plc控制步進電機程序

1、plc控制步進電機程序·采用絕對位置控制指令(DRVA)，大致闡述FX1S控制步進電機的方法。由于水平有限，本實例采用非專業(yè)述語論述，請勿引用。·FX系列PLC單元能同時輸出兩組100KHZ脈沖，是低成本控制伺服與步進電機的較好選擇！·PLS+，PLS-為步進驅動器的脈沖信號端子，DIR+，DIR-為步進驅動器的方向信號端子。·所謂絕對位置控制(DRVA),就是指定要走到距離原點的位置，原點位置數據存放于32位寄存器D8140里。當機械位于我們設定的原點位置時用程序把D8140的值清零，也就確定了原點的位置。·實例動作方式：X0閉合動作到A點停

2、止，X1閉合動作到B點停止，接線圖與動作位置示例如左圖(距離用脈沖數表示)。·程序如下圖：(此程序只為說明用，實用需改善。)·說明：·在原點時將D8140的值清零(本程序中沒有做此功能)·32位寄存器D8140是存放Y0的輸出脈沖數，正轉時增加，反轉時減少。當正轉動作到A點時，D8140的值是3000。此時閉合X1，機械反轉動作到B點，也就是-3000的位置。D8140的值就是-3000。·當機械從A點向B點動作過程中，X1斷開(如在C點斷開)則D8140的值就是200，此時再閉合X0，機械正轉動作到A點停止。·當機械停在A點時，再閉

3、合X0，因為機械已經在距離原點3000的位置上，故而機械沒有動作！ ·把程序中的絕對位置指令(DRVA)換成相對位置指令(DRVI)：·當機械在B點時(假設此時D8140的值是-3000)閉合X0，則機械正轉3000個脈沖停止，也就是停在了原點。D8140的值為0·當機械在B點時(假設此時D8140的值是-3000)閉合X1，則機械反轉3000個脈沖停止，也就是停在了左邊距離B點3000的位置(圖中未畫出)，D8140的值為-6000。·一般兩相步進電機驅動器端子示意圖：·FREE+，FREE-：脫機信號，步進電機的沒有脈沖信號輸入時具有自鎖功

4、能，也就是鎖住轉子不動。而當有脫機信號時解除自鎖功能，轉子處于自由狀態(tài)并且不響應步進脈沖。·V+，GND：為驅動器直流電源端子，也有交流供電類型。·A+，A-，B+，B-分別接步進電機的兩相線圈。此主題相關圖片如下：此主題相關圖片如下：PLC 在步進電機驅動系統(tǒng)中的應用一、引言步進電機是一種常用的執(zhí)行元件,它可將電脈沖信號變換為轉軸的角位移。由于它的總的位移量是嚴格等于輸入的指定脈沖數,或其平均轉速嚴格正比于輸入脈沖的頻率,同時在其工作頻段內,可以從一種運動狀態(tài)穩(wěn)定地轉換到另一種運動狀態(tài),因此步進電機具有能精確位移,精確定位,且無累積誤差等特點,從而廣泛應用于數字定位控制中

5、。步進拖動是多元件系統(tǒng),包括:輸入指令脈沖的程控裝置、環(huán)形分配器、功放器和執(zhí)行元件步進電機。而步進電機驅動源是由環(huán)形分配器,功放器兩部分組成,故步進拖動的結構圖如圖1 所示。輸入脈沖的程控裝置驅動源步進電機圖1 步進拖動結構圖FPO 型PLC 指令豐富,執(zhí)行速度快。除一般的指令功能外,它還具有高速計數功能,可高速計數脈沖數,最高頻率可達到10kHz ,該功能共有四種工作方式:雙相輸入、加計數、減計數和加/ 減計數。同時還有兩個脈沖輸出口即Y0 和Y1 ,可直接輸出脈沖,這樣就不需要專用的脈沖控制器,而直接利用Y0和Y1 即可實現對驅動源的脈沖控制。故用FPO 型PLC 控制步進電機不僅可靠性強

6、,編程簡單,而且具有很高的性價比。二、控制步進電機的硬件設計本文以我們已設計完成的滾子球基面磨床為例。根據機床的動作要求,步進電機控制部分的硬件設計如圖2 所示。輸入端的編號分別為:X1 為快進信號。當X1 閉合后步進電機執(zhí)行粗磨進給。X2 為粗磨結束信號。該信號發(fā)出后步進電機即開始執(zhí)行精磨進給。X3 為精磨結束信號。該信號發(fā)出后即表示精磨結束,開始進行光磨。X4 為尺寸到信號。收到該信號后,PLC 發(fā)出步進電機反轉信號,使步進電機返回。X5 為近原點信號。當工作臺移到此處時該輸入點閉合,步進電機減速運行直至到原點處,將原點圖5 WDT及MOV 的應用程序五、結束語影響PLC 控制系統(tǒng)可靠性的

7、因素多種多樣,本文從軟件設計的角度提出了提高其可靠性的一些行之有效的方法。應用這些方法一般無需增加I/ O 點數或設備成本。只要我們在進行軟件開發(fā)時,充分考慮到系統(tǒng)可能出現的故障,并設計出相應的防范程序。這些故障應該說是可以避免的,控制系統(tǒng)的運行將更加穩(wěn)定。因此,我們認為,這些設計方法是提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的最經濟,最實用的措施之一。圖2 步進電機控制原理圖到位開關X0 閉合,步進電機停轉。輸出端的Y0 口輸出脈沖信號至驅動源,從而控制步進電機運行的速度。Y2 口輸出方向控制信號,控制步進電機的正反轉。三、FPO 型PLC 控制步進電機的軟件設計一般地,步進電機工作均要經過四個階段,即加速

8、、高速運行,減速、低速運行直至停止。其脈沖頻率特性如圖3 所示。其中OA 段為加速階段,速度由0 增加到fH ;AB 段為高速運行階段;BC 段為減速運行階段,速度由fH 減到fL ;CD 段為低速運行階段,直至到D 點停止。圖3 脈沖頻率特性FPO 型PLC 位控指令為F168 ,但在使用該指令之前,必須首先確定各參數值,這些參數包括步進電機的最低頻率、加減速時間、最高頻率以及輸出脈沖數,這個過程稱為建立參數表,它的格式如表1 所示。其中控制碼的格式為:表1 參數表S 控制碼S + 1 原始速度FminS + 2 最高速度FmaxS + 3 加速/ 減速時間S + 4S + 5 輸出脈沖數S

9、 + 6 K0此處的軟件設計僅以尺寸到后步進電機原點返回一段程序為例,其它部分的程序相類似。當尺寸到信號發(fā)出即X4 吸合后,步進電機需原點返回,于是按DT100 為首地址的參數區(qū)內的參數運行。當運行到近原點處即X5 吸合時, 將K700000 裝入高速計數器HSC 的經過值寄存器DT9044 中。按參數表設定當經過值為K700000 時電機減速,于是電機減速運行,當運行到原點壓到X5 時X5 吸合,而X5 是高速計數器的硬件復位信號,于是將高速計數器HSC 復位,停止脈沖輸出,電機停轉,實現了步進電機的原點返回,梯形圖及參數表如圖4 所示。圖4 控制梯形圖及參數表(表1 參數表S 控制碼S +

10、 1 原始速度FminS + 2 最高速度FmaxS + 3 加速/ 減速時間S + 4S + 5 輸出脈沖數S + 6 K0此處的軟件設計僅以尺寸到后步進電機原點返回一段程序為例,其它部分的程序相類似。當尺寸到信號發(fā)出即X4 吸合后,步進電機需原點返回,于是按DT100 為首地址的參數區(qū)內的參數運行。當運行到近原點處即X5 吸合時, 將K700000 裝入高速計數器HSC 的經過值寄存器DT9044 中。按參數表設定當經過值為K700000 時電機減速,于是電機減速運行,當運行到原點壓到X5 時X5 吸合,而X5 是高速計數器的硬件復位信號,于是將高速計數器HSC 復位,停止脈沖輸出,電機停

11、轉,實現了步進電機的原點返回,梯形圖及參數表如圖4 所示。圖4 控制梯形圖及參數表S7-200CPU本身帶有高速脈沖輸出功能，特另是224XP（CN）的高速輸出頻率達到100kHz，十分適合作為步進電機的驅動脈沖，配以細分型的驅動器，在某些應用場合，效果逼近伺服電機，取得性能和經濟性的最佳平衡。 1 項目簡介薄膜卷繞機需要進行自動化控制改造。原設備采用機械式計數，卷繞動力采用離合器傳動，元件卷繞的起動、停止、圈數控制等均由人工操作控制，因此存在產品參數離散性大、產品質量與生產效率因人而異等不足之處。工藝要求簡述：由于卷制材料是10幾微米的薄膜，要求卷軸平穩(wěn)起動，均勻加速，以使用張力平穩(wěn)；中間在

12、某些位置需要停頓，作一些必要的處理，再繼續(xù)卷繞；和起動一樣，停頓或停止時，必須均勻減速，保持張力平穩(wěn)；要求最后圈數準確。2 控制系統(tǒng)構成S7-200PLC應該能夠實現項目要求的控制功能。S7-200CPU本體已含有高速脈沖輸出功能，普通型號的CPU脈沖輸出頻率達20KHz，而224XP（CN）更是高達100kHz，可以用來驅動步進電機或伺服電機，再由電機直接驅動卷繞主軸旋轉，完成工藝所要求的動作。步進電機在成本上具有優(yōu)勢，但是步進電機的運轉平穩(wěn)性不如伺服電機，而兩者的定位精度（圈數）的控制，在本工藝里都可以達到要求。我們考慮先試用步進電機的方案。步進電機的驅動，實際上是由相應的步進電機驅動器負

13、責的，所以步進電機的相數齒數等等問題由相應的驅動器解決，選擇步進電機要考慮的主要是體積、轉矩、轉速等，不是本文的重點；PLC向驅動器送的僅為代表速度與位置的脈沖，這里要考慮的是步進電機在規(guī)定的轉速下是否足夠平穩(wěn)，是否適合作為薄膜卷繞的動力。我們作了一個模型機進行試驗，采用細分型的驅動器，在50齒的電機上達到10000步/轉，經17：25齒的同步帶減速傳動（同時電機的振動也可衰減），結果運轉很平穩(wěn)，粗步確定可以達到工藝要求。于是正式試制一臺，也獲得成功，性能達到工藝要求，目前已經按此方案批量進行改造。CPU選擇224XPCN DC/DC/DC，系統(tǒng)構成如下：224XP*1、步進電機*2、細分型驅

14、動器*2、TD200*1、LED顯示屏*1、編碼器*1。2.1 PTO0（Q0.0）輸出一路高速脈沖，負責驅動卷繞主軸的旋轉；2.2 PTO1（Q0.1）輸出一路高速脈沖，負責驅動主軸的水平直線移動；2.3 一個正交增量型編碼器裝在主軸上，作為卷繞圈數的反饋；2.4 TD200作為人機界面，用于設定參數2.5 一個LED顯示屏用于顯示實時的卷繞圈數。在實際生產中，工人需要時時參考卷繞的進度，LED顯示比LCD醒目，所以這里放置了一個自制的LED顯示屏。LED屏和PLC的連接方式，可參考本人在2003年的專家論文集中的文章。3 控制系統(tǒng)完成的功能3.1 控制系統(tǒng)首先要實現的功能，是卷繞的平穩(wěn)起動

15、、加速、減速、平穩(wěn)停止。在新版的S7-200中，支持高速輸出口PTO0/PTO1的線性加/減速，通過MicroWin的向導程序，非常容易實現。實際上，以目前的情況，線性加減速只能使用向導生成的程序，Siemens沒有公開獨立可使用的指令。3.2 使用位置控制向導生成以下四個子程序（僅限CPU內的PTO，不包括專用模塊的情況），以PTO0為例：3.2.1 PTO0_CTRL：每周期調用一次，可以控制PTO0的行為；3.2.2 PTO0_MAN：可以控制PTO0以某一頻率輸出脈沖，并且可以通過程序隨時中止（減速或立即中止）；3.2.3 PTO0_RUN：運行(在向導中生的)包絡，以預定的速度輸出確

16、定個數的脈沖，也可以通過程序隨時時中止（減速或立即中止）。3.2.4 PTO0_LDPOS：裝載位置用，本例使用相對位置，所以不必裝載。本例的工藝要求，輸出脈沖數可變（圈數可設定），又要在工藝允許的情況下盡可能地按指定的速度運行，也要隨時能夠減速停止，包括人工手動的停車要求。直接使用PTO0_MAN和PTO0_RUN都無法直接滿足要求，以下來研究配合輔助手段如何實現。3.3 精確的位置（圈數）控制3.3.1 PTO0_RUN + 中斷卷繞定位與圈數控制，達到0.1圈以內的精度即可，以10000步/轉的細分驅動器，0.1圈相當于1000脈沖。假使PTO正以最高100kHz速度輸出脈沖，以1ms的

17、時間響應中斷，脈沖的誤差約為100個，所以從理論上說，中斷方式把脈沖誤差控制在1000個以下完全可以。如何實現？我們來看下面一個PTO0_MAN指令執(zhí)行的示意圖：有恒速階段無恒速階段當PTO0_MAN指令RUN=1允許脈沖輸出時，脈沖序列從最低速（起始速度，本例設為100p/s，很小，可以認為0）線性加速，加到指定速度speed后保持勻速，當收到減速停止RUN=0命令時，線性減速，至最低速后停止。所以，我們只要在脈沖輸出前計算出停止指令執(zhí)行的位置，并在此位置設置中斷以便執(zhí)行減速停止指令，就可保證輸出的序列脈沖個數在要求的誤差范圍內。計算過程：本例加速和減速的斜率是相同的，比較簡單，如果兩個斜率

18、不同，計算稍麻煩一點，原理差不多。3.3.1.1 用向導生成一個最高速單速包絡，從生成的PTO0_DATA中找出加速和減速脈沖數（可以參考3.3.2節(jié)的描述），如果加減速斜率相同，這兩個數應該是一樣的，由于計算精度的關系，差幾個脈沖也屬正常。這個數據在程序中可以作為常數使用。3.3.1.2 如果目標脈沖數大于加速和減速脈沖數之和，表示脈沖輸出可以加速到最高速，有恒速階段，那么中斷位置=目標脈沖數-減速脈沖數；3.3.1.3 如果目標脈沖數不大于加速和減速脈沖數之和，無恒速階段，包絡變成一個等腰三角形（兩邊斜率相同的情況），那么中斷位置=目標脈沖數/2。3.3.1.4 更進一步，水平恒速的速度可變，就象本案的情況，卷繞速度是可設定的，而且這個速度受機械/電機最高限速、薄膜最高線速的限制，取三者中的最小值，然后才能確定加速到該速度所需的脈沖數，通過簡單的數學計算即可獲得。3.3.2 PTO0_RUN + 修改包絡參數段0：加速段，加速脈沖數在VD1033段1：恒速段，恒速脈沖數在VD1043段2：減速段，減速脈沖數在VD1063段3：最終減速脈沖數，VD1063