王宗偉

摘要：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移的執(zhí)行元件，通過控制脈沖的個(gè)數(shù)及頻率來實(shí)現(xiàn)位移和速度的控制。本文基于一個(gè)實(shí)際應(yīng)用案例，利用了西門子S7-200 PLC提供的高速脈沖輸出功能，逐步逐項(xiàng)的設(shè)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度和位置的控制。

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電動(dòng)機(jī);西門子S7-200 PLC;高速脈沖;實(shí)際應(yīng)用

0? 引言

西門子S7-200 PLC提供高速脈沖輸出功能，由Q0.0或Q0.1輸出端產(chǎn)生高速脈沖，用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等負(fù)載，實(shí)現(xiàn)速度和位置的控制。

高速脈沖輸出形式常用的有兩種，一是脈寬調(diào)制（PWM），輸出周期一定，占空比可調(diào)的高速脈沖串;一是脈沖串輸出（PTO），輸出周期可調(diào)，占空比為50%的脈沖串，如圖1所示，兩種均內(nèi)置于PLC中，此外還可以采用附加的EM253位控模塊。

1? 應(yīng)用案例

本論文基于西門子S7-200 PLC的高速脈沖輸出功能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其中PLC的型號(hào)是CPU224DC/DC/DC，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器使用雷賽M535，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)參數(shù)為1.8°/2.8A，要求實(shí)現(xiàn)以下功能：

①完成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度控制，運(yùn)行速度為500r/min。

②完成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制。

③完成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)增量位置控制。要求向正方向以增量方式運(yùn)行1轉(zhuǎn)。

2? 設(shè)計(jì)流程

2.1 繪制電氣原理圖，完成I/O地址分配。

根據(jù)控制要求，繪制電氣原理圖如圖2，I/O地址分配如表1。

其中：①驅(qū)動(dòng)器PUL接口為脈沖信號(hào)接口，驅(qū)動(dòng)器接收到脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)的角位移。脈沖上升沿有效，PUL-高電平時(shí)4～5V，低電平時(shí)0～0.5V。為了可靠響應(yīng)脈沖信號(hào)，脈沖寬度應(yīng)大于1.2μs。如采用+12V或+24V時(shí)需串電阻，本文中串聯(lián)了3kΩ的電阻。

②驅(qū)動(dòng)器DIR接口為方向信號(hào)接口，高/低電平信號(hào)，為保證電機(jī)可靠換向，方向信號(hào)應(yīng)先于脈沖信號(hào)至少5μs建立。電機(jī)的初始運(yùn)行方向與電機(jī)的接線有關(guān)，互換任一相繞組（如A+、A-交換）可以改變電機(jī)初始運(yùn)行的方向，DIR-高電平時(shí)4～5V，低電平時(shí)0～0.5V。

③驅(qū)動(dòng)器ENA接口為使能信號(hào)，此輸入信號(hào)用于使能或禁止。ENA+接+5V，ENA-接低電平（或內(nèi)部光耦導(dǎo)通）時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將切斷電機(jī)各相的電流使電機(jī)處于自由狀態(tài)，此時(shí)步進(jìn)脈沖不被響應(yīng)。當(dāng)不需用此功能時(shí)，使能信號(hào)端懸空即可。

④驅(qū)動(dòng)器提供了電流及細(xì)分功能的設(shè)置功能，可根據(jù)實(shí)際需要完成設(shè)置。本文中所有數(shù)據(jù)均基于電流及細(xì)分設(shè)置之后計(jì)算得出。

2.2 程序設(shè)計(jì)

2.2.1 實(shí)現(xiàn)方法

①使用STEP7-Micro/Win提供的PTO/PWM向?qū)Чδ?，生成若干個(gè)子程序，在主程序中通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)速度和位置的控制，如圖3所示。

②使用S7-200 PLC本體的脈沖輸出指令集MAP指令庫，其中提供了兩個(gè)庫指令“MAP SERV Q0.0”和“MAP SERV Q0.1”，分別用于Q0.0和Q0.1的脈沖輸出控制。（圖4）

2.2.2 程序及注釋

3? 結(jié)語

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于其沒有累計(jì)誤差，精度較高，被廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化控制中。本文正是使用MAP脈沖輸出庫指令的方法，實(shí)現(xiàn)了西門子S7-200 PLC對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度和位置的控制。該方法清晰實(shí)用，有很好的借鑒價(jià)值。

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