S7系列PLC電氣控制設計與應用第1講 S7-200對步進電機的控制

浙江工商職業(yè)技術學院 李方園

1 運動控制的基本架構

運動控制在機器人和數(shù)控機床領域內(nèi)的應用要比在專用機器中的應用更復雜，因為后者運動形式更簡單，通常被稱為通用運動控制。運動控制被廣泛應用在包裝、印刷、紡織和裝配工業(yè)中。

一個運動控制系統(tǒng)的基本架構組成包括（如圖1所示）：

（1） 一個運動控制器（如PLC）用以生成軌跡點（期望輸出）和閉合位置反饋環(huán)。許多控制器也可以在內(nèi)部閉合一個速度環(huán)。

（2）一個驅(qū)動或放大器用（如伺服控制器和步進控制器）以將來自運動控制器的控制信號（通常是速度或扭矩信號）轉(zhuǎn)換為更高功率的電流或電壓信號。更為先進的智能化驅(qū)動可以自身閉合位置環(huán)和速度環(huán)，以獲得更精確的控制。

（3）一個執(zhí)行器如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機或電機用以輸出運動。

(4) 一個反饋傳感器如光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器或霍爾效應設備等用以反饋執(zhí)行器的位置到位置控制器，以實現(xiàn)和位置控制環(huán)的閉合。

圖1 運動控制系統(tǒng)的基本架構

2 S7-200實現(xiàn)運動控制的基礎

S7-200的脈沖量輸出一般都采用晶體管輸出形式，用于支持位置控制功能。位置控制功能的目的是通過速度的設定從當前位置轉(zhuǎn)移物體到正確地停止在預設位置。當連接到不同的伺服驅(qū)動裝置或步進電機控制驅(qū)動裝置，通過脈沖信號控制位置的高精確度，如圖2所示。

圖2 高速脈沖輸出功能

S7-200的高速脈沖輸出包括脈沖串輸出PTO和脈沖調(diào)制輸出PWM，前者可以輸出一串脈沖（占空比50%），用戶可以控制脈沖的周期和個數(shù)（如圖3a）；后者可以輸出連續(xù)的、占空比可以調(diào)制的脈沖串，用戶可以控制脈沖的周期和脈寬（如圖3b）。

圖3 高速脈沖PTO和PWM

S7-200的高速脈沖硬件發(fā)生器有兩個，即Q0.0和Q0.1。在使用PTO和PWM操作之前，需要將兩者的過程映象寄存器清零；在高速脈沖輸出過程中，輸出負載至少為10%的額定負載，才能提供陡直的上升沿和下降沿。

PTO/PWM發(fā)生器的多段管線功能在許多應用中非常有用，尤其在步進電機控制中。例如，可以用帶有脈沖包絡的PTO來控制一臺步進電機，來實現(xiàn)一個簡單的加速、勻速和減速過程或者一個由最多255段脈沖包絡組成的復雜過程，而其中每一段包絡都是加速、勻速和減速過程。

3 案例介紹

如圖4所示為S7-200與步進驅(qū)動器HB-4020的接線，要求實現(xiàn)：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、連鎖、啟動、停止等功能。

圖4 S7-200與HB-4020驅(qū)動器的接線

4 軟件編程

根據(jù)要求列出S7-200控制步進電機的輸入/輸出資源配置（表1所示）。

它包括主程序（如圖5所示）和中斷程序（如圖6所示）。

表1 輸入/輸出資源配置

圖5 主程序

圖6 中斷程序

5 結語

從運動控制的基本架構可以看到，PLC作為一種典型的運動控制核心起到了非常重要的作用，這主要歸因于PLC具有高速脈沖輸入、高速脈沖輸出和運動控制模塊等軟硬件功能。

[1] 李方園. 自動化綜合實訓教程[M].北京：科學出版社，2011.