西門子S7-200PLC中高速脈沖輸出的應用

王宗偉

摘要：步進電動機是一種將脈沖信號轉變成角位移的執行元件，通過控制脈沖的個數及頻率來實現位移和速度的控制。本文基于一個實際應用案例，利用了西門子S7-200 PLC提供的高速脈沖輸出功能，逐步逐項的設計分析，實現了對步進電動機的速度和位置的控制。

關鍵詞：步進電動機;西門子S7-200 PLC;高速脈沖;實際應用

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輸出端產生高速脈沖，用于驅動步進電動機等負載，實現速度和位置的控制。

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

1? 應用案例

本論文基于西門子S7-200 PLC的高速脈沖輸出功能控制步進電動機，其中PLC的型號是CPU224DC/DC/DC，步進驅動器使用雷賽M535，步進電動機參數為1.8°/2.8A，要求實現以下功能：

①完成步進電動機速度控制，運行速度為500r/min。

②完成步進電動機正反轉點動控制。

③完成步進電動機增量位置控制。要求向正方向以增量方式運行1轉。

2? 設計流程

2.1 繪制電氣原理圖，完成I/O地址分配。

根據控制要求，繪制電氣原理圖如圖2，I/O地址分配如表1。

其中：①驅動器PUL接口為脈沖信號接口，驅動器接收到脈沖信號轉換成步進電機的角位移。脈沖上升沿有效，PUL-高電平時4～5V，低電平時0～0.5V。為了可靠響應脈沖信號，脈沖寬度應大于1.2μs。如采用+12V或+24V時需串電阻，本文中串聯了3kΩ的電阻。

②驅動器DIR接口為方向信號接口，高/低電平信號，為保證電機可靠換向，方向信號應先于脈沖信號至少5μs建立。電機的初始運行方向與電機的接線有關，互換任一相繞組（如A+、A-交換）可以改變電機初始運行的方向，DIR-高電平時4～5V，低電平時0～0.5V。

③驅動器ENA接口為使能信號，此輸入信號用于使能或禁止。ENA+接+5V，ENA-接低電平（或內部光耦導通）時，驅動器將切斷電機各相的電流使電機處于自由狀態，此時步進脈沖不被響應。當不需用此功能時，使能信號端懸空即可。

④驅動器提供了電流及細分功能的設置功能，可根據實際需要完成設置。本文中所有數據均基于電流及細分設置之后計算得出。

2.2 程序設計

2.2.1 實現方法

①使用STEP7-Micro/Win提供的PTO/PWM向導功能，生成若干個子程序，在主程序中通過調用子程序實現對步進電機速度和位置的控制，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? 結語

步進電動機由于其沒有累計誤差，精度較高，被廣泛應用于各種自動化控制中。本文正是使用MAP脈沖輸出庫指令的方法，實現了西門子S7-200 PLC對步進電動機的速度和位置的控制。該方法清晰實用，有很好的借鑒價值。

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