当 PLC 没有多余的脉冲输出点时,可通过以下几种替代方案控制步进电机,核心思路是利用扩展模块、协议转换或外部专用控制器,绕过 PLC 自身脉冲输出的限制:
原理:通过 PLC 的扩展接口(如三菱的 CC-link、西门子的 PROFINET、施耐德的 Modbus)连接专用脉冲输出模块,新增脉冲输出通道。
具体方案:
三菱 FX 系列:扩展 FX2N-1PG(单轴脉冲模块)、FX5-1PG(高速脉冲模块),通过 PLC 的 FROM/TO 指令控制模块输出脉冲。
西门子 S7-1200:扩展 SM 1223(带脉冲输出的数字量模块)或 TM PosInput 12x13bit(定位模块),通过博途软件组态脉冲参数。
通用方案:第三方脉冲扩展模块(如支持 Modbus RTU 的脉冲发生器),PLC 通过串口发送指令(如 “运行频率 5000Hz,方向正转”)控制模块输出脉冲。
优势:与 PLC 集成度高,编程简单,脉冲精度有保障(±0.1% 以内);
缺点:需占用 PLC 扩展资源,有一定成本(单轴模块约 500-2000 元)。
原理:PLC 通过通讯协议(如 Modbus RTU/TCP、脉冲指令协议)向步进驱动器发送控制指令(位置、速度、启停),驱动器内置脉冲发生器,无需 PLC 输出物理脉冲。
具体方案:
高端步进驱动器(如倍福 EL7041、施耐德 LXM32)支持工业以太网协议,PLC 通过总线发送同步位置指令,实现多轴联动。
步进驱动器需支持 Modbus RTU 从站模式(如雷赛 DM542H、鸣志 MS-2H048M),通过 RS485 与 PLC 的串口连接。
PLC 编程:用 Modbus 主站指令(如三菱的 MB_MASTER、西门子的 MODBUS_MSG)向驱动器写入控制字(如 “启动 + 正转”)、速度值(如 16#07D0 对应 2000Hz)、目标位置(如 16#03E8 对应 1000 步)。
Modbus RTU 通讯(最常用):
EtherCAT/Profinet 通讯(高精度场景):
优势:节省 PLC 脉冲点,可控制多轴(同一总线最多 31 台驱动器),布线简单(仅需一根 RS485 线或网线);
缺点:驱动器需支持通讯功能(成本略高),通讯延迟可能影响高速响应(通常<10ms,满足大部分场景)。
原理:用外部脉冲发生器(带按键 / 旋钮调速)或定时脉冲模块,通过 PLC 的开关量输出(Y 点)控制发生器的启停、方向,间接驱动步进电机。
具体方案:
脉冲发生器选型:带 “启停控制”“方向控制” 接口的型号(如手动调速脉冲发生器、PLC 触发式脉冲模块)。
接线:PLC 的 Y0 接发生器 “启动” 信号,Y1 接 “方向” 信号,发生器的脉冲输出接步进驱动器的 PUL+/-,方向输出接 DIR+/-。
控制逻辑:PLC 通过 Y0 通断控制电机启停,Y1 高低电平控制正反转,速度通过发生器的旋钮或预设参数调节。
优势:完全不占用 PLC 脉冲点,成本低(简易发生器约 100-300 元),适合小批量改造;
缺点:无法精准控制位置(需额外加限位开关),速度调节依赖硬件,灵活性差。
原理:通过 PLC 的继电器或电子开关(如固态继电器、多路选择器),将单个脉冲输出点切换到不同步进驱动器,实现 “同一时间控制一台,分时切换控制对象”。
具体方案:
优势:无需新增硬件(或低成本),充分利用现有资源;
缺点:电机不能同时运行,切换过程有延迟(约 10-50ms),不适合高速或同步控制场景。
优先推荐:若 PLC 支持扩展,选脉冲输出模块(精度高、稳定);若驱动器支持通讯,选Modbus 通讯控制(布线简单、可扩展多轴)。
低成本方案:简单控制用外接脉冲发生器,分时控制用复用脉冲点 + 切换模块。
注意事项:通讯控制需确保协议匹配(波特率、地址、功能码),分时控制需避免切换时的脉冲干扰(加缓冲电路)。
根据具体场景(如是否需要定位、多轴是否同步、成本预算)选择方案,多数工业场景下,“通讯控制” 是性价比最高的替代方案。