plc控制步进电机程序.docx

1、plc控制步进电机程序plc控制步进电机程序采用绝对位置控制指令(DRVA)，大致阐述FX1S控制步进电机的方法。由于水平有限，本实例采用非专业述语论述，请勿引用。FX系列PLC单元能同时输出两组100KHZ脉冲，是低成本控制伺服与步进电机的较好选择！PLS+，PLS-为步进驱动器的脉冲信号端子，DIR+，DIR-为步进驱动器的方向信号端子。所谓绝对位置控制(DRVA),就是指定要走到距离原点的位置，原点位置数据存放于32位寄存器D8140里。当机械位于我们设定的原点位置时用程序把D8140的值清零，也就确定了原点的位置。实例动作方式：X0闭合动作到A点停止，X1闭合动作到B点停止，接线图与动

2、作位置示例如左图(距离用脉冲数表示)。程序如下图：(此程序只为说明用，实用需改善。)说明：在原点时将D8140的值清零(本程序中没有做此功能)32位寄存器D8140是存放Y0的输出脉冲数，正转时增加，反转时减少。当正转动作到A点时，D8140的值是3000。此时闭合X1，机械反转动作到B点，也就是-3000的位置。D8140的值就是-3000。当机械从A点向B点动作过程中，X1断开(如在C点断开)则D8140的值就是200，此时再闭合X0，机械正转动作到A点停止。当机械停在A点时，再闭合X0，因为机械已经在距离原点3000的位置上，故而机械没有动作！ 把程序中的绝对位置指令(DRVA)换成相对

3、位置指令(DRVI)：当机械在B点时(假设此时D8140的值是-3000)闭合X0，则机械正转3000个脉冲停止，也就是停在了原点。D8140的值为0当机械在B点时(假设此时D8140的值是-3000)闭合X1，则机械反转3000个脉冲停止，也就是停在了左边距离B点3000的位置(图中未画出)，D8140的值为-6000。一般两相步进电机驱动器端子示意图：FREE+，FREE-：脱机信号，步进电机的没有脉冲信号输入时具有自锁功能，也就是锁住转子不动。而当有脱机信号时解除自锁功能，转子处于自由状态并且不响应步进脉冲。V+，GND：为驱动器直流电源端子，也有交流供电类型。A+，A-，B+，B-分别

4、接步进电机的两相线圈。此主题相关图片如下：此主题相关图片如下：PLC 在步进电机驱动系统中的应用一、引言步进电机是一种常用的执行元件,它可将电脉冲信号变换为转轴的角位移。由于它的总的位移量是严格等于输入的指定脉冲数,或其平均转速严格正比于输入脉冲的频率,同时在其工作频段内,可以从一种运动状态稳定地转换到另一种运动状态,因此步进电机具有能精确位移,精确定位,且无累积误差等特点,从而广泛应用于数字定位控制中。步进拖动是多元件系统,包括:输入指令脉冲的程控装置、环形分配器、功放器和执行元件步进电机。而步进电机驱动源是由环形分配器,功放器两部分组成,故步进拖动的结构图如图1 所示。输入脉冲的程控装置驱

5、动源步进电机图1 步进拖动结构图FPO 型PLC 指令丰富,执行速度快。除一般的指令功能外,它还具有高速计数功能,可高速计数脉冲数,最高频率可达到10kHz ,该功能共有四种工作方式:双相输入、加计数、减计数和加/ 减计数。同时还有两个脉冲输出口即Y0 和Y1 ,可直接输出脉冲,这样就不需要专用的脉冲控制器,而直接利用Y0和Y1 即可实现对驱动源的脉冲控制。故用FPO 型PLC 控制步进电机不仅可靠性强,编程简单,而且具有很高的性价比。二、控制步进电机的硬件设计本文以我们已设计完成的滚子球基面磨床为例。根据机床的动作要求,步进电机控制部分的硬件设计如图2 所示。输入端的编号分别为:X1 为快进

6、信号。当X1 闭合后步进电机执行粗磨进给。X2 为粗磨结束信号。该信号发出后步进电机即开始执行精磨进给。X3 为精磨结束信号。该信号发出后即表示精磨结束,开始进行光磨。X4 为尺寸到信号。收到该信号后,PLC 发出步进电机反转信号,使步进电机返回。X5 为近原点信号。当工作台移到此处时该输入点闭合,步进电机减速运行直至到原点处,将原点图5 WDT及MOV 的应用程序五、结束语影响PLC 控制系统可靠性的因素多种多样,本文从软件设计的角度提出了提高其可靠性的一些行之有效的方法。应用这些方法一般无需增加I/ O 点数或设备成本。只要我们在进行软件开发时,充分考虑到系统可能出现的故障,并设计出相应的

7、防范程序。这些故障应该说是可以避免的,控制系统的运行将更加稳定。因此,我们认为,这些设计方法是提高PLC控制系统可靠性的最经济,最实用的措施之一。图2 步进电机控制原理图到位开关X0 闭合,步进电机停转。输出端的Y0 口输出脉冲信号至驱动源,从而控制步进电机运行的速度。Y2 口输出方向控制信号,控制步进电机的正反转。三、FPO 型PLC 控制步进电机的软件设计一般地,步进电机工作均要经过四个阶段,即加速、高速运行,减速、低速运行直至停止。其脉冲频率特性如图3 所示。其中OA 段为加速阶段,速度由0 增加到fH ;AB 段为高速运行阶段;BC 段为减速运行阶段,速度由fH 减到fL ;CD 段为

8、低速运行阶段,直至到D 点停止。图3 脉冲频率特性FPO 型PLC 位控指令为F168 ,但在使用该指令之前,必须首先确定各参数值,这些参数包括步进电机的最低频率、加减速时间、最高频率以及输出脉冲数,这个过程称为建立参数表,它的格式如表1 所示。其中控制码的格式为:表1 参数表S 控制码S + 1 原始速度FminS + 2 最高速度FmaxS + 3 加速/ 减速时间S + 4S + 5 输出脉冲数S + 6 K0此处的软件设计仅以尺寸到后步进电机原点返回一段程序为例,其它部分的程序相类似。当尺寸到信号发出即X4 吸合后,步进电机需原点返回,于是按DT100 为首地址的参数区内的参数运行。当

9、运行到近原点处即X5 吸合时, 将K700000 装入高速计数器HSC 的经过值寄存器DT9044 中。按参数表设定当经过值为K700000 时电机减速,于是电机减速运行,当运行到原点压到X5 时X5 吸合,而X5 是高速计数器的硬件复位信号,于是将高速计数器HSC 复位,停止脉冲输出,电机停转,实现了步进电机的原点返回,梯形图及参数表如图4 所示。图4 控制梯形图及参数表(表1 参数表S 控制码S + 1 原始速度FminS + 2 最高速度FmaxS + 3 加速/ 减速时间S + 4S + 5 输出脉冲数S + 6 K0此处的软件设计仅以尺寸到后步进电机原点返回一段程序为例,其它部分的程

10、序相类似。当尺寸到信号发出即X4 吸合后,步进电机需原点返回,于是按DT100 为首地址的参数区内的参数运行。当运行到近原点处即X5 吸合时, 将K700000 装入高速计数器HSC 的经过值寄存器DT9044 中。按参数表设定当经过值为K700000 时电机减速,于是电机减速运行,当运行到原点压到X5 时X5 吸合,而X5 是高速计数器的硬件复位信号,于是将高速计数器HSC 复位,停止脉冲输出,电机停转,实现了步进电机的原点返回,梯形图及参数表如图4 所示。图4 控制梯形图及参数表S7-200CPU本身带有高速脉冲输出功能，特另是224XP（CN）的高速输出频率达到100kHz，十分适合作为

11、步进电机的驱动脉冲，配以细分型的驱动器，在某些应用场合，效果逼近伺服电机，取得性能和经济性的最佳平衡。 1 项目简介薄膜卷绕机需要进行自动化控制改造。原设备采用机械式计数，卷绕动力采用离合器传动，元件卷绕的起动、停止、圈数控制等均由人工操作控制，因此存在产品参数离散性大、产品质量与生产效率因人而异等不足之处。工艺要求简述：由于卷制材料是10几微米的薄膜，要求卷轴平稳起动，均匀加速，以使用张力平稳；中间在某些位置需要停顿，作一些必要的处理，再继续卷绕；和起动一样，停顿或停止时，必须均匀减速，保持张力平稳；要求最后圈数准确。2 控制系统构成S7-200PLC应该能够实现项目要求的控制功能。S7-2

12、00CPU本体已含有高速脉冲输出功能，普通型号的CPU脉冲输出频率达20KHz，而224XP（CN）更是高达100kHz，可以用来驱动步进电机或伺服电机，再由电机直接驱动卷绕主轴旋转，完成工艺所要求的动作。步进电机在成本上具有优势，但是步进电机的运转平稳性不如伺服电机，而两者的定位精度（圈数）的控制，在本工艺里都可以达到要求。我们考虑先试用步进电机的方案。步进电机的驱动，实际上是由相应的步进电机驱动器负责的，所以步进电机的相数齿数等等问题由相应的驱动器解决，选择步进电机要考虑的主要是体积、转矩、转速等，不是本文的重点；PLC向驱动器送的仅为代表速度与位置的脉冲，这里要考虑的是步进电机在规定的转

13、速下是否足够平稳，是否适合作为薄膜卷绕的动力。我们作了一个模型机进行试验，采用细分型的驱动器，在50齿的电机上达到10000步/转，经17：25齿的同步带减速传动（同时电机的振动也可衰减），结果运转很平稳，粗步确定可以达到工艺要求。于是正式试制一台，也获得成功，性能达到工艺要求，目前已经按此方案批量进行改造。CPU选择224XPCN DC/DC/DC，系统构成如下：224XP*1、步进电机*2、细分型驱动器*2、TD200*1、LED显示屏*1、编码器*1。2.1 PTO0（Q0.0）输出一路高速脉冲，负责驱动卷绕主轴的旋转；2.2 PTO1（Q0.1）输出一路高速脉冲，负责驱动主轴的水平直线

14、移动；2.3 一个正交增量型编码器装在主轴上，作为卷绕圈数的反馈；2.4 TD200作为人机界面，用于设定参数2.5 一个LED显示屏用于显示实时的卷绕圈数。在实际生产中，工人需要时时参考卷绕的进度，LED显示比LCD醒目，所以这里放置了一个自制的LED显示屏。LED屏和PLC的连接方式，可参考本人在2003年的专家论文集中的文章。3 控制系统完成的功能3.1 控制系统首先要实现的功能，是卷绕的平稳起动、加速、减速、平稳停止。在新版的S7-200中，支持高速输出口PTO0/PTO1的线性加/减速，通过MicroWin的向导程序，非常容易实现。实际上，以目前的情况，线性加减速只能使用向导生成的程

15、序，Siemens没有公开独立可使用的指令。3.2 使用位置控制向导生成以下四个子程序（仅限CPU内的PTO，不包括专用模块的情况），以PTO0为例：3.2.1 PTO0_CTRL：每周期调用一次，可以控制PTO0的行为；3.2.2 PTO0_MAN：可以控制PTO0以某一频率输出脉冲，并且可以通过程序随时中止（减速或立即中止）；3.2.3 PTO0_RUN：运行(在向导中生的)包络，以预定的速度输出确定个数的脉冲，也可以通过程序随时时中止（减速或立即中止）。3.2.4 PTO0_LDPOS：装载位置用，本例使用相对位置，所以不必装载。本例的工艺要求，输出脉冲数可变（圈数可设定），又要在工艺允

16、许的情况下尽可能地按指定的速度运行，也要随时能够减速停止，包括人工手动的停车要求。直接使用PTO0_MAN和PTO0_RUN都无法直接满足要求，以下来研究配合辅助手段如何实现。3.3 精确的位置（圈数）控制3.3.1 PTO0_RUN + 中断卷绕定位与圈数控制，达到0.1圈以内的精度即可，以10000步/转的细分驱动器，0.1圈相当于1000脉冲。假使PTO正以最高100kHz速度输出脉冲，以1ms的时间响应中断，脉冲的误差约为100个，所以从理论上说，中断方式把脉冲误差控制在1000个以下完全可以。如何实现？我们来看下面一个PTO0_MAN指令执行的示意图：有恒速阶段无恒速阶段当PTO0_

17、MAN指令RUN=1允许脉冲输出时，脉冲序列从最低速（起始速度，本例设为100p/s，很小，可以认为0）线性加速，加到指定速度speed后保持匀速，当收到减速停止RUN=0命令时，线性减速，至最低速后停止。所以，我们只要在脉冲输出前计算出停止指令执行的位置，并在此位置设置中断以便执行减速停止指令，就可保证输出的序列脉冲个数在要求的误差范围内。计算过程：本例加速和减速的斜率是相同的，比较简单，如果两个斜率不同，计算稍麻烦一点，原理差不多。3.3.1.1 用向导生成一个最高速单速包络，从生成的PTO0_DATA中找出加速和减速脉冲数（可以参考3.3.2节的描述），如果加减速斜率相同，这两个数应该是

18、一样的，由于计算精度的关系，差几个脉冲也属正常。这个数据在程序中可以作为常数使用。3.3.1.2 如果目标脉冲数大于加速和减速脉冲数之和，表示脉冲输出可以加速到最高速，有恒速阶段，那么中断位置=目标脉冲数-减速脉冲数；3.3.1.3 如果目标脉冲数不大于加速和减速脉冲数之和，无恒速阶段，包络变成一个等腰三角形（两边斜率相同的情况），那么中断位置=目标脉冲数/2。3.3.1.4 更进一步，水平恒速的速度可变，就象本案的情况，卷绕速度是可设定的，而且这个速度受机械/电机最高限速、薄膜最高线速的限制，取三者中的最小值，然后才能确定加速到该速度所需的脉冲数，通过简单的数学计算即可获得。3.3.2 PT

19、O0_RUN + 修改包络参数段0：加速段，加速脉冲数在VD1033段1：恒速段，恒速脉冲数在VD1043段2：减速段，减速脉冲数在VD1063段3：最终减速脉冲数，VD1063。依我的经验看，这个最终减速脉冲数始终为1。在向导中，只能生成有限的包络，如果目标脉冲数任意的，我们只好修改包络里面的数据了。加速段和减速段的脉冲数不方便改，因为线性加减速的指令并不清楚，所以只好修改恒速段的脉冲数。实践证明，修改恒速段的脉冲数，可以非常容易且准确地控制输出脉冲数。唯一的限制是，总的脉冲数，必须大于加减速段+最终减速段脉冲数之和，也即恒速段的脉冲不能小于1。使用步骤：3.3.2.1 在启动PTO0_RU

20、N之前，计算出恒速段的脉冲数=目标脉数数-加减速脉冲数之和-1，填入包络表中的恒速位置；3.3.2.2 启动PTO0_RUN。3.4 在本项目的设备改造中，主轴卷绕的圈数、中间起停点的变化范围大，使用“PTO0_RUN + 中断”，安排在Q0.0输出；中断是由高速计数器触发的，所以在Q0.0的向导中使能HC0为作脉冲输出内部反馈，在启动PTO0前使能12#中断“HSC0 CV=PV”，中断程序样例如下：LD SM0.0R M20.4, 1CALL PTO0_MAN, M20.4, PTO0_V, VB290, VD292DTCH 12主轴的水平直线运动，行程比较固定，调节范围小，使用“PTO1_RUN + 修改包络参数”，安排在Q0.1。4 体会S7-200是一款是非常优秀的微型控制器，许多功能进行深入研究之后可以做到灵活应用，拓宽其在小型控制领域的应用范围，同时保持较低的应用成本。