西门子（SIEMENS）服务商    

在 PLC 控制中，让步进电机的步进速度（脉冲频率）实现自动运算，核心是通过 PLC 的程序逻辑，根据预设条件（如目标位置、运行时间、外部信号反馈等）动态计算出满足控制需求的脉冲频率，并输出给步进驱动器。以下从 “运算原理”“核心参数”“实现步骤”“典型场景案例” 四个维度，详细讲解具体方法：

一、先明确：步进速度自动运算的核心逻辑

步进电机的 “速度” 本质是PLC 输出脉冲的频率（Hz） —— 频率越高，电机转动越快（需在驱动器和电机的额定转速范围内）。自动运算的本质是：
PLC 根据控制目标（如 “10 秒内走完 5000 个脉冲”“从当前位置到目标位置的加速 / 匀速 / 减速过程”），通过数学公式计算出 “当前时刻应输出的脉冲频率”，再通过 PLC 的高速脉冲输出（PTO/PWM）功能执行。

关键公式（基础）：

• 脉冲频率 $f$（Hz）= 电机每秒转动步数 / 细分系数

• 电机转速 $n$（r/min）= $\frac{f\times 60}{N\times K}$（$N$为电机固有步距角对应的每转步数，如 1.8° 电机对应 200 步 / 转；$K$为驱动器细分系数）

• 运行时间 $t$（s）= 总脉冲数 $P$ / 脉冲频率 $f$（匀速场景）

二、自动运算需先确定的 3 个核心参数

在编写运算程序前，需先明确硬件和控制目标的固定参数，通常存储在 PLC 的 “数据寄存器（D 区）” 中，方便后续调用和修改：

三、步进速度自动运算的 3 种典型实现方式

根据控制需求的不同，PLC 程序的运算逻辑分为 “匀速自动运算”“加减速自动运算”“外部反馈动态运算” 三类，以下以三菱 FX 系列 PLC（常用 PTO 功能）为例讲解：

方式 1：匀速场景 —— 根据 “总脉冲 + 目标时间” 自动算频率

适用于对速度平稳性要求不高、无需启停缓冲的场景（如简单传送、定位）。
核心逻辑：已知总脉冲数 总 和目标运行时间 目标，通过公式 总目标 计算频率，若计算值超过 $f_{max}$，则强制取 $f_{max}$（避免过载）。

步骤拆解：

1. 参数赋值：在 PLC 数据寄存器中预设固定参数

• D0 = 总脉冲数 总（如 10000）

• D1 = 目标运行时间 目标（如 20 秒，单位：s）

• D2 = 最大允许频率 $f_{max}$（如 5000Hz）

• D3 = 计算结果（目标频率 $f$）

2. 程序运算逻辑（梯形图 / ST 语言）：

   ladder

// 当启动信号X0为ON时，执行频率计算
X0 ---| |--- [MOV K10000 D0]  // 赋值总脉冲数
      ---| |--- [MOV K20 D1]   // 赋值目标时间（20s）
      ---| |--- [DIV D0 D1 D3] // 计算频率：D3 = D0/D1 = 10000/20 = 500Hz
      ---| |--- [CMP D3 D2 M0] // 比较计算频率与最大频率
M0 ---| |--- [MOV D2 D3]      // 若D3>D2（计算值超上限），则将D2（5000Hz）赋值给D3

1. 脉冲输出：用 PLC 的 PTO 功能输出计算后的频率

• 调用 PLSY 指令（脉冲输出指令）：PLSY D3 Y0（Y0 为脉冲输出端口，频率由 D3 决定，持续输出 D0 个脉冲后停止）。

方式 2：加减速场景 —— 自动生成 “S 型 / 梯形加减速曲线”

适用于启停频繁、要求运行平稳（避免电机冲击或丢步）的场景（如精密定位、高速传送）。
核心问题：步进电机直接高速启动 / 停止会因惯性丢步，需从低频率（启动）逐步加速到目标频率（目标），再逐步减速到 0，PLC 需自动计算 “每个阶段的频率增量”。

实现关键：利用 PLC 的 “定位指令” 或 “加减速算法库”

主流 PLC（如三菱 FX3U、西门子 S7-1200）均自带定位专用指令，可自动生成加减速曲线，无需手动写复杂算法：

• 三菱 FX3U：使用DSZR（相对定位） 或 DVIT（绝对定位） 指令，需预设 “加减速时间”（D8147）；

• 西门子 S7-1200：使用 “TO_Position” 工艺对象，直接设置 “最大速度”“加速度”“减速度” 参数，PLC 自动运算每个周期的频率。

示例（三菱 FX3U）：

1. 参数预设：

• D0 = 目标位置（总脉冲数，如 10000）

• D8147 = 加减速时间（如 100ms，即从启动频率到最大频率的时间）

• D8140 = 最大频率（$f_{max}=5000Hz$）

2. 程序指令：

   ladder

// X0为启动信号，Y0为脉冲输出，Y1为方向信号
X0 ---| |--- [DVIT D0 Y0 Y1]  // 绝对定位指令：从当前位置到D0位置，自动加减速

• 原理：DVIT 指令会根据 D8147（加减速时间）和 D8140（最大频率），自动计算 “加速阶段的频率增量”“匀速阶段的频率”“减速阶段的频率减量”，无需手动运算。

方式 3：动态调整场景 —— 根据外部反馈实时运算速度

适用于需根据现场状态（如负载、位置偏差）动态调整速度的场景（如跟随控制、压力反馈调节）。
核心逻辑：通过 PLC 的模拟量输入（AI）或数字量输入（如编码器）采集外部反馈信号（如当前负载电流、实际位置偏差），将反馈值换算为 “速度修正系数”，实时调整目标频率。

示例：根据 “负载电流” 动态调整速度

1. 硬件配置：

• 电流传感器（采集步进电机负载电流）→ 模拟量模块（如三菱 FX3U-4AD）→ PLC 模拟量输入通道（CH1）。

2. 参数预设：

• D0 = 基准频率 基准（如 3000Hz，无负载时的速度）

• D1 = 模拟量输入值（负载电流对应的数字量，范围 0-4000，对应 0-10V）

• D2 = 速度修正系数（如 D1>2000（高负载）时系数 = 0.5，D1<1000（低负载）时系数 = 1.2）

• D3 = 实时运算频率（实时基准修正系数）

3. 程序逻辑：

   ladder

// 持续采集模拟量（负载电流）
[RD3A K1 D1]  // 读取CH1的模拟量值到D1
// 根据负载电流判断修正系数
D1 > K2000 ---| |--- [MOV K500 D2]  // 高负载：修正系数0.5（用整数500表示，后续除以1000）
D1 < K1000 ---| |--- [MOV K1200 D2] // 低负载：修正系数1.2
// 计算实时频率：D3 = (D0 * D2) / 1000
[MUL D0 D2 D4]  // D4 = 3000 * 500 = 1,500,000
[DIV D4 K1000 D3]  // D3 = 1,500,000 / 1000 = 1500Hz（高负载时降速）
// 输出实时频率
[PLSY D3 Y0]

四、关键注意事项（避免运算错误或电机故障）

1. 频率范围限制：必须确保运算后的频率在 “步进电机额定转速” 和 “驱动器最大响应频率” 之间，否则会导致丢步或驱动器报警（可通过 CMP 指令做上限 / 下限判断）。

2. 数据类型匹配：PLC 的除法指令（DIV）可能产生小数，而脉冲频率需为整数，需用四舍五入指令（ROUND） 或取整指令（INT） 处理计算结果（如三菱的 ROUND 指令：ROUND D3 D3）。

3. 加减速时间合理性：加减速时间过短（如 < 50ms）会导致电机冲击，过长会影响效率，需根据电机惯量和负载惯量调整（通常建议 50-500ms）。

4. 脉冲输出端口选择：PLC 的高速脉冲输出端口有固定限制（如三菱 FX3U 的 Y0/Y1 支持最高 100kHz），需确认端口的频率上限是否满足运算需求。

五、总结

PLC 实现步进速度自动运算的核心流程可概括为：
1. 定义参数（硬件固有参数 + 控制目标参数）→ 2. 设定运算逻辑（匀速 / 加减速 / 动态反馈）→ 3. 调用输出指令（PTO/PLSY）→ 4. 加限制条件（频率上限、四舍五入）。
实际应用中，需结合具体 PLC 型号的指令集（如西门子的工艺对象、欧姆龙的位置控制指令）和现场需求（精度、速度、平稳性）选择合适的运算方案，复杂场景可借助 PLC 的 “运动控制模块”（如三菱 FX3U-20SSC-H）提升运算和控制精度。