项目五 plc特殊功能模块应用 任务四 步进电机定位控制

项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制1.掌握高速计数器的基本应用2.熟悉 PLC高速脉冲输出的使用3.应用 PLC对步进电机定位控制学时 : 3习题 : 5.7 5.5教学目的和要求项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制目 录一、 任务导入和分析二、 相关知识 高速计数器三、 任务实施四、 知识拓展 高速脉冲输出 项目五小结项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制一、任务导入与分析本任务是由增量传感器进行位置监视实现对步进电机定位控制。其控制系统示意图如图 5-21所示。为了求出传感器信号，将该信号作为 PLC的高速计数器的输入信号，这样可以检测出位置误差。如当起停频率超出时，通过计数丢失可以检测到位置错误。一旦检测出位置误差，就应以较低频率进行位置校正。 项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制图 5-21 步进电机定位控制系统示意图步进电机B路 A路I1.3 传感器信号I1.2 传感器信号增量轴编码器CPU224项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制控制系统的初始化：在程序的第一个扫描周期设置重要参数；对高速计数器 HSC2进行设置，HSC2对检测定位的增量轴编码器信号计数，传感器的 A路和 B路信号分别作为 PLC输入端 I1.2和I1.3的输入。由增量传感器进行定位监视，在输出脉冲结束之后，等待 T1时间，以便使连接电机和传感器的轴连接的扭转振动消失。项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制轴位置的实际值和设定值的比较： T1到时后，子程序 4对实际值和设定值进行比较。如果轴的位置在设定位置的 2步范围内，定位就是正确的。如果实际位置在此目标范围之外，当超过起停频率时那就会造成电机失步情况，此时， Q1.1就会输出一个警告信号。位置的校正：若定位错误被检测出来，则启动第一等待定时器 T2。此后，根据设定值和实际值之间的差值计算出校正的步数。当校正时，电机频率低于起停频率，以防新的步数丢失。项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制二、相关知识 高速计数器 前面讲的计数器的计数速度受扫描周期的影响，对于比 CPU扫描频率高的脉冲输入，就会出现脉冲丢失现象。 S7-200系列 PLC为用户提供了高速计数器（ HC），它是以中断方式对机外高频信号计数的计数器，常用于现代自动控制中的精确定位和测量。 CPU22x系列高速计数器的最高计数频率为30KHz 。 项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制1. 高速计数器指令HDEF HSC ， MODE HSC N高速计数器定义 高速计数器运行控制图 5-22 高速计数器指令格式（ 1）高速计数器定义指令高速计数器定义指令 HDEF：为指定的高速计数器分配工作模式。工作模式的选择即选择了高速计数器的输入脉冲、计数方向、复位和起动功能。每个高速计数器在使用前只能用一次 HDEF指令。高速计数器编号 HSC为 0 5；工作模式 MODE为 0 11。（ 2）高速计数器运行控制指令根据高速计数器的特殊存储器位的状态，按照 HDEF指令指定的工作模式，设置和控制高速计数器的运行。N为 0 5 ，指定高速计数器编号。 项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制2. 高速计数器的控制 （ 1）控制字节定义了计数器和工作模式之后，还要设置高速计数器的有关控制字节。每个高速计数器均有一个控制字节，它决定了计数器的计数允许或禁用，方向控制（仅限模式 0、 1和 2）或对所有其他模式的初始化计数方向，装入当前值和预置值。控制字节每个控制位的说明如表 5-5所示。（ 2）状态字节每个高速计数器还有一个状态字节，状态位表示当前计数方向以及当前值是否大于或等于预置值。每个高速计数器状态字节的状态位如表 5-6所示。状态字节的 0 4位不用。监控高速计数器状态的目的是使外部事件产生中断，以完成重要的操作。项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制表 5-5 高速计数器的控制字节HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 说 明SM37.0 SM47.0 SM57.0 x SM147.0 x 复位有效 电 平控制：0=高 电 平有效； 1=低 电 平有效x SM47.1 SM57.1 x x x 起 动 有效 电 平控制：0=高 电 平有效； 1=低 电 平有效SM37.2 SM47.2 SM57.2 x SM147.2 x 正交 计 数器 计 数速率 选择 ：0=4计 数速率； 1=1计 数速率SM37.3 SM47.3 SM57.3 SM137.3 SM147.3 SM157.3 计 数方向控制位：0 = 减 计 数； 1 = 加 计 数SM37.4 SM47.4 SM57.4 SM137.4 SM147.4 SM157.4 向 HSC写入 计 数方向：0 = 无更新； 1 = 更新 计 数方向SM37.5 SM47.5 SM57.5 SM137.5 SM147.5 SM157.5 向 HSC写入新 预 置 值 ：0 = 无更新； 1 = 更新 预 置 值SM37.6 SM47.6 SM57.6 SM137.6 SM147.6 SM157.6 向 HSC写入新当前 值 ：0 = 无更新； 1 = 更新当前 值SM37.7 SM47.7 SM57.7 SM137.7 SM147.7 SM157.7 HSC允 许 ：0 = 禁用 HSC ； 1 = 启用 HSC项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制表 5-6 高速计数器状态字节的状态位HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 说 明SM36.5 SM46.5 SM56.5 SM136.5 SM146.5 SM156.5 当前 计 数方向状 态 位：0 = 减 计 数； 1 = 加 计 数SM36.6 SM46.6 SM56.6 SM136.6 SM146.6 SM156.6 当前 值 等于 预设值 状 态 位：0 = 不相等； 1 = 等于SM36.7 SM46.7 SM56.7 SM136.7 SM146.7 SM156.7 当前 值 大于 预设值 状 态 位：0 = 小于或等于； 1 = 大于每个高速计数器都有一个带符号的 32位当前值和一个 32位预置值。表 5-7 HSC0-HSC5当前值和预置值占用的特殊内部标志位存储区高速 计 数器 HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5新的当前 值 SMD38 SMD48 SMD58 SMD138 SMD148 SMD158新的 预 置 值 SMD42 SMD52 SMD62 SMD142 SMD152 SMD162项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制3. 高速计数器的工作模式高速计数器可以定义为下面 4种工作类型：内部方向控制的单相计数器 ;外部方向控制的单相计数器 ;双脉冲输入的双相增 /减计数器 ;A/B相正交脉冲输入计数器。每种高速计数器类型又可定义为 3种工作状态： 无复位、无启动输入 ;有复位、无启动输入 ;既有复位又有启动输入。所以有 12种高速计数器的工作模式，如表 5-8。项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制表 5-8 高速计数器的工作模式和输入端子的关系HSC模式 功能及 说 明 占用的 输 入端子及其功能HSC0 I0.0 I0.1 I0.2 HSC1 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1HSC2 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5HSC3 I0.1 HSC4 I0.3 I0.4 I0.5 HSC5 I0.4 0 内部方向控制的 单 相 计 数器 (如控制字 节 中的 .3位 =0为 减 计 数 , 控制字 节 中的 .3位 =1为 加 计 数）脉冲 输 入端 1 复位端 2 复位端 起 动3 外部方向控制的 单 相 计 数器（方向控制端 =0，减 计 数；方向控制端 =1，加 计 数。）脉冲 输 入端 方向控制端 4 复位端 5 复位端 起 动6 双脉冲 输 入的双相增 /减 计 数器（加 计 数有脉冲 输 入，加 计 数；减 计 数有脉冲 输 入，减 计 数。）加 计 数脉冲输 入端减 计 数脉冲输 入端 7 复位端 8 复位端 起 动9 A/B相正交脉冲 输 入 计 数器（ A相超前 B相 90，加 计 数；A相滞后 B相 90，减 计 数。）A相脉冲输 入端B相脉冲输 入端 10 复位端 11 复位端 起 动项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制4. 高速计数器的应用（ 1）使用高速计数器的一般步骤 用首次扫描时接通一个扫描周期的特殊内部存储器SM0.1去调用一个子程序，完成初始化操作。 在初始化的子程序中，根据希望的控制设置控制字节（详见表 5-5），如设置 SMB47=16#F8，则为：允许计数，写入新当前值，写入新预置值，更新计数方向为加计数，若为正交计数设为 4，复位和起动设置为高电平有效。 执行 HDEF指令，设置 HSC的编号（ 0 5），设置工作模式（ 0 11）。如 HSC的编号设置为 1，工作模式输入设置为11，则为既有复位又有起动的正交计数工作模式。 用新的当前值写入 32位当前值寄存器（详见表 5-7）。如写入 0，则清除当前值。当前值随计数脉冲的输入而不断变化，运行时当前值可以由程序直接读取 HSCn得到。项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制 用新的预置值写入 32位预置值寄存器（详见表 5-7）。如执行指令 “MOVD 1000， SMD52”，则设置 HSC1预置值为1000。若写入预置值为 16#00，则高速计数器处于不工作状态。 为了捕捉当前值等于预置值的事件，将条件 CV=PV（当前值 =预置值）中断事件号（如 HSC1的事件号为 13）与一个中断程序相联系。 为了捕捉计数方向的改变，将方向改变的中断事件号（如 HSC1的事件号为 14）与一个中断程序相联系。 为了捕捉外部复位，将外部复位中断事件号（如 HSC1的事件号为 15）与一个中断程序相联系。 执行全局中断允许指令 ENI，允许高速计数器中断。 执行 HSC指令使 S7-200对高速计数器编程进行计数。项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制高速计数器指令应用如图 5-23所示。例子中的主程序用首次扫描时接通一个扫描周期的特殊内部存储器位 SM0.1去调用一个子程序，完成初始化操作。在初始化子程序 SBR_0中完成对高速计数器HSC1的配置 （ 2）高速计数器指令应用举例/ 主程序/ 首次扫描时，调用 SBR_0LD SM0.1CALL SBR_0主程序项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制图 5-23 高速计数器指令应用举例 16#C8项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制三、任务实施1分配 I/O及内存变量地址 表 5-9 步进电机定位控制系统 I/O地址分配输 入 输 出以度 为单 位的定位角（ 对 偶 码 ） I0.0I0.7 脉冲 输 出 Q0.0启 动 按 钮 I1.0 旋 转 方向信号 Q0.2停止按 钮 I1.1 操作模式 显 示 Q1.0传 感器信号（ A路） I1.2 定位 错误显 示 Q1.1传 感器信号（ B路） I1.3“设 置 /取消参考点 ”按 钮 (确 认 开关 ) I1.4选择 旋 转 方向的开关 I1.5项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制表 5-10 步进电机定位控制系统内存变量地址分配标 志 信 号 精 度电 机运 转标 志位 M0.1 T1等待 时间 到标 志位 M1.1 允 许 偏差的下限 AC0锁 定 标 志位 M0.2 计 算步数 时 的辅 助内存 单 元 MD8,MD12 允 许 偏差的上限 AC1参考点 标 志位 M0.3 脉冲 输 出结 束 标 志位 M20.0 设 定 值 AC2完成第一次定位标 志位 M0.4 错误 定位 计 数器 MW25 辅 助寄存器 AC3项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制2绘制步进电机定位控制系统工作流程图5-24启动主程序初始化(第一个扫描周期 )选择旋转方向( I1.5 )子程序 1中指定操作模式(搜索参考位置 )设置参考点？定位控制( 子程序 2 )位置监视设定参考点查找参考值定位错误发生了吗？已有两个不成功的校正尝试？锁定控制确认定位错误结束主程序子程序 5中进行位置校正是是是否否否项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制3编制 PLC程序并调试/ 脉冲宽度 =0(脉宽调制 )项目五 PLC特殊功能模块应用 任务四 步进电机的定位控制/设置 HSC2的控制字节/设置 HSC2的工作模式为 10/激活 HSC2/若没有错误定位/则高速定位 (T=200微秒 )/若电动机停止 (M0.1=0)/且按下旋转方向开关 (I0.5=1)/则逆时针旋转 (Q0.2=1)项目五 PLC特殊功能模块