plc步进电机控制方法攻略程序+图纸.docx

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plc步进电机控制方法攻略程序+图纸

PLC控制步进电机应用实例

基于PLC的步进电机运动控制

一、步进电机工作原理

1.步进电机简介

     步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

通俗一点讲：

当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

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

2.步进电机的运转原理及结构

     电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。

0、1/3て、2/3て,即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A‘与齿5相对齐，（A‘就是A，齿5就是齿1）

3.旋转

     如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力，以下均同）。

如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。

如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。

如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て

     这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。

如按A，C，B，A……通电，电机就反转。

由此可见：

电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。

而方向由导电顺序决定。

步进电机的静态指标术语

     拍数：

完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：

对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。

θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。

四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。

4.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PLC、单片机、运动板卡等等。

     2）运转量与脉冲数的比例关系

二、西门子S7-200CPU224XPCN

     本机集成14输入/10输出共14个数字量I/O点。

2输入/1输出3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。

22K字节程序和数据存储空间，6个独立的30KHz高速计数器，2个独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器。

1个RS458通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由通讯能力。

I/O端子排可很容易地整体拆卸。

是具有较强能力的控制器。

三、三相异步电动机DF3A驱动器

1.产品特点

     可靠性高:

数字技术和单片机的应用,使得驱动器线路简单可靠;合理的结构设计，使得整机结构紧凑、防护性能好；短路、过流、超温、欠压保护线路提供全面、可靠的保护、大大提高了步进驱动器的可靠性。

低速性能好：

引入单片机进行软环分及矢量细分，实现1:

1平滑细分及5、10、20倍矢量细分，使得步进电机低速运行平稳，避免振荡及失步。

矢量细分技术的应用，使得与μm级位置控制器配套的步进系统输出精度接近μm级。

高速性能优：

输入信号频率不大于250kHz（20细分时），输出电流频率可达15kHｚ。

由于采用单高压（300V）恒流斩波，高速特性好，驱动步进电机空载运行最高速不低于7.0mm/min适用面广：

输出电流3A～10A可调，可驱动90BF、110BF、130BF步进电机，输出转矩2N•m～25N•m。

2.主要技术参数

四、PLC与步进电机驱动器接口原理图

五、PLC控制实例的流程图及梯形图

1.控制要求

     1）要求点机能正反转

     2）电机有高低速两档

     3）电机位移和距离有两档

     4）要求说明用PLS原理

     5）所有换挡均需要在电机停止时进行

2.流程图

3.梯形图

上面的“PLC与步进电机驱动器接口原理图”太大显示不全，下面是缩小版的！

步进电机的定位控制

plc输出的集成脉冲可通过步进电机进行定位控制。

关于定位控制，调节和控制操作之间存在一些区别。

步进电机不需要连续的位置控制，而在控制操作中得到应用。

在以下的程序例子中，借助于cpu214所产生的集成脉冲输出，通过步进电机来实现相对的位置控制。

虽然这种类型的定位控制不需要参考点，本例还是粗略地描述了确定参考点的简单步骤。

因为实际上它总是相对一根轴确定一个固定的参考点，因此，用户借助于一个输入字节的对偶码（dualcoding）给cpu指定定位角度。

用户程序根据该码计算出所需的定位步数，再由cpu输出相关个数的控制脉冲。

1、系统结构

如图1所示：

                      图1系统结构 

2、硬件配置

如表1所示：

3、软件结构

3.1plc的输入信号与输出信号

plc的部分输入信号与输出信号，以及标志位如表2所示。

 3.2系统软件设计

plc的程序框图如图2所示。

3.3初始化

在程序的第一个扫描周期（sm0.1=1），初始化重要参数。

选择旋转方向和解除联锁。

3.4设置和取消参考点

如果还没有确定参考点，那么参考点曲线应从按“start”按扭（i1.0）开始。

cpu有可能输出最大数量的控制脉冲。

在所需的参考点，按“设置/取消参考点”开关（i1.4）后，首先调用停止电机的子程序。

然后，将参考点标志位m0.3置成1，再把新的操作模式“定位控制激活”显示在输出端q1.0。

如果i1.4的开关已激活，而且“定位控制”也被激活（m0.3=1），则切换到“参考点曲线”参考点曲线。

在子程序1中，将m0.3置成0，并取消“定位控制激活”的显示（q1.0=0）。

此外，控制还为输出最大数量的控制脉冲做准备。

当再次激活i1.4开关，便在两个模式之间切换。

如果此信号产生，同时电机在运转，那么电机就自动停止。

实际上，一个与驱动器连接的参考点开关将代替手动操作切换开关的使用，所以，参考点标志能解决模式切换。

3.5定位控制

如果确定了一个参考点（m0.3=1）而且没有联锁，那么就执行相对的定位控制。

在子程序2中，控制器从输入字节ibo读出对偶码方式的定位角度后，再存入字节mb11。

与此角度有关的脉冲数，根据下面的公式计算:

n=φ/360°×s

式中:

n-控制脉冲数

φ-旋转角度

s-每转所需的步数

该程序所使用的步进电机采用半步操作方式（s=1000）。

在子程序3中循环计算步数，如果现在按“start”按钮（i1.0），cpu将从输出端q0.0输出所计算的控制脉冲个数，而且电机将根据相应的步数来转动，并在内部将“电机转动”的标志位m0.1置成1。

在完整的脉冲输出之后，执行中断程序0，此程序将m0.1置成0，以便能够再次起动电机。

3.6停止电机

按“stop”（停止）按扭（i1.1），可在任何时候停止电机。

执行子程序0中与此有关的指令。

4、程序和注释

//标题:

用脉冲输出进行定位控制

//主程序

ldsm0.1            //仅首次扫描周期sm0.1才为1。

rm0.0，128     //md0至md12复位

atch0，19       //把中断程序0分配给中断事件19（脉冲串终止）

eni                    //允许中断

//脉冲输出功能的初始化

movw500，smw68     //脉冲周期t=500us

movw0,smw70           //脉冲宽度为0（脉冲调制）

movd429496700，smd72     //为参考点设定的最大脉冲数

//设置逆时针旋转

ldnm0.1         //若电机停止

ai1.5              //且旋转方向开关=1

sq0.2，1       //则逆时针旋转（q0.2=1）

//设置顺时针旋转

ldnm0.1        //若电机停止

ani1.5           //且旋转方向开关=0

rq0.2，1      //则逆时针旋转（q0.2=0）

//联锁

ldi1.1           //若按“stop”（停止）按钮

sm0.2，1    //则激活联锁（m0.2=1）

//解除联锁

ldni1.1        //若“start”（启动）按钮松开

ani1.0         //且“stop”（停止）按钮松开

rm0.2，1    //则解除联锁（m0.2=0）     

 //确定操作模式（参考点定位控制）

ldi1.4     //若按“设置/取消参考点”按钮

eu            //上升沿

call1       //则调用子程序1

//启动电机

ldi1.0                       //若按“start”（启动）按钮

eu                            //上升沿

anm0.1                  //且电机停止

anm0.2                    //且无联锁

ad≥smd72，1     //且步数≥1，则

movb16#85，smb67          //置脉冲输出功能（pto）的控制位

pls0                              //启动脉冲输出（q0.0）

sm0.1，1                //“电机运行”标志位置位（m0.1=1）

//定位控制

ldm0.3               //若已激活“定位控制”操作模式

anm0.1                //且电机停止

call2                 //则调用子程序2

//停止电机

ldi1.1                     //若按“stop”（停止）按钮

eu                     //上升沿

am0.1                 //且电机运行，则

call0                 //则调用子程序0

mend                 //主程序结束

//子程序1

sbr0                            //子程序0停止电机

movb16#cb，smb67              //激活脉宽调制

pls0                           //停止输出脉冲到q0.0

rm0.1，1                 //“电机运行”标志位复位（m0.1=0）

ret                           //子程序0结束

sbr1                    //子程序1，“确定操作模式”

ldm0.1                 //若电机运行

call0                    //则调用子程序0，停止电机

//申请“参考点曲线”

ldm0.3                     //若已激活“定位控制”，则

rm0.3，1               //参考点标志位;复位（m0.3=0）

rq1.0，1              //取消“定位控制激活”信息（q1.0=0）

movd429496700，smd72             //为新的“参考点曲线”设定最大的脉冲数。

cret                   //条件返回到主程序。

//申请“定位控制”

ldnm0.3             //若未设置参考点（m0.3=0），则

sm0.3，1            //参考点标志位置位（m0.3=1）

sq1.0，1           //输出“定位控制激活”信息（q1.0=1）

ret                       //子程序1结束

//子程序2

sbr2               //子程序2，“定位控制”

movbib0，mb11                   //把定位角度从ibo拷到md8的最低有效字节mb11。

rm8.0，24                          //mb8至mb10清零

div9，md8                           //角度/9=q1+r1

movwmw8，mw14            //把r1存入md12

mul25，md8                     //q1×25→md8

mul25，md12

div9，md12                     //r1×25／9=q2+r2

call3

//在子程序3中循环步数

movw0，mw12                  //删除r2

+dmd12，md8                     //把步数写入md8

movdmd8，smd72                     //把步数传到smd72

ret                            //子程序2结束

//子程序3

sbr3                       //子程序3，“循环步数”

ldw≥mw12，5          //如果r2≥5／9，则

incwmw14               //步数增加1。

ret

//子程序3结束

//中断程序0，“脉冲输出终止”

int0              //中断程序0

rm0.1，1               //“电机运行”标志位复位（m0.1=0）

ret                   //子程序0结束

                                                                          基于PLC的步进电机的开环控制系统设计

一、控制要求：

⑴能够实现步进电机的起动和停止、正转和反转及改变转速。

⑵能够实现步进电机的单四拍、双四拍、单双八拍运行。

⑶当按下按钮SB1时，步进电机以单四拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；

当按下按钮SB2时，步进电机以单四拍方式和500MS/步的频率逆时针方向运行30步后停止；

当按下按钮SB3时，步进电机以双四拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；

当按下按钮SB4时，步进电机以双四拍方式和500MS/步的频率和逆时针方向运行30步后停止；

当按下按钮SB5时，步进电机以单双八拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；

当按下按钮SB6时，步进电机以单双八拍方式和500MS/步的频率逆时针方向运行30步后停止；

任何时刻按下按钮SB7，步进电机停止。

二、设计方案论证及电路图（PLC的输入输出接线图、编程元件地址分配表、硬件组态、控制程序）

2.1PLC的输入输出接线图：

                                                                  附图一控制两相步进电动机正反转控制线路接线图

2.2编程元件地址分配表：

                                                                                  PlC编程元件的地址分配及相应符号表

2.3硬件组态：

                                                                                              PLC硬件组态表：

2.4控制程序：

                                                                      ※线性化控制程序（双四拍）：

以上为线性化编程，有些朋友喜欢结构化编程，这里再给出结构化编程:

                                                                               ②结构化化控制程序（单四拍）：

※结构化化控制程序（单四拍）：

                                                                                             @FC1输出符号表

                                                                                                  @FC1输入符号表

★结构化OB1主控制程序：

★结构化FC1分控制程序：

以上即为结构化化控制程序。

　　利用松下FP1可编程序控制器可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便可靠地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作，加速了机电一体化的实现。

控制方法及思路：

 1、FP1的特殊功能：

（1）脉冲输出　　FP1的输出端Y7可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调节，其输出频率范围为360Hz～5kHz。

（2）高速计数器（HSC）　　FP1内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，最高计数频率为10kHz，计数范围-8388608～+8388607。

　　　　（3）输入延时滤波　　FP1的输入端采用输入延时滤波，可防止因开关机械抖动带来的不可靠性，其延时时间可根据需要进行调节，调节范围为1ms～128ms。

　　（4）中断功能　　FP1的中断有两种类型，一种是外部硬中断，一种是内部定时中断。

2、步进电机的速度控制：

 FP1有一条SPD0指令，该指令配合HSC和Y7的脉冲输出功能可实现速度及位置控制。

速度控制梯形图见图1，控制方式参数见图2，脉冲输出频率设定曲线见图3，梯形图程序见图4。

电气原理图如下：

　　3、控制系统的程序运行　　

　　　　关于此控制系统的接线：

plc的Y7输出的脉冲作为步进电机的时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，控制步进电机运转。

同时Y7接至PLC的输入接点X0，并经X0送至PLC内部的HSC。

HSC计数Y7的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使Y7的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较准确的位置控制。

实现这一控制的梯形图及外部接线图分别见图4、图5。

　　控制系统的运行程序：

第一句是将DT9044和DT9045清零，即为HSC进行计数做准备；第二句～第五句是建立参数表，参数存放在以DT20为首地址的数据寄存器区；最后一句是启动SPD0指令，执行到这句则从DT20开始取出设定的参数并完成相应的控制要求。

        由第一句可知第一个参数是K0，是PULSE方式的特征值，由此规定了输出方式。

第二个参数是K70，对应脉冲频率为500Hz，于是Y7发出频率为500Hz的脉冲。

第三个参数是K1000，即按此频率发1000个脉冲后则切换到下一个频率。

而下一个频率即最后一个参数是K0，所以当执行到这一步时脉冲停止，于是电机停转。

故当运行此程序时即可使步进电机按照规定的速度、预定的转数驱动控制对象，使之达到预定位置后自动停止。

一台很小的简单设备利用无锡信捷的XC5-24MT加文本显示屏OP320A控制两台设备四台步进电机的正反转步进电机选用的是常州合泰的步进电机及驱动器（电机：

28BYGH501驱动器BQM201M 另一个要求比较精确的驱动器采用金坛四海的 SH2034D驱动器）加脚踏开关、电磁铁等。

设备动作两台步进同时转同时停（步进1正转2圈步进2反转0.5圈）然后电磁铁动作然后两台步进同时反转回初始位置

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调用子程序换规格‘’‘’‘’‘

简单电气原理图’‘’‘’‘’‘’‘’

文本显示屏的‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘’

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S7-200PLCPTO组态步骤：

1.为S7-200PLC选择选项组态板载PTO/PWM操作。

2.选择Q0.0或Q0.1，组态作为PTO的输出。

3.从下拉对话框中选择线性脉冲串输出（PTO）。

4.若您想监视PTO产生的脉冲数目，点击复选框选择使用高速计数器。

5.在对应的编辑框中输入MAX_SPEED和SS_SPEED速度值。

6.在对应的编辑框中输入加速和减速时间。

7.在移动包络定义界面，点击新包络按钮允许定义包络。

选择所需的操作模式。

对于相对位置包络：

输入目标速度和脉冲数。

然后，您可以点击绘制步按钮，查看移动的图形描述。

若需要多个步，点击新建步按钮并按要求输入步信息。

对于单速连续转动：

在编辑框中输入单速值。

若您想终止单速连续转动，点击子程序编程复选框，并输入停止事件后的移动脉冲数。

8.根据移动的需要，您可以定义多个包络和多个步。

9.选择完成结束向导。

此程序PLC的Y0Y1Y2输出的脉冲直接接到，功率放大器脉冲的输入端，功率放大器的输出接步进电机。

          关于PLC控制步进机的设计考虑

       上面各网友对步进机的工作原理及如何用PLC控制步进机前进、后退、启停及变速运行等做了详