西门子S7-200在步进电机定位控制中的应用

1 引言 PLC输出的集成脉冲可通过步进电机进行定位控制。关于定位控制，调节和控制操作之间存在一些区别。步进电机不需要连续的位置控制，而在控制操作中得到应用。在以下的程序例子中，借助于CPU214所产生的集成脉冲输出，通过步进电机来实现相对的位置控制。虽然这种类型的定位控制不需要参考点，本例还是粗略地描述了确定参考点的简单步骤。因为实际上它总是相对一根轴确定一个固定的参考点，因此，用户借助于一个输入字节的对偶码(Dual coding)给CPU指定定位角度。用户程序根据该码计算出所需的定位步数，再由CPU输出相关个数的控制脉冲。 2 系统结构 如图1所示。 图1 系统结构 3 硬件配置 如表1所示。 4 软件结构 4.1 PLC的输入信号与输出信号 PLC的部分输入信号与输出信号，以及标志位如表2所示。 4.2 系统软件设计 PLC的程序框图如图2所示。 4.3 初始化 在程序的第一个扫描周期(SM0.1=1)，初始化重要参数。选择旋转方向和解除联锁。 4.4 设置和取消参考点 如果还没有确定参考点，那么参考点曲线应从按“START”按扭(I1.0)开始。CPU有可能输出最大数量的控制脉冲。在所需的参考点，按“设置/取消参考点”开关(I1.4)后，首先调用停止电机的子程序。然后，将参考点标志位M0.3置成1，再把新的操作模式“定位控制激活”显示在输出端Q1.0。 如果I1.4的开关已激活，而且“定位控制”也被激活(M0.3=1)，则切换到“参考点曲线”参考点曲线。在子程序1中，将M0.3置成0，并取消“定位控制激活”的显示(Q1.0=0)。此外，控制还为输出最大数量的控制脉冲做准备。当再次激活I1.4开关，便在两个模式之间切换。如果此信号产生，同时电机在运转，那么电机就自动停止。 实际上，一个与驱动器连接的参考点开关将代替手动操作切换开关的使用，所以，参考点标志能解决模式切换。 4.5 定位控制 如果确定了一个参考点(M0.3=1)而且没有联锁，那么就执行相对的定位控制。在子程序2中，控制器从输入字节IBO读出对偶码方式的定位角度后，再存入字节MB11。与此角度有关的脉冲数，根据下面的公式计算: N=φ/360°×S 式中:N-控制脉冲数 φ-旋转角度 S-每转所需的步数 该程序所使用的步进电机采用半步操作方式(S=1000)。在子程序3中循环计算步数，如果现在按“START”按钮(I1.0)，CPU将从输出端Q0.0输出所计算的控制脉冲个数，而且电机将根据相应的步数来转动，并在内部将“电机转动”的标志位M0.1置成1。 在完整的脉冲输出之后，执行中断程序0，此程序将M0.1置成0，以便能够再次起动电机。 4.6 停止电机 按“STOP”(停止)按扭(I1.1)，可在任何时候停止电机。执行子程序0中与此有关的指令。 5 程序和注释 //标题:用脉冲输出进行定位控制 //主程序 LD SM0.1 //仅首次扫描周期SM0.1才为1。 R M0.0，128 //MD0至MD12复位 ATCH 0，19 //把中断程序0分配给中断事件19(脉冲串终止) ENI //允许中断 //脉冲输出功能的初始化 MOVW 500，SMW68 //脉冲周期T=500us MOVW 0,SMW70 //脉冲宽度为0(脉冲调制) MOVD 429496700，SMD72 //为参考点设定的最大脉冲数 //设置逆时针旋转 LDN M0.1 //若电机停止 A I1.5 //且旋转方向开关=1 S Q0.2，1 //则逆时针旋转(Q0.2=1) //设置顺时针旋转 LDN M0.1 //若电机停止 AN I1.5 //且旋转方向开关=0 R Q0.2，1 //则逆时针旋转(Q0.2=0) //联锁 LD I1.1 //若按“STOP”(停止)按钮 S M0.2，1 //则激活联锁(M0.2=1) //解除联锁 LDN I1.1 //若“START”(启动)按钮松开 AN I1.0 //且“STOP”(停止)按钮松开 R M0.2，1 //则解除联锁(M0.2=0) //确定操作模式(参考点定位控制) LD I1.4 //若按“设置/取消参考点”按钮 EU //上升沿 CALL 1 //则调用子程序1 //启动电机 LD I1.0 //若按“START”(启动)按钮 EU //上升沿 AN M0.1 //且电机停止 AN M0.2 //且无联锁 AD≥ SMD72，1 //且步数≥1，则 MOVB 16#85，SMB67 //置脉冲输出功能(PTO)的控制位 PLS 0 //启动脉冲输出(Q0.0) S M0.1，1 //“电机运行”标志位置位(M0.1=1) //定位控制 LD M0.3 //若已激活“定位控制” 操作模式 AN M0.1 //且电机停止 CALL 2 //则调用子程序2 //停止电机 LD I1.1 //若按“STOP”(停止)按钮 EU //上升沿 A M0.1 //且电机运行，则 CALL 0 //则调用子程序0 MEND //主程序结束 //子程序1 SBR 0 //子程序0停止电机 MOVB 16#CB，SMB67 //激活脉宽调制 PLS 0 //停止输出脉冲到Q0.0 R M0.1，1 //“电机运行”标志位复位(M0.1=0) RET //子程序0结束 SBR1 //子程序1，“确定操作模式” LD M0.1 //若电机运行 CALL 0 //则调用子程序0，停止电机 //申请“参考点曲线” LD M0.3 //若已激活“定位控制”，则 R M0.3，1 //参考点标志位;复位(M0.3=0) R Q1.0，1 //取消“定位控制激活”信息(Q1.0=0) MOVD 429496700，SMD72 //为新的“参考点曲线”设定最大的脉冲数。 CRET //条件返回到主程序。 //申请“定位控制” LDN M0.3 //若未设置参考点(M0.3=0)，则 S M0.3，1 //参考点标志位置位(M0.3=1) S Q1.0，1 //输出“定位控制激活”信息(Q1.0=1) RET //子程序1结束 //子程序2 SBR2 //子程序2，“定位控制” MOVB IB0，MB11 //把定位角度从IBO拷到MD8的最低有效字节MB11。 R M8.0，24 //MB8至MB10清零 DIV 9，MD8 //角度/9=q1+r1 MOVW MW8，MW14 //把r1存入MD12 MUL 25，MD8 //q1×25→MD8 MUL 25，MD12 DIV 9，MD12 // r1×25／9= q2+r2 CALL 3 //在子程序3中循环步数 MOVW 0，MW12 //删除r2 +D MD12，MD8 //把步数写入MD8 MOVD MD8，SMD72 //把步数传到SMD72 RET //子程序2结束 //子程序3 SBR3 //子程序3，“循环步数” LDW≥MW12，5 //如果r2≥5／9，则 INCW MW14 //步数增加1。 RET //子程序3结束 //中断程序0，“脉冲输出终止” INT0 //中断程序0 R M0.1，1 //“电机运行”标志位复位(M0.1=0) RET //子程序0结束 6 结束语 通过对硬件和软件的合理设计，用较为价廉的西门子S7-200系列PLC作为核心控制部件，构成的定位系统能够达到精确定位的目的。特别应指出的是通过灵活、巧妙的应用PLC的指令系统，可使系统实现高精度定位。