基于某實訓平臺的步進電機手動調試HMI界面實現研究

金寧寧，張玉廣

（河南職業技術學院，鄭州 450046）

0 引言

該實訓平臺由儲料倉模塊、傳送帶模塊、步進電機模塊、分揀滑槽（兩個滑槽）、啟動按鈕、停止按鈕、復位按鈕、急停按鈕、蜂鳴器、三色燈、各氣動模塊、光電式傳感器、電感式傳感器（用于區分金屬件和塑料件）、接近開關（主要用來產生氣缸伸縮到位信號）、1200PLC、1500PLC、觸摸屏、交換機等硬件結構組成，如圖1、圖2所示。

圖1 某實訓平臺的局部硬件結構

圖2 某實訓平臺的整體布局

實訓平臺可以實現金屬件和塑料件的分揀。自動工作過程如下，當儲料倉有料時，儲料倉底部有光電式傳感器可以做出判斷，自動把工件推出至傳送帶，經傳送帶右側光電式傳感器檢測，傳送帶可以轉動，傳送帶中間有一電感式傳感器可以判斷工件是金屬件還是塑料件，當工件流至傳送帶左側時經過帶左側光電式傳感器檢測，傳送帶停止轉動，這時PLC控制步進電機轉動到待抓取位抓取工件，根據金屬件或者非金屬件步進電機轉動相應角度放置工件到不同的滑道中，完成分揀功能。然后可以再次循環執行料倉中第二個、第三個等工件的傳送、檢測、抓取、放置分揀工作。

1500PLC、1200PLC、HMI之間的網絡連接如圖3所示。

圖3 1500PLC、1200PLC、HMI之間的網絡連接

需要說明，在本實訓平臺中，1200PLC控制步進電機的運動；1500PLC用于控制1200PLC，實訓平臺上的輸入輸出等硬件結構（各種按鈕、傳感器、電磁閥、傳送帶、三色指示燈等等）接線也是直接和1500PLC的I/O端口相連接；基于以上前提，不難得知最后的HMI界面中，各種變量也是和1500PLC相連接的。

本文主要是圍繞1200PLC控制步進電機的運動、1500PLC控制1200PLC、步進電機手動調試HMI界面的實現等幾個方面研究。本文所涉及的1500PLC、1200PLC、HMI的具體設備型號及網絡連接參考圖3，后面也不再贅述。

1 1200PLC控制步進電機的運動

1.1 本平臺的步進電機參數

圖4 1200PLC進行運動控制的基本硬件配置

步進電機步距角為1.8°，細分為32，也就是說步進電機每接收6400個脈沖，轉軸轉過一周（360°）。

1200PLC通過發送脈沖輸出和方向輸出對步進電機驅動器進行控制，從而控制步進電機的運動，其中脈沖輸出為驅動器提供電機運動所需的脈沖，方向輸出則用于控制驅動器的行進方向。

1.2 博途軟件中實現軸工藝對象的設置

在博途軟件1200PLC的屬性中，啟用脈沖發生器Pulse_1，選擇信號類型為PTO。然后在工藝對象中添加一個軸對象，參考圖5、圖6設置參數。因本實訓平臺步進電機控制的是角度，測量單位選擇角度即可。

圖5 1200PLC中添加一個軸工藝對象

圖6 軸工藝對象基本參數中驅動器的設置

本平臺步進電機軸的下限位開關連接1200PLC的I0.1，上限位開關連接1200PLC的I0.2，原點開關連接1200PLC的I0.0，三者的電平有效方式分別為高電平、高電平、低電平（三個變量的地址取決于三個傳感器開關與1200PLC的實際硬件接線，電平有效方式取決于實訓平臺使用的傳感器類型）。

根據以上信息，依次完成軸工藝對象的各個組態，然后用博途軟件把1200PLC整體下載到設備，把軸調試轉至在線，調試點動、定位、回原地三種運動方式。如果調試中出現問題，可重點考慮上限位、下限位、原點這三個的變量的對應以及電平的有效方式。

1.3 1200PLC程序塊中的設置

博途軟件中，在1200PLC中添加圖7所示的數據塊（可根據實際需要添加或縮減變量），此處get1500、put1500數據結構類型，是為1500PLC與1200PLC通訊做準備。

圖7 1200PLC中添加一個數據塊

添加一個軸運動的FC塊，添加啟動/禁用軸、點動模式移動軸、以絕對方式移動軸等指令。因軸工藝很多，圖8、圖9只顯示了三種軸工藝的具體信號配置。此處端口信號正是和圖7中的那些變量建立了聯系。

圖8 添加各種軸工藝

圖9 主動回原點、絕對方式移動軸端口配置

把軸運動FC塊直接拖入到main中即可，到此1200PLC中的全部組態完成。

2 1500PLC與1200PLC建立S7通信

在1500PLC中，首先添加如圖10所示的一個數據塊。S7通訊建立后，1500PLC中DB1與1200PLC中DB2可以實現點對點通信。

圖10 1500PLC中添加一個數據塊

1500PLC啟用時鐘存儲器并設置字節的地址為0；1200PLC的CPU屬性“防護與安全”設置中激活“允許來自遠程對象的PUT/GET通信訪問”。然后在1500PLC中添加PUT、GET指令，參考圖11。

圖11 1500PLC主程序main中添加GET、PUT指令

3 1500PLC軸手動調試的設計

3.1 添加一個軸數據塊、軸手動調試FB塊

使用博途軟件在1500PLC的程序塊中添加一個名稱為軸數據的DB塊（如圖12），這個數據塊的目的，是為自動運行做準備，另一方面也可以在手動HMI調試中示教物料拾取位、金屬件放置位、塑料件放置位等數據。需要說明，物料拾取位、金屬件放置位、塑料件放置位這三者的初始值可以設置為默認值0，但這樣每次啟動程序后，都需要在觸摸屏手動畫面中示教這三個點位，然后這三個點位記錄到軸數據DB4中，方便在自動模式下直接調用這三個數據。

圖12 軸數據DB塊

添加一個軸手動調試的FB塊，輸入下面7段程序，如圖13所示。然后把軸手動調試的FB塊直接拖入到main中即可。I0.4、I0.5、I1.6分別表示和1500PLC輸入端相連接的硬件按鈕（停止按鈕、急停按鈕、復位按鈕），急停按鈕是常閉按鈕，不按下急停時1500PLC輸入端I0.5是有信號的，所以程序段1中急停按鈕用的常開觸點。同樣可以知道，硬件按鈕中的復位按鈕、停止按鈕是常開按鈕。

圖13 軸手動調試FB塊中的程序

3.2 軸手動調試畫面的設計

設計如圖14所示的軸手動調試HMI界面。

圖14 軸手動調試HMI畫面布局

其中，回原點、正傳、反轉、絕對方式到目標位、清零軸速度和目標位這幾個按鈕，直接和1500PLC中名稱為com1200的DB1數據塊建立聯系（參考圖10）。HMI中的物料拾取位示教按鈕、金屬件放置位示教按鈕、塑料件放置位示教按鈕、停止按鈕、復位按鈕分別和圖13中的M200.0、M200.1、M200.2、M200.4、M200.5對應，HMI畫面中的起始位示教為預留按鈕，可以根據需要設置（本設計中物料拾取位就是起始位，所以省去了對起始位示教按鈕的設置）。

同樣地，軸位置、軸速度、目標位等幾個I/O域也是和1500PLC中名稱為com1200的DB1數據塊建立聯系。需要注意，HMI畫面中最右列的三個I/O域是和1500PLC中名稱為軸數據的DB4數據塊建立聯系（參考圖12，起始位示教按鈕右側的I/O域是預留的可以根據需要設置，本文中沒有設置）。HMI中的按鈕和I/O域與1500PLC變量的連接關系如圖15。

圖15 軸手動調試HMI中的主要變量表

3.3 軸手動調試畫面的分析

在博途軟件中，把1500PLC、1200PLC、HMI分別編譯下載到對應設備，然后在觸摸屏中點擊相應按鈕，可以發現軸的手動控制可以實現，各個I/O域的顯示也是正常的。

4 結語

本文借助某實訓平臺，完成了1200PLC控制步進電機、1500PLC控制1200PLC、HMI畫面的設計與變量連接、觸摸屏控制步進電機手動調試、借助各種數據塊完成控制要求等的研究。運行效果結果表明，用觸摸屏實現對步進電機軸的手動控制是成功的。下一步，在借鑒實現手動控制的基礎上，可以進一步設計自動控制的界面，如何實現手動模式下自動模式被完全切斷、自動模式下手動方式不能控制軸運動，是要思考的方向。