S7系列PLC电气控制设计与应用第1讲 S7-200对步进电机的控制

浙江工商职业技术学院 李方园

1 运动控制的基本架构

运动控制在机器人和数控机床领域内的应用要比在专用机器中的应用更复杂，因为后者运动形式更简单，通常被称为通用运动控制。运动控制被广泛应用在包装、印刷、纺织和装配工业中。

一个运动控制系统的基本架构组成包括（如图1所示）：

（1） 一个运动控制器（如PLC）用以生成轨迹点（期望输出）和闭合位置反馈环。许多控制器也可以在内部闭合一个速度环。

（2）一个驱动或放大器用（如伺服控制器和步进控制器）以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号。更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更精确的控制。

（3）一个执行器如液压泵、气缸、线性执行机或电机用以输出运动。

(4) 一个反馈传感器如光电编码器，旋转变压器或霍尔效应设备等用以反馈执行器的位置到位置控制器，以实现和位置控制环的闭合。

图1 运动控制系统的基本架构

2 S7-200实现运动控制的基础

S7-200的脉冲量输出一般都采用晶体管输出形式，用于支持位置控制功能。位置控制功能的目的是通过速度的设定从当前位置转移物体到正确地停止在预设位置。当连接到不同的伺服驱动装置或步进电机控制驱动装置，通过脉冲信号控制位置的高精确度，如图2所示。

图2 高速脉冲输出功能

S7-200的高速脉冲输出包括脉冲串输出PTO和脉冲调制输出PWM，前者可以输出一串脉冲（占空比50%），用户可以控制脉冲的周期和个数（如图3a）；后者可以输出连续的、占空比可以调制的脉冲串，用户可以控制脉冲的周期和脉宽（如图3b）。

图3 高速脉冲PTO和PWM

S7-200的高速脉冲硬件发生器有两个，即Q0.0和Q0.1。在使用PTO和PWM操作之前，需要将两者的过程映象寄存器清零；在高速脉冲输出过程中，输出负载至少为10%的额定负载，才能提供陡直的上升沿和下降沿。

PTO/PWM发生器的多段管线功能在许多应用中非常有用，尤其在步进电机控制中。例如，可以用带有脉冲包络的PTO来控制一台步进电机，来实现一个简单的加速、匀速和减速过程或者一个由最多255段脉冲包络组成的复杂过程，而其中每一段包络都是加速、匀速和减速过程。

3 案例介绍

如图4所示为S7-200与步进驱动器HB-4020的接线，要求实现：正转、反转、连锁、启动、停止等功能。

图4 S7-200与HB-4020驱动器的接线

4 软件编程

根据要求列出S7-200控制步进电机的输入/输出资源配置（表1所示）。

它包括主程序（如图5所示）和中断程序（如图6所示）。

表1 输入/输出资源配置

图5 主程序

图6 中断程序

5 结语

从运动控制的基本架构可以看到，PLC作为一种典型的运动控制核心起到了非常重要的作用，这主要归因于PLC具有高速脉冲输入、高速脉冲输出和运动控制模块等软硬件功能。

[1] 李方园. 自动化综合实训教程[M].北京：科学出版社，2011.