淺談西門子PLC對大量步進電動機的控制應用

王柏忠

（沈陽東大三建工業爐制造有限公司，遼寧，沈陽，110102）

淺談西門子PLC對大量步進電動機的控制應用

王柏忠

（沈陽東大三建工業爐制造有限公司，遼寧，沈陽，110102）

西門子PLC具有可靠性高、功肚強大、使用方便、編程簡單、抗干擾強等優點，在工業控制領域得到了廣泛應用。本文詳細介紹了西門子PLC對大量步進電機的控制方法和編程技術，實現了西門子PLC對大量步進電機的控制和與主控系統進行高效率通信的功肚。在實驗的基礎上驗證了該方案的可行性，并且并給出了硬件連接示例和完整的軟件程序。

步進電機；軟件程序；西門子；PLC

步進電動機是控制系統中的執行單元，是一種利用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉換成相應的角位移或直線位移的執行電機。由于計算機技術的發展，使得步進電動機獲得了廣泛的應用和普及，特別是數控機床、計算機外圍設備、鐘表、數字控制系統、程序控制系統以及許多航天工業裝置中得到應用。隨著步進伺服驅動控制技術的發展，步進伺服驅動細分精度的提高以及電力電子器件的發展，逐步克服了震蕩、失步和發熱的不足，性價比大幅度提升，廣泛應用于工業機械精密定位的控制。當前用于工業控制的計算機控制系統主要有：PLC控制系統、基于PC總線的工業控制計算機（IPC）系統、基于單片機的測控系統、集散控制系統DCS）和現場總線控制系統（FCS）。而其中的PLC因為穩定可靠、結構簡單、成本低廉、簡單易學、功能強大和使用方便已經成為應用面最廣、最廣泛的通用工業控制裝置，成為當代工業自動化的主要支柱之一。但對于大量的步進電機，由于數量多，時序相對復雜，這使得控制難度增大。

一、硬件設計

1、系統概述

該系統為激光參數測量的電控系統，主要功能是完成對光束的控制、數據的采集、光路的準直等，控制特點是被控設備多而且分散，數據傳輸量大，因此硬件設計采用基于網絡技術的分層分布式設計，使控制硬件系統形成一個有機整體，提高系統運行和維護的便捷性，并具有開放性、實用性、可靠性等綜合能力?？刂葡到y有6個束組FEP，每一個束組FEP控制264個電機，該圖只畫出了兩個步進電機。分控計算機與1000M光纖網絡連接，位于主控制室內，作為控制設備和測量設備的遠程控制中心。光纖交換機通過網絡接口向上與現場工業以太網相連，向下通過CP343-1，以太網模塊連接S7-300PLC。S7-300PLC通過DP口連接EM277模塊，底層每個S7-200PLC模塊與EM277模塊相連，CPU224有兩路脈沖輸出Q0.0和QO.1，可以同時控制兩臺步進電機。

2、系統配置

CPU315-2DP:具有大容量的程序存儲器和戶ROFIBUS-DP主/從接口的CPU模塊，可以使用集成的I/0點處理運動控制工藝技術功能。對于運動控制功能的編程，提供符合PLC open標準功能塊(FB)，在用戶程序中可以調用這些功能模塊，可最大程度地降低工程與組態、調試和維護費用。標準功能塊直接集成在固件中，占用的CPU工作內存很少，可以提高運行效率。

(1)CP343-1:全雙工以太網通信處理器，通過工業以太網以1ooMbit/s比的數據傳輸速率直接將57-300集成到綜合系統中，擁有一個預定的唯一以太網地址，通過網絡可直接使用，能獨立處理工業以太網上的數據擁塞。

(2)CPU224:集成14輸入/10輸出共24個數字量l/O點，16K字節程序和數據存儲空間，具有PIO控制器。1個RS485通訊/編程口，具有戶Pl通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力，是具有較強控制能力的控制器。2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，每一路都可以用來產生控制步進電機驅動器的脈沖。

(3)EM277:PROIBUS-DP模塊，用于自動化系統中單元級控制設備與分布式 l/O的通信。經過 EM277的 DP通信端口將 s7-200CPU連接到PROFIBUS-DP網絡，各EM277之間經過串行I/0總線通信。EM277的DP口可運行于9600bit/s和12Mbit/s之間的任何PROFIBUS波特率。

(4)步進電機:可采用北京四通的兩相混合式步進電機，28系列型號為28BYG25OC，42系列型號為42BYG250C。

(5)驅動器:選用與步進電機配套的四通驅動器 SH-20403，該驅動器采用H橋恒相電流PWM驅動，具有輸出電流選擇、細分選擇、脫機保持、節能的自動半電流鎖定、輸入信號光電隔離以及錯相保護等功能。

二、軟件設計

1、系統軟件配置

該系統以SIMATIC STEP7 V5. 3、STEP 7MicroW-NV40SP4和WinCCV6.0為軟件開發平臺。STEP7V5.3編程軟件主要完成S7-300硬件組態配置，物理地址配置，網絡通信端口配置, OB、FB、FC編程等任務。STEP7Micro/W N編程軟件能夠很容易地對S7-200進行編程。

上位機組態軟件Win CC V6.0向用戶提供了極大的應用靈活性和系統開放性，在工業自動化領域有著廣泛的應用，它可以通過操作畫面對實現數據進行監控， STEP 7中定義的變量可以在Win CC中直接使用，這將大幅降低工程時間。

2、硬件組態

SIMATIC STEP7H/Wconfig中組態配置內容包括:硬件名稱、類型選擇和DP網絡參數設置（主從站地址、傳輸速率、操作模式）等。S7-300與S7-200通過EM277進行PROFIBUS通訊，需要在STEP7中進行S7-300站組態。首先，安裝新的GSD文件，安裝完成后才能在硬件設備中找到EM277。在組態過程中需設定CPU315-2DP的地址，其默認值為2，組態中EM277的地址不能與主站的地址重復， STEP7V5.3中組態的EM277 PROFIBUS站地址要與實際 EM277上的撥碼開關設定的地址相一致，最后選擇 EM277的通信接口區大小為32 byte輸入/輸出。組態完成后，將硬件信息下載到S7-300的PLC中。

三、步進電機控制流程

步進電機的工作原理就是接收控制器或計算機發出的脈沖信號而動作，給一個脈沖，步進電機就轉動一個角度或前進一步。電機驅動器將控制脈沖按照某種模式轉換成步進電機線圈的電流，產生旋轉磁場，使得轉子只能按固定的步數來改變它的位置。連續的脈沖序列產生與其對應的同頻率(同步機)步序列，如果控制頻率足夠高，步進電機的轉動可看作一個連續的轉動。

電機所帶負載電移臺有兩種動作二限位和到位，限位或到位信號接入到57-ZOOPLC的輸入端。當要求電移臺完成限位動作時，PLC收到上位機的指令后指令電機向某方向轉動，電機碰到限位開關就停止運動，同時反饋單元向100OM光纖網報告已經完成限位動作；當要求完成到位動作時，電機驅動器把戶LC給定的脈沖數加給電機，電機按照該脈沖數帶動負載運動一定的步距角，反饋單元報告負載的位置，分控計算機判斷是否到位，如果到位則命令PLC停止動作，否則再通過分控計算機通過計算脈沖數向戶LC發指令再次命令步進電機動作。

四、結語

該系統應用西門子 PLC實現了對大量步進電機的控制，分布式 I/O之間數據傳輸采用PRROFIBUS-DP協議通訊方式，大大降低了現場設備連接的工作量和費用，提高了信號傳輸精度和靈活性，降低了系統成本，并且也給系統的調試和設備維護帶來了方便。

[1] 邊春元，任雙脠等.S7-300/400戶LC實用開發指南.北京:機械工業出版社，2007，1

[2] 肆志平.PLC控制系統的設計應用[J],礦冶,2004,3(13):72-74.

[3] 西門子公司. SIMATIC S7-200可編程控制器系統手冊[M].西門子公司, 2005.

TU

【文章編號】1674-3954（2011）02-0154-01