6ES7211-1AE40-0XB0现货供应

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。

一、步进电机的构造（以5相步进为例）

步进电机的构造主要采用图示的方式进行讲解：

步进构造上大致分为定子与转子两部分。 转子由转子 1、转子 2、磁钢等 3 部分构成。而且转子朝轴方向已经磁化，转子 1 为 n 极时，转子 2 则为 s 极。

定子拥有小齿状的磁极，共有 10个，皆绕有线圈。 其线圈的对角位置的磁极相互连接着，电流流通后，线圈即会被磁 化成同一极性。（例如某一线圈经由电流的流通后，对角线的磁极将 同化成 s 极或 n 极。） 对角线的 2个磁极形成 1个相，而由于有 a相至 e相等 5个相位，因此称为 5 相步进电动机。

系统构成图示

转子的外圈由 50个小齿构成，转子 1 和转子 2 的小齿于构造上互 相错开 1/2 螺距。由此转子形成了100个小齿。目前已经有转子单个加工至100齿的高分辨率型，那么高分辨率型的转子就有200个小齿。因此其机械上就可以实现普通步进电机半步(普通步进电机半步需要细分达到)的分辨率。

电动机构造图2∶与转轴成垂直方向的断面图

二、步进电机的运转原理。

实际上经过磁化后的转子及定子的小齿的位置关系，在此说明如下。 首先解释励磁，励磁就是指电动机线圈通电时的状态。

● a相励磁

将 a 相励磁，会使得磁极磁化成 s 极，而其将与带有 n极磁性的 转子 1 的小齿互相吸引，并与带有s极磁性的转子 2 的小齿相斥， 于平衡后停止。此时，没有励磁的 b相磁极的小齿和带有 s极磁性 的转子 2 的小齿互相偏离 0.72°。以上是 a 相励磁时的定子和转子小齿的位置关系。

● b相励磁

其次由 a 相励磁转为 b 相励磁时，b 相磁极磁化成 n 极，与拥有 s极磁性的转子 2 互相吸引，而与拥有 n极磁性的转子 1 相斥。

也就是说，从 a 相励磁转换至 b 相励磁时，转子转动 0.72°。由此可知， 励磁相位随 a相→ b相→ c相→ d相→ e相→ a相依次转换，则步进电动机以每次 0.72°做正确的转动。同样的，希望作反方向转动时，只需将励磁顺序倒转，依照 a相→ e相→ d相→ c相→ b相→ a相励磁即可。

0.72°的高分辨率，是取决于定子和转子构造上的机械偏移量，所以不需要编码器等即可正确的定位。下图就5相步进每次的位移量是0.72°进行更详细的说明:

由于组定子正好与转子相对应吸引。就势必会导致第二组定子与对应的转子相偏离（定子与转子齿距一样，但是各自所在的2个圆不一样大）。而这个偏离值正好是齿距的十分之一。因此普通5相步进的步距角为：360°/50齿/10=0.72°

高分辨率5相步进的步距角为：360°/100齿/10=0.36°

另外，就停止精度而言， 会影响的只有定子与转子的加工精度、组装精度、及线圈的直流电阻的不同等而已，因此可获得 ±3 分（无负载时）的高停止精度。 实际上步进电动机是由驱动器来进行励磁相的转换，而励磁相的转换时机则是由输入驱动器的脉冲信号所进行。以上举的是 1相位励磁的例子，实际运转时，为有效利用线圈同时进行 4相或 5相励磁的。

三、步进电动机的特征

1、运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机

以上三部分是步进电机运转必不可少的三部分。控制器又叫脉冲产生器，目前主要有、、运动板卡等等。

2、运转量与脉冲数的比例关系

3、运转速度与脉冲速度的比例关系

4、本身具有保持力

步进电机只有在通电状况下，才具备自我保持力。在停电状况下 ，自我保持力消失。

因此在升降设备传动时，务必使用附电磁刹车型步进电机。

四、结束语

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，交流电机在常规下就能使用。它必须由脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、及计算机等许多知识。但是万丈高楼平地起，从步进电机的基础开始学习，无疑为将来的应用打好扎实的基础。

增量式编码器的问题：

1）增量型编码器存在零点累计误差，抗干扰较差，接收设备的停机需断电记忆，开机应找零或参考位等问题，这些问题如选用型编码器可以解决。

2）测量速度有等时间法，和等脉冲数法。

等时间法，选定一个单位时间,（如100ms）,在单位时间里累计读取的脉冲数时间平均，既是此时间段的平均速度。

等脉冲数，选定一定数量的脉冲数（如100脉冲），在累计读到这些脉冲数的时间，作时间平均，既是此时间的平均速度。

一般工业中多用等时法。

1、从增量式编码器到值式编码器

增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来计算其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备计算并记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。

解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。

这样的方法对有些工控项目比较麻烦，甚至不允许开机找零（开机后就要知道准确位置），于是就有了编码器的出现。

2、值式光电编码器

工作原理：

圆形码盘上沿径向有若干同心码道，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数。

值编码器为每一个轴的位置提供一个的编码数字值。

当掉电时，型编码器的位置不会丢失 。

1）值编码器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 n位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有n条码道。

2）它有一个零位代码，当停电或关机后，再开机重新测量时，仍可准确地读出停电或关机位置的代码，并准确地找到零位代码。

3）式编码器轴旋转时，有与位置对应的代码（二进制、bcd码等）输出。从代码大、小的变更，即可判别正反方向和位移所处的位置，而无需判向电路。

4）格雷码每次只变化一位。

5）旋转编码器的格雷码也是循环码，其高位与低位同样遵循只变化一位的规律。

3、单圈式编码器

编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线……编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。旋转值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码。这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈值编码器。

4、多圈式编码器

旋转值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合编码唯一的原则。如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈值编码器。编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的编码器就称为多圈式编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。

5、机械安装

1）安装在高速端

2）安装在低速端

6、信号输出

1）并行输出

2）串行输出

3）总线型输出

4）变送一体型输出

值编码器信号输出有：并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出。

1）并行输出：

值编码器输出的是多位数码（格雷码或纯二进制码），并行输出就是在接口上有多点高低电平输出，以代表数码的1或0，对于位数不高的编码器，一般就直接以此形式输出数码，可直接进入或上位机的i/o接口，输出及时，连接简单。但是并行输出有如下问题：

1. 必须是格雷码，因为如是纯二进制码，在数据刷新时可能有多位变化，读数会在短时间里造成错码。

2. 所有接口必须确保连接好，因为如有个别连接不良点，该点电位始终是0，造成错码而无法判断。

3. 传输距离不能远，一般在一两米，对于复杂环境，好有隔离。

4. 对于位数较多，要许多芯电缆，并要确保连接优良，由此带来工程难度，同样，对于编码器，要同时有许多节点输出，增加编码器的故障损坏率。

2）串行ssi输出：

串行输出就是通过约定，在时间上有先后的数据输出，这种约定称为通讯规约，其连接的物理形式有rs232、rs422(ttl)、rs485等。串行输出连接线少，传输距离远，对于编码器的保护和可靠性就大大提高了。一般高位数的编码器都是用串行输出的。

3）型输出

现场总线型编码器是多个编码器各以一对信号线连接在一起，通过设定地址，用通讯方式传输信号，信号的接收设备只需一个接口，就可以读多个编码器信号。总线型编码器信号遵循rs485的物理格式，其信号的编排方式称为通讯规约，目前全世界有多个通讯规约，各有优点，还未统一，编码器常用的通讯规约有如下几种：profibus-dp； can；devicenet； interbus等。

总线型编码器可以节省连接线缆、接收设备接口，传输距离远，在多个编码器集中控制的情况下还可以大大节省成本。

4）变送一体型输出

对于某些厂家的编码器，其信号已经在编码器内换算后直接变送输出，其有模拟量4—20ma输出、rs485数字输出、14位并行输出。

7、信号连接

1.连接plc或上位机

2.连接专用显示转换仪表

1）编码器如果是并行输出的，可以直接连接plc或上位机的输入输出接点i/o，其信号数学格式应该是格雷码。编码器有多少位就要占用plc的多少位接点，如果是24伏推挽式输出，高电平有效为1，低电平为0；如果是集电极开路npn输出，则连接的接点也必须是npn型的，其低电平有效，低电平为1。

2）编码器如果是串行输出的，由于通讯协议的限制，后接设备必须有对应的接口。

3）编码器如是总线型输出，接受设备需配专用的总线模块，例如profibus-dp。

但是，如选择总线型输出编码器，在编码器与接收设备plc中间，就无法加入其他显示仪表，如需现场显示，就要从plc 再转出信号给与信号匹配的显示仪表。

8、格雷码输入编程