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認(rèn)識(shí)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器

認(rèn)識(shí)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，我們知道步進(jìn)電機(jī)由定子（stator）和轉(zhuǎn)子（rotor）構(gòu)成，定子繞組通電后產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，感應(yīng)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子相互作用而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度。通過控制定子繞組周期性、交替得電，就能控制步進(jìn)電機(jī)一步一步的向前運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈這種周期性的控制需要專門的控制器來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)控制器就是今天我們要介紹的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。

本節(jié)課將介紹如下內(nèi)容：
1）什么是步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器？
2）步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線及設(shè)置；
3）步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分驅(qū)動(dòng)設(shè)置；
4）步進(jìn)電機(jī)補(bǔ)充內(nèi)容；

1、什么是步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器？
步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器是驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的功率放大器，它能接收控制器（PLC/單片機(jī)等）發(fā)送來的控制信號(hào)并控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度/步數(shù)。最常見的控制信號(hào)是脈沖信號(hào)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)有效脈沖就控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一步。具有細(xì)分功能的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器可以改變步進(jìn)電機(jī)的固有步距角，達(dá)到更大的控制精度、降低振動(dòng)及提高輸出轉(zhuǎn)矩；除了脈沖信號(hào)，具有總線通信功能的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器還能接收總線信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。

2、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線及設(shè)置
目前市場(chǎng)上有很多步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，各廠家的驅(qū)動(dòng)器具有類似的接口，都有信號(hào)、電源、電機(jī)等接線端子；有輸出電流及細(xì)分驅(qū)動(dòng)設(shè)置的撥碼開關(guān)。本節(jié)以雷賽科技（LeadShine）的DM542步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器為例，介紹下步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線及設(shè)置。


DM542是雷賽公司推出的兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，采用脈沖方式進(jìn)行控制，支持8檔位電流及16檔位細(xì)分驅(qū)動(dòng)；輸入電壓范圍：DC 20V~50V，輸出峰值電流范圍：1.0~4.2A；下面這張圖是DM542的外觀圖：

從圖片中可以看出，DM542步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器包括控制信號(hào)端子、電源端子、電機(jī)接線端子、輸出電流設(shè)置和細(xì)分驅(qū)動(dòng)設(shè)置撥碼開關(guān)等幾部分組成。

2.1、控制信號(hào)端子
控制信號(hào)端子與PLC、單片機(jī)或其它控制器相連接，用來接收控制器發(fā)出的脈沖、方向及使能控制信號(hào)。

2.1.1、脈沖信號(hào)（Pulse）
脈沖信號(hào)有兩個(gè)接線端子：PUL+和PUL-。"PUL+"連接脈沖信號(hào)正極，“PUL-”連接脈沖信號(hào)負(fù)極；脈沖信號(hào)以"PUL+"與"PUL-"的電壓差來衡量；撥碼開關(guān)SW13可設(shè)置脈沖的有效沿，默認(rèn)（SW13=OFF）上升沿有效；

2.1.2、方向信號(hào)（Direction）
方向信號(hào)有兩個(gè)接線端子：DIR+和DIR-。"DIR+"連接方向信號(hào)正極，"DIR-"連接方向信號(hào)負(fù)極；步進(jìn)電機(jī)的初始運(yùn)行方向與電機(jī)繞組的接線有關(guān)，任何一組繞組互換（比如：A+和A-互換）都能改變電機(jī)的初始運(yùn)行方向；電機(jī)在運(yùn)行過程中的方向改變可以通過方向信號(hào)來控制，為了保證步進(jìn)電機(jī)可靠換向，方向信號(hào)應(yīng)早于脈沖信號(hào)至少5us建立；

2.1.3、使能信號(hào)（Enable）
使能信號(hào)用于使能或禁止驅(qū)動(dòng)器輸出，有兩個(gè)接線端子：ENA+和ENA-。"ENA+"連接使能信號(hào)正極，"ENA-"連接使能信號(hào)負(fù)極；當(dāng)"ENA+"信號(hào)接通時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將切斷步進(jìn)電機(jī)各相電源而使其處于自由狀態(tài)，該狀態(tài)不響應(yīng)脈沖信號(hào)；
注：脈沖信號(hào)、方向信號(hào)和使能信號(hào)輸入電壓值的大小可通過滑動(dòng)開關(guān)來設(shè)置，有DC 5V和DC 24V兩種選擇，出廠默認(rèn)DC 24V；

2.1.4、報(bào)警信號(hào)（Alarm）
驅(qū)動(dòng)器故障信號(hào)輸出，用于連接到PLC/控制器的輸入通道。出廠默認(rèn)正常情況下ALM和COM是導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器報(bào)警時(shí)為截止?fàn)顟B(tài)；可通過撥碼開關(guān)SW12設(shè)置；

2.1.4、抱閘信號(hào)（Brake）：步進(jìn)電機(jī)的抱閘信號(hào)輸入；

2.1.5、COM：報(bào)警信號(hào)和抱閘信號(hào)的公共端；

2.2、電源接口
電源接口包括2個(gè)接線端子：+Vdc、GND，其中：
+Vdc：直流電源正極，電壓范圍：+20V~+50V，推薦+24V~+48V；
GND：直流電源負(fù)極；

2.3、電機(jī)接線端子
電機(jī)接線端子包括：A+、A-、B+、B-，其中：
A+和A-是步進(jìn)電機(jī)的A相繞組的兩個(gè)接線柱；
B+和B-是步進(jìn)電機(jī)的B相繞組的兩個(gè)接線柱；
下面這張圖是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的接線圖：

2.4、步進(jìn)電機(jī)的電流設(shè)置
DM542步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的中間有8個(gè)撥碼開關(guān)（SW1~SW8），其中SW1~SW3用來設(shè)置工作電流（動(dòng)態(tài)電流）；SW4用來設(shè)置靜止電流（靜態(tài)電流）；SW5~SW8是細(xì)分設(shè)置（將在第3小節(jié)詳細(xì)介紹）；

2.4.1、工作電流設(shè)置
通過設(shè)置步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的電流輸出撥碼開關(guān)，可以改變驅(qū)動(dòng)器的輸出電流大小。DM542的SW1~SW3撥碼開關(guān)設(shè)置如下圖所示：

當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置的輸出電流越大時(shí)，其連接的步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩就越大。但是電流過大會(huì)導(dǎo)致電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)損壞電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器。因此在設(shè)置步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的電流時(shí)建議遵循如下原則：
四線電機(jī)：設(shè)置輸出電流等于或略小于電機(jī)的額定電流；
六線電機(jī)高力矩模式：設(shè)置輸出電流等于電機(jī)單極性接法額定電流的50%；
六線電機(jī)高速模式：設(shè)置輸出電流等于電機(jī)單極性接法額定電流的100%；
舉個(gè)例子：假設(shè)要用DM542驅(qū)動(dòng)雷賽42CM06步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)的額定電流為2.5A，我們就采用輸出均值電流2.36A的檔位，設(shè)置SW1=OFF，SW2=ON，SW3=OFF；
另外要注意：步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)類型及停留時(shí)間的長(zhǎng)短，都會(huì)影響其發(fā)熱量。因此在實(shí)際使用中應(yīng)視電機(jī)的發(fā)熱情況適當(dāng)調(diào)節(jié)輸出電流的大小。原則上如果電機(jī)運(yùn)行15~30分鐘后如果表面溫度低于40度，可適當(dāng)增加電流設(shè)置值以增大輸出扭矩；但如果溫升太高（>70度），則應(yīng)降低電流的設(shè)置值；

2.4.2、靜止電流設(shè)置
撥碼開關(guān)SW4可用于設(shè)置步進(jìn)電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)驅(qū)動(dòng)器的輸出電流。默認(rèn)情況下SW4=OFF，它表示驅(qū)動(dòng)器在沒有接收到脈沖0.4秒后，將輸出電流改變?yōu)榉逯惦娏鞯?0%，這樣可以降低驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的發(fā)熱；如果將SW4設(shè)置為ON，則電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下，驅(qū)動(dòng)器的輸出電流為其峰值電流的90%；

3、細(xì)分驅(qū)動(dòng)設(shè)置
3.1、什么是細(xì)分驅(qū)動(dòng)？
步進(jìn)電機(jī)在出廠時(shí)都標(biāo)注了“固有步距角”。比如某電機(jī)的固有步距角為0.9度/1.8度，表示電機(jī)半步工作每次會(huì)轉(zhuǎn)過0.9度，整步1.8度。在很多精密控制的場(chǎng)合，固有步距角不能滿足控制精度的要求，人們希望能將一個(gè)固有步距角分很多步來走完。這種將固有步距角再分成很多步的驅(qū)動(dòng)方法，稱為"細(xì)分驅(qū)動(dòng)"。能實(shí)現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器，稱為"細(xì)分驅(qū)動(dòng)器"。

3.2、細(xì)分驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
細(xì)分驅(qū)動(dòng)將固有步距角平均分成幾份，減少了每步的步距角的大小，提高了步距均勻度，提高了控制精度；
低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)的固有特性，細(xì)分驅(qū)動(dòng)提高了電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，可以降低電機(jī)的振動(dòng)；
細(xì)分驅(qū)動(dòng)可以有效減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，提高輸出轉(zhuǎn)矩；

3.4、細(xì)分驅(qū)動(dòng)的設(shè)置
以DM542為例，該驅(qū)動(dòng)器提供了四個(gè)撥碼開關(guān)（SW5~SW8）用來設(shè)置細(xì)分驅(qū)動(dòng)，如下圖所示：

假設(shè)我們要把電機(jī)設(shè)置為3200步/轉(zhuǎn)（即每轉(zhuǎn)一圈需要3200個(gè)脈沖信號(hào)），則撥碼開關(guān)設(shè)置如下：SW5=ON，SW6=ON，SW7=OFF，SW8=ON

4、步進(jìn)電機(jī)補(bǔ)充內(nèi)容
問：平時(shí)說的42系列、57系列步進(jìn)電機(jī)具體代表什么意思？
答：這里說的42系列、57系列，是指步進(jìn)電機(jī)的機(jī)座號(hào)，也就是步進(jìn)電機(jī)機(jī)座的尺寸。42系列步進(jìn)電機(jī)表示該電機(jī)機(jī)座的尺寸為42cmx42cm。例如，下圖是雷賽42型步進(jìn)電機(jī)機(jī)座截面圖：

根據(jù)機(jī)座號(hào)區(qū)分，常見的步進(jìn)電機(jī)有42系列、57系列、86系列、110系列等等；