西门子200系列PLC直流步进电机控制方法.doc

标签： PLC控制步进电机西门子200系列PLC直流步进电机控制方法 注：本人非PLC专业人士，此文章只是简单介绍直流步进电机控制方法。做此实验仅为单片机内嵌入软PLC做基础，证明PLC可以直接直接用来做步进电机控制。直流步进电机plc控制方法系统功能概述： 本系统采用PLC通过步进电机驱动模块控制步进电机运动。当按下归零按键时，电机1和电机2回到零点（零点由传感器指示）。当按下第一个电机运行按键时，第一个电机开始运行，直到运行完固定步数或到遇到零点停止。当按下第二个电机运行按键时，第二个电机开始运行，运行完固定步数或遇到零点停止。两电机均设置为按一次按键后方向反向。电机运行时有升降速过程。PLC输入点I0.0为归零按键，I0.1为第一个电机运行按键，I0.2为第二个电机运行按键，I0.3为第一个电机传感器信号反馈按键，I0.4为第二个电机传感器信号反馈按键。PLC输出点Q0.0为第一个电机脉冲输出点，Q0.1为第二个电机脉冲输出点，Q0.2为第一个电机方向控制点，Q0.3为第二个电机方向控制点，Q0.4为电机使能控制点。所用器材：PLC：西门子S7-224xpcn及USB下载电缆。编程及仿真用软件为V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3。直流步进电机2个，微步电机驱动模块2个。按键3个。24V开关电源一个。导线若干。各模块连接方法：PLC与步进电机驱动模块的连接： 驱动模块中EN+、DIR+、CP+口均先接3k电阻，然后接24V电源。 第一个驱动模块CP-接PLC的Q0.0，DIR-接PLC的Q0.2，EN-接PLC的Q0.4 第二个驱动模块CP-接PLC的Q0.1，DIR-接PLC的Q0.3，EN-接PLC的Q0.4注意： 1、PLC输出时电压为24V，故和驱动器模块连接时，接了3k电阻限流。 2、由于PLC处于PTO模式下只有在输出电流大于140mA时，才能正确的输出脉冲，故在输出端和地间接了200欧/2w下拉电阻，来产生此电流。（实验室用的电阻功率不足，用200欧电阻时功率至少在24*24/200=2.88w，即用3w的电阻） 3、PLC与驱动模块连接时，当PLC输出低电平时不能将驱动模块电平拉低，故在EN-和DIR-上接了200欧/2W下拉电阻驱动模块与电机接法： 驱动模块的输出端分别与电机4根线连接电机传感器与PLC连接： 传感器电源接24v，信号线经过240欧电阻（试验中两个470电阻并联得到）与24v电源上拉后，信号线接到PLC的I0.3和I0.4将各模块电源、地线接好。PLC中输入输出各路M对应点均接地，L+对应点均要接24V电源。注意PLC右下角24V DC OUTPUT不要接。 PLC程序介绍： PLC程序中主要使用向导生成的电机控制函数来控制电机运动。此向导使用方法如下：首先打开软件，新建工程，选择工具-位置控制向导,如下图打开如下界面：选择配置s7-200PLC内置PTO/PWM操作，点击下一步，如下图根据需要选择Q0.0或Q0.1，点击下一步，如下图选择线性脉冲串输出（PTO），将下方使用高速计数器HSC0前的勾点上，点击下一步，如下图输入电机此应用项目中最高电机速度（MAX_SPEED）和电机的启动/停止速度（SS_SPEED），默认是100000和5000，修改好了点击下一步，如下图输入电机加速和减速时间。默认均为1000ms。点击下一步，如下图然后出现如下界面，选择新包络。 选项中可以选择相对位置和单速连续旋转，由于步进电机有加减速过程，故选择相对位置。输入步0的目标速度，即运动时的限速，在下方的框中输入结束位置，由于是相对位置，故此处位置即为所要走的距离。电机绘制包络，右方出现的梯形的图即为速度线。改变左下角的保罗定义符号名为MOTOR1，点击确认，然后选择V存储区的地址范围，一般默认即可，点击下一步点击完成。这样，通过位置控制向导就生成了4个PTO函数，分别是PTOx_CTRL、PTOx_RUN、PTOx_MAN、PTOx_LDPOS。 PTOx_CTRL子程序（控制）使能和初始化步进电机或伺服电机的PTO输出。在程序中仅能使用该子程序一次，并保证每个扫描周期该子程序都被执行。一直使用SM0.0作为EN输入的输入。 I_STOP（立即STOP）输入量为一个布尔量输入。当输入为低电平时，PTO功能正常操作。当输入变为高电平时，PTO立即终止脉冲输出。 D_STOP（减速STOP）输入量为一个布尔量输入。当输入为低电平时，PTO功能正常操作。当输入变为高电平时，PTO产生一个脉冲串将电机减速到停止。 DONE输出是一个布尔量输出。高电平表示CPU已经执行完子程序。 当Done位为高电平时，Error字节以一个无错误代码或错误代码来报告是否正常完成。 若在向导中启用了HSC，则C_Pos参数包含以脉冲数表示的模块当前位置。否则，当前位置将一直为0 PTOx_RUN子程序（运行包络）命令PLC在一个制定的保罗中执行运动操作，此包络存储在组态/包络表中。 接通EN位，使能该子程序。确保EN位保持接通，直至Done位指示该子程序完成。 接通START参数以初始化包络的执行。对于每次扫描，当START参数接通且PTO当前未激活时，指令激活PTO。要保证该命令只发一次，使用边沿检测命令以脉冲触发START参数接通。 接通参数Abort，命令位控模块停止当前的包络，并减速直至电机停下。PTOx_MAN子程序（手动模式）使PTO置为手动模式。这可以是电机在向导中制定的范围内以不同的速度启动、停止和运行。如果启用了PTOx_MAN子程序，则不应执行其他任何PTOx_RUN指令。 允许RUN参数，命令PTO加速到指定速度。即使电机在运行时，也可改变速度参数的值。禁止参数RUN择命令PTO减速，直至电机停止。PTOx_LDPOS指令（装载位置）改变PTO脉冲计数器的当前位置值为一个心智。可以通过该指令为一个运动命令建立一个新的零位置。 本系统将电机1的PTO设置为Q0.0输出，使用高速计数器HSC0，最高电机速度2000HZ，启动/停止速度100HZ，加速500ms，减速500ms，步0的目标速度2000HZ，总位移8000脉冲，分配存储区为VB0到VB69。可得到PTO0的包络表如下所示：/-/输出 Q0.0 的 PTO 包络表/-VB0 PTOA /VW4 54 /FREQVD6 204800 /SS_SPEEDVD10 4096000 /MAX_SPEEDVD14 16#04000939 /K_ACCVD18 16#84FFF6C7 /K_DECVB22 1 /NUMPROFVW23 25 /OFFS_0VB25 4 /包络 0 的 NUM_SEGSVB26 0 /保留。VB27 0 /段 0 的 S_STEPVB28 16#08 /S_PROPVD29 +204800 /SFREQVD33 525 /加速的脉冲数VB37 0 /段 1 的 S_STEPVB38 16#04 /S_PROPVD39 +4098089 /SFREQVD43 6948 /恒速的脉冲数VB47 0 /段 2 的 S_STEPVB48 16#00 /S_PROPVD49 -1 /SFREQVD53 526 /减速的脉冲数VB57 0 /段 3 的 S_STEPVB58 16#10 /S_PROPVD59 +204800 /SFREQVD63 1 /最终减速的脉冲数VB67 0 /保留。VB68 0 /保留。VB69 0 /保留。 由上表可知加速脉冲数为75057，存于VD33中。恒速脉冲为49881，存于VD43中。减速脉冲为75061，存于VD53中。最终的减速的脉冲数为1，存于VD63中。我们控制步进电机可以通过PTOx_CTRL和PTOx_RUN两个子程序。电机控制过程中，加减速脉冲数不方便修改，因为线性加减速的指令并不清楚，所以只好修改恒速段的脉冲数。唯一的限制是，总的脉冲数，必须大于加减速段+最终减速段脉冲数之和，也即恒速段的脉冲不能小于1。此处总的脉冲数，最小值应为525+526+1+1=1053个脉冲。当然电机加减速时间如果较小，此脉冲数会变小。电机2的PTO设置为Q0.1输出，使用高速计数器HSC3，最高电机速度20000HZ，启动/停止速度100HZ，加速500ms，减速500ms，步0的目标速度2000HZ，总位移10000脉冲，分配存储区为VB70到VB139。可得到PTO0的包络表如下所示：/-/输出 Q0.1 的 PTO 包络表/-VB70 PTOA /VW74 54 /FREQVD76 204800 /SS_SPEEDVD80 40960000 /MAX_SPEEDVD84 16#03000C13 /K_ACCVD88 16#83FFF3ED /K_DECVB92 1 /NUMPROFVW93 25 /OFFS_0VB95 4 /包络 0 的 NUM_SEGSVB96 0 /保留。VB97 0 /段 0 的 S_STEPVB98 16#08 /S_PROPVD99 +204800 /SFREQVD103 100 /加速的脉冲数VB107 0 /段 1 的 S_STEPVB108 16#04 /S_PROPVD109 +4111824 /SFREQVD113 9797 /恒速的脉冲数VB117 0 /段 2 的 S_STEPVB118 16#00 /S_PROPVD119 -1 /SFREQVD123 102 /减速的脉冲数VB127 0 /段 3 的 S_STEPVB128 16#10 /S_PROPVD129 +204800 /SFREQVD133