置控制模式下的速度控制比速度模式下的速度控制要稳定。经长时间的生产运行，位置模式控制的速度一直都很稳定，满足的用户的要求。
旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号），主要应用于机床、、配套、纺织机械、包装机械、印刷机械、起重机械等行业。
旋转编码器按照工作原理编码器可分为增量式和式两类。
a增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小；
b式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。
二者区别:
增量型的位置从零位标记开始计算的脉冲数量确定的；
而型的位置是由输出代码的读数确定的。在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的；当断开时，型编码器并不与实际的位置分离。如果接通，那么位置读数仍是当前的，有效的；不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。
a图（结构原理）
(1)注：光敏元件一般由极管组成。
(2)
b图（与接线）
c图（增量型）
d图（型）
我们通常用的是增量型编码器，可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给，利用plc的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。
这里所讲的确定零位指的是增量型。
1、编码器轴转动找零，编码器在安装时，旋转转轴对应零位，一般增量值与单圈值会用这种方法，而轴套型的编码器也用这种方法。缺点，零点不太好找，精度较低。
2、与上面方法相当，只是编码器外壳旋转找零，这主要是对于一些紧凑型安装的同步法兰（也有叫伺服法兰）外壳所用。
3、通电移动安装机械对零，通电将安装的机械移动到对应的编码器零位对应位置安装。
4、偏置计算，机械和编码器都不需要找零，根据编码器读数与实际位置的偏差计算，获得偏置量，以后编码器读数后减去这个偏置量。例如编码器的读数为100，而实际位置是90，计算下在实际位置0位时，编码器的读数应该是10，而这个“10”就是偏置量，以后编码器读到的数，减去这个偏置量就是位置值。可重复多次，修正偏置量。对于增量值编码器，是读取原始机械零位到个z点的读数，作为偏置量。精度较高的编码器，或者量程较大的值多圈编码器，多用这种方法。
5、智能化外部置零，有些带智能化功能的编码器，可提供外部置位功能，例如通过编码器附带的按键，或外带的软件设置功能置零。
6、需要说明的是，值编码器的零位再往下就是编码的循环大值，无论是单圈值，还是多圈值，如果置零位，那么再往下（下滑、移动，惯性过冲等），就可能数据一下子跳到大了，对于高位数的值多圈，可能数据会溢出原来的设定范围。值编码器还有一个旋转方向的问题，置零后，如果方向不对，是从0跳到大，由大变小的。一些进口的编码器带有外部置零功能，但建议还是不要用此功能。（我们碰到很多用进口值编码器会碰到这样的困惑，不要就迷信进口的）。
7、好的置位方法，预置一个非零位（留下下滑、过冲的余量）并预置旋转方向+偏置计算的方法。一种方法是置“中”，偏置量就是中点值，置位线与电源正相触后，编码器输出的就是中点位置，这样的行程是+/-半全程，在这样的行程范围内，无论旋转方向，确保不会经过零点跳变。
1、按码盘的刻孔方式不同分类：
（1）增量型：就是每转过单位的角度就发出一个脉冲信号(也有发正余弦信号，对其进行细分，斩波出频率更高的脉冲)，通常为a相、b相、z相输出，a相、b相为相互延迟1/4周期的脉冲输出，根据延迟关系可以区别正反转，通过取a相、b相的上升和下降沿可以进行2或4倍频；z相为单圈脉冲，即每圈发出一个脉冲。
（2）值型：就是对应一圈，每个基准的角度发出一个唯一与该角度对应二进制的数值，通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量。
编码器-----------plc
a-----------------x0
b-----------------x1
z------------------x2
+24v------------+24v
com------------ -24v-----------com[1]
注：可以是dc-5v或dc-24v。
常见故障：
1、编码器本身故障：是指编码器本身出现故障，导致其不能产生和输出正确的波形。这种情况下需更换编码器或维修其内部器件。
2、编码器连接故障：这种故障出现的几率高，维修中经常遇到，应是优先考虑的因素。通常为编码器电缆断路、短路或接触不良，这时需更换电缆或接头。还应特别注意是否是由于固定不紧，造成松动引起开焊或断路，这时需卡紧电缆。
3、编码器+5v电源下降：是指+5v电源过低，通常不能低于4.75v，造成过低的原因是供电电源故障或电源传送电缆阻值偏大而引起损耗，这时需检修电源或更换电缆。
4、编码器安装松动：这种故障会影响位置控制精度，造成停止和移动中位置偏差量超差，甚至刚一开机即产生伺服系统过载报警，请特别注意。
一般地，也能得到一个速度信号，这个信号要反馈给器，从而调节的输出数据。
故障现象：1、坏（无输出）时，变频器不能正常工作，变得运行速度很慢，一会儿变频器保护，显示“pg断开”（pg可以理解为变频器检测电路模块）联合动作才能起作用。要使电信号上升到较高电平，并产生没有任何干扰的方波脉冲，这就必须用来处理。编码器pg接线与参数与编码器pg之间的连接方式，必须与编码器pg的型号相对应。一般而言，编码器pg型号分差动输出、集开路输出和推挽输出三种，其信号的传递方式必须考虑到pg卡的，选择合适的pg卡型号或者设置合理。
1它主要是以高精度计量光栅为检测元件，通过光电转换；
2将轴的机械角位移信息以led光源为介质通过光栅码盘转换成相应的数字代码，用它可以实现角位移、角速度、和角加速度及其他物理量的jingque测量；
3.工作原理(如下图)
1：光源（led） 2：透镜（lens） 3：指示光栅 4：码盘（disk） 5：接受器（asic）
点光源（led）发出的光经过透镜（lens）的折射变成准直的平行光，通过光栅和码盘，照射到光电接受器上，如果码盘发生转动，光线就会把码盘转动的情况反应到接受器上。接受器会把这些光信号转换成电信号输出，从而以电脉冲的形式反应出物理的运动量（位移、角速度、加速度）。