任务5.2 五子棋数字孪生系统的步进电机控制

任务描述用PLC控制五子棋系统的X轴和Y轴的步进电机实现对步进电机的点动控制、绝对运动控制等。在触摸屏上为步进电机设置“回原点”、“点动正转”、“点动反转”、“启动绝对运动”等4个按钮，并设置“点动速度”、“绝对运动位置”、“绝对运动速度”等3个数值输入框。任务目标知识目标：①了解步进电机的工作原理；②理解步进电机驱动系统的接线方法；③掌握S7-1200PLC主要的电机控制指令的使用方法。能力目标：①能完成S7-1200PLC与步进电机驱动系统的接线；②能编程实现对步进电机的点动控制、绝对运动控制。素质目标：①培养科学的认识论和方法论。1.步进电机及其驱动（1）步进电机概述步进电机是将电脉冲信号，转变为角位移或线位移的开环控制电机，又称为脉冲电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就可以驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”。电机固有步距角工作状态电机运行时的真正步距角0.9°/1.8°半步状态0.9°0.9°/1.8°5细分状态0.36°0.9°/1.8°10细分状态0.18°0.9°/1.8°20细分状态0.09°0.9°/1.8°40细分状态0.045°电机固有步距角与真正步距角的关系1.步进电机及其驱动（2）步进电机的优缺点主要的优点：①结构简单，使用维修方便，制造成本低；②控制简单，可以通过脉冲信号对电机进行控制；

③可以进行开环控制，不需要反馈电路以返回旋转轴的位置和速度信息。④步进电机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床主要的缺点：①若负载过大或者控制不当，可能会出现失步；②发热较大，因电机停止时仍然存在电流而产生热量；③噪声较大，效率较低。1.步进电机及其驱动（3）步进电机驱动系统

步进电机驱动系统框图步进电机驱动器实物图1.步进电机及其驱动（3）步进电机驱动系统步进电机驱动系统的共阳极接法步进电机驱动系统的共阴极接法2.S7-1200/1500PLC的运动控制指令（1）MC_Power启动轴指令该指令主要的管脚定义如下：EN：MC_Power指令的使能端。Axis：轴的名称。Enable：轴的使能控制端。StartMode：轴的启动模式选择。Enable=0，则启用位置不受控的定位轴，即速度控制模式；Enable=1，则启用位置受控的定位轴，即位置控制（默认）。StopMode：轴的停止模式选择。StopMode=0，则为紧急停止；StopMode=1，则为立即停止；StopMode=2，则为带有加速度变化率控制的紧急停止。2.S7-1200/1500PLC的运动控制指令（2）MC_Halt停止轴指令当Execute管脚检测到上升沿时，停止所有运动并以组态的减速度停止轴。2.S7-1200/1500PLC的运动控制指令（3）MC_Home回原点（原点校准）指令该指令主要的管脚定义如下：Position：位置值。Mode=1时，则该值为对当前轴位置的修正值；Mode=0、2、3时，则该值为轴的绝对位置值。Mode：回原点模式值。Mode=0，则为绝对式直接回零点，轴的位置值为参数“Position”的值；Mode=1，则为相对式直接回零点，轴的位置值等于当前轴位置+参数“Position”的值；Mode=2，则为被动回零点，轴的位置值为参数“Position”的值；Mode=3，则为主动回零点，轴的位置值为参数“Position”的值。2.S7-1200/1500PLC的运动控制指令（4）MC_MoveAbsolute绝对运动指令当Execute管脚检测到上升沿时，根据参数“Velocity”设定的运行速度，运行到参数“Position”设定的绝对位置。2.S7-1200/1500PLC的运动控制指令（5）MC_MoveRelative相对运动指令当Execute管脚检测到上升沿时，根据参数“Velocity”设定的运行速度，运行参数“Distance”设定的相对距离。2.S7-1200/1500PLC的运动控制指令（6）MC_MoveJog点动指令JogForward：正向点动控制。JogForward为1时，轴正向运行；JogForward为0时，轴停止。这类似于按钮的功能，按下按钮轴就运行，松开按钮后轴就停止运行。注意，JogForward不是用上升沿触发，而是用高电平触发。JogBackward：反向点动。JogBackward的使用方法与JogForward一致，但是轴的运动方向相反。注意，JogForward和JogBackward同时为1或0时，轴停止。Velocity：点动速度设定。2.S7-1200/1500PLC的运动控制指令（7）MC_Reset复位（确认错误）指令用来确认“伴随轴停止出现的运行错误”和“组态错误”。1.硬件接线参考硬件接线请参考PLC控制步进电机的实物接线图完成硬件安装和接线。2.PLC的组态与程序PLC的变量表2.PLC的组态与程序启用PLC的脉冲发生器2.PLC的组态与程序新增工艺对象双击项目树中的PLC_1->工艺对象->新增对象，弹出新增工艺对象窗口2.PLC的组态与程序新增工艺对象“X轴”的参数组态2.PLC的组态与程序编写子程序2.PLC的组态与程序编写主程序在主程序Main[OB1]中调用[FC1]3.设计HMI界面控制步进电机HMI人机界面4.系统调试按照如下的步骤进行测试（以X轴为例）：1）在线监控PLC程序，观察[FC1]的程序段1的MC_Power指令的输出状态Status是否为“TRUE”，若是，则表示电机使能成功；2）点击HMI人机界面的回原点（位置校正）按钮，将主动回到轴的原点（装有原点检测开关的位置），轴的绝对位置值变成0。轴的原点位置由原点检测开关（I0.3）的安装位置决定；3）先在HMI人机界面上设定好“绝对运动位置”和“绝对运动速度”，然后点击启动