S7系列PLC電氣控制設(shè)計(jì)與應(yīng)用第1講 S7-200對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制

浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李方園

1 運(yùn)動(dòng)控制的基本架構(gòu)

運(yùn)動(dòng)控制在機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用要比在專用機(jī)器中的應(yīng)用更復(fù)雜，因?yàn)楹笳哌\(yùn)動(dòng)形式更簡(jiǎn)單，通常被稱為通用運(yùn)動(dòng)控制。運(yùn)動(dòng)控制被廣泛應(yīng)用在包裝、印刷、紡織和裝配工業(yè)中。

一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本架構(gòu)組成包括（如圖1所示）：

（1） 一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器（如PLC）用以生成軌跡點(diǎn)（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(gè)速度環(huán)。

（2）一個(gè)驅(qū)動(dòng)或放大器用（如伺服控制器和步進(jìn)控制器）以將來自運(yùn)動(dòng)控制器的控制信號(hào)（通常是速度或扭矩信號(hào)）轉(zhuǎn)換為更高功率的電流或電壓信號(hào)。更為先進(jìn)的智能化驅(qū)動(dòng)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(gè)執(zhí)行器如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機(jī)或電機(jī)用以輸出運(yùn)動(dòng)。

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

圖1 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本架構(gòu)

2 S7-200實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)

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(shè)定從當(dāng)前位置轉(zhuǎn)移物體到正確地停止在預(yù)設(shè)位置。當(dāng)連接到不同的伺服驅(qū)動(dòng)裝置或步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)裝置，通過脈沖信號(hào)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(gè)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(gè)，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(fù)載至少為10%的額定負(fù)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(yīng)用中非常有用，尤其在步進(jìn)電機(jī)控制中。例如，可以用帶有脈沖包絡(luò)的PTO來控制一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的加速、勻速和減速過程或者一個(gè)由最多255段脈沖包絡(luò)組成的復(fù)雜過程，而其中每一段包絡(luò)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(jìn)驅(qū)動(dòng)器HB-4020的接線，要求實(shí)現(xiàn)：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、連鎖、啟動(dòng)、停止等功能。

圖4 S7-200與HB-4020驅(qū)動(dòng)器的接線

4 軟件編程

根據(jù)要求列出S7-200控制步進(jìn)電機(jī)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(jié)語

從運(yùn)動(dòng)控制的基本架構(gòu)可以看到，PLC作為一種典型的運(yùn)動(dòng)控制核心起到了非常重要的作用，這主要?dú)w因于PLC具有高速脈沖輸入、高速脈沖輸出和運(yùn)動(dòng)控制模塊等軟硬件功能。

[1] 李方園. 自動(dòng)化綜合實(shí)訓(xùn)教程[M].北京：科學(xué)出版社，2011.