基于西門子S7-200PLC驅動控制步進電機的設計及應用

張 嘎

（濱州渤海活塞有限公司， 山東 濱州 256600）

引言

步進電機是一種執行機構，在PLC（Programmable Logic Controller）的控制下，控制系統中的電脈沖和信號都會被發送給步進電機的驅動器，驅動器會根據傳來的數值進行相關的計算和程序輸出，從而達到借助于驅動器的控制來完成對步進電機發布各種指令任務的目的。步進電機只是一個執行機構，需要背后的驅動控制來完成對其的指令的發布，所以步進電機中驅動控制這部分的作用就很重要。而西門子S7-200PLC可以對步進電機下達更加精確的指令，從而可以推動步進電機的工作，提高其工作的準確性和工作效率。

1 硬件選型及設計

1.1 PLC的型號選擇

PLC想要控制步進電機的驅動器，就需要借助于高速脈沖，因為電脈沖的數量是可以控制步進電機的角位移。電脈沖數量越多，控制步進電機的角位移就越大，二者之間呈現正向比例關系。PLC對于步進電機的數字輸出分為兩種，即繼電器輸出和晶體管輸出這兩種。對于開關頻率低的情況一般是由繼電器來負責完成輸出工作的，對于開關頻率高的情況則是由晶體管輸出來完成的。兩種輸出方式對于步進電機來說都是適用的，PLC中的各種程序會根據實際的數值情況，有目的選擇其中一種輸出方式來完成工作指令。所以進行各種情況分析之后，可以選擇西門子S7-200CPU226型號下的PLC就可以滿足設計要求。S7-200CPU226型號下的PLC對于設計來說，不僅滿足以上所分析的各種情況，而且性價比高，經濟實惠，適用于自動化生產系統中。工業自動化生產上選擇應用此款機器設備，不管是從電流情況還是在其他情況來說，都是比較實際的[1]。

1.2 步進電機的型號選擇

對于如何選擇合適的步進電機，需要考慮到的因素：電流情況，步矩角，靜力矩。

步矩角指的是一個脈沖電信號轉子轉過的角度，而它的大小是由步進電機所能承受的負載精確度來決定的。而靜力矩的大小確定則是要看整個步進電機的承載負荷大小，靜力矩只要大于整個步進電機的承載負荷大小就可以達到設計的要求了。至于電流要求，則是需要根據整個步進電機的系統情況來設定，只要電流量足夠步進電機整個系統運作工作正常，就可以達到設計要求。系統正常工作不需要太大的電流，電流太大反而容易引發事故狀況的發生。而且對于工廠自動化生產來說，車間本就已經存在較大的電流通過量，為了安全起見，步進電機的電流合適就行，不需要太大。在各個方面進行了分析之后，86BYG250兩相步進電機是可以符合步進電機的設計要求的[2]。

1.3 步進電機驅動器的型號選擇

步進電機的驅動器相當于一個次核心軟件，從主要核心軟件控制系統處接受到指令信息后，就進行和指令相關的一系列操作來完成對步進電機的控制，使得步進電機可以按照指令去完成工作任務。由于驅動器和步進電機二者之間存在著控制和被控制的關系，因此二者的型號必須匹配才能完成協合工作。根據和驅動器相關的程度劃分情況來看，驅動器的選擇還應該考慮脈沖的頻率和步進電機的方向。此外，為了提高對步進電機的控制程度，可以選擇攜帶細分功能的驅動器。綜合以上情況，最終可以選擇SH-20806N-D型號的步進電機驅動器。

2 PLC控制程序設計

PLC對步進電機所實行的程序控制是根據自動計量落科裝置的要求而設計的，整個流程都是根據各個部件的功能串連起來完成一系列工作的。首先，會計算出需要的總料量和下料量多少，根據這兩個數值就可以計算出落料器會旋轉多少圈。其次是根據計算出來的落料器轉動圈數來進一步確定步進電機的脈沖數量。最后是要借助于PLC的控制作用，需要PLC把脈沖的數量通過繼電器輸出或者晶體管的輸出傳達到步進電機的驅動器中，驅動器則會根據指令對步進電機進行相關的執行工作，步進電機會在得到指令后完成任務，最終可以達到精確的計量目的。在S7-200PLC中的脈沖數量處理上，特意在兩個脈沖輸出端口上輸出了兩種可以調節寬度的PWN脈沖和PTO脈沖。此外，為了給PLC中的包絡表程序提供多種選擇，增加執行系統的準確性。在整個S7-200PLC系統中還設置了PTO的兩種輸出方式。一個是單段線的PTO輸出方式，另外一個是多段線的PTO輸出方式。因為單段線的PTO輸出方式比較有限，只能針對于脈沖個數的脈沖值輸出；而多段線的PTO輸出方式功能比單段線的PTO輸出方式齊全。它一次的輸出量可以堪比多次單段線的PTO輸出的總量，最重要的是也可以根據實際情況對周期值進行一定的設置改變[3]。

3 S7-200PLC應用程序的實現

在PLC的控制系統下主要包含四個大方面上的程序，即初始化程序、方向控制程序、包絡表程序。上位機接受轉換程序等。其中初始化程序是可以用來控制字節的，如果字節數不符合、或者字符地址出現問題，都可以用初始化程序進行控制改變；而方向控制程序則是用來控制步進電機的工作方向的，對于上級傳達的指令方向，借助于方向程序控制可以準確地規范步進電機的工作方向；包絡表程序主要是負責執行脈沖輸出指令的，負責脈沖數量的數量輸出，從而可以確定步矩角的大小值；對于上位機接受轉換程序可以根據上一個環節傳來的數值，進行一系列的轉換后，使得字節可以變成字符。再進行數值計算后，得到下一個計量數值，并傳輸給下一個部件，進行指令傳輸等。這四個程序之間的相互合作和相互作用，可以使得S7-200PLC應用程序的得以實現。

4 結語

借助于PLC實現對步進電機的控制，不僅程序設計簡單，而且操作起來也很方便，容易上手。對于不同型號、不同相數的步進電機只需根據實際相關對各個設計參數進行一個科學合理的調整，就可以應用。PLC控制下的步進電機，不僅操作準確性度高，而且工作效率也高，這種設計方法，在很大程度上提高了步進電機控制系統的可靠性和靈活性。