基于PLC的步进电机多段速控制方法研究

2017-10-23

福建质量管理 2017年18期

关键词：脉冲数角位移子程序

(山东科技大学机械电子工程学院山东青岛 266590)

基于PLC的步进电机多段速控制方法研究

于兰浩董汉政王凤娇王贺

(山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590)

一、引言

在现在自动化生产线中，经常需要对某一器件的位置进行控制，比如上下料机械手的来回移动，我们需要让机械手在指定位置准确停止。在开环控制中，常用的运动执行部件是步进电机，它是一种将电脉冲转换为角位移的执行机构。而运动控制装置一般为PLC，因为PLC可以输出频率非常高的脉冲串，而这是一般单片机所不能的。故选用PLC加步进电机可以实现非常精确的位置控制，在一般工业场合可以满足需要。

二、步进电机(stepping motor)简介

步进电机是一种运动执行部件，它可以将电脉冲信号转换为角位移，其特点是没有积累误差，因而广泛用于各种开环控制。当步进电机接受到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按照设定的方向旋转一个固定的角度，因而我们可以通过发送脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。同时可以控制脉冲频率来控制电动机的速度和加速度，从而达到调速目的。

步进电机并不是直接接到PLC上的，而是要有一个电子装置驱动，这个装置称为步进电机驱动器，它把PLC发出的信号进行放大以驱动步进电机。因此典型的步进电机驱动系统由三部分组成：控制器，由单片机或者PLC实现；驱动器；步进电机。

三、PLC控制程序设计

本文我们选用的是西门子s7-200PLC，控制原理是相通的，选用三菱、ABB的PLC同样可以达到控制目的。S7-200晶体管输出型PLC的Q0.0和Q0.1口可以输出高速脉冲串，频率达到20KHz，并不受扫描频率的影响。Q0.0，Q0.1均可以输出PTO或者PWM脉冲，PTO脉冲可以用来输出周期可调、占空比固定为50%的脉冲。

脉冲输出指令格式如图1所示，Q0X端指定Q0.0和Q0.1哪个端口输出脉冲串，并使其普通输出功能失效。相关的特殊标志位寄存器表1：

图1

Q0.0Q0.1功能说明SMB67SMB77控制PTO/PWM脉冲输出基本功能SMB68SMB78控制周期值SMB72SMB82控制输出脉冲数SMB168SMB178多管段PTO包络表起始字节地址SMB67.0SMB77.0PTO/PWM刷新周期值:0=不刷新1=刷新SMB67.1SMB77.1PWM刷新脉冲宽度值:0=不刷新1=刷新SMB67.2SMB77.2PTO脉冲刷新计数值:0=不刷新1=刷新SMB67.3SMB77.3时基选择:0=1us1=1msSMB67.4SMB77.4PWM更新方法:0=异步更新1=同步更新SMB67.5SMB77.5PTO操作:0=单段操作1=多段操作SMB67.6SMB77.6PTO/PWM模式选择0=PTO1=PWMSMB67.7SMB77.7PTO/PWM允许:0=禁止1=允许

要实现N段速度的控制，就要在SMB168或者SMB178中指定包络表起始字节地址，然后根据速度要求设置包络表的相关参数。为简练起见，以1段速为例说明包络结构如表2：

表2 包络表结构

图2

要实现如图2的加速，匀速，减速过程：起始和终止的脉冲频率为2Khz，最大脉冲频率为10KHz，加速段约200个脉冲，匀速段约3600个脉冲，减速段约200个脉冲。需要计算出表2中各个字节的值。以第一段为例，初始周期(1/频率)为500us，脉冲增量为：(结束周期-初始周期)/脉冲数，即为-2us，脉冲数为200个。然后根据表1表2内容即可设置相关寄存器内容，编写程序。采用STL语句表编程，主程序，子程序如下：

主程序：

LD SM0.1

R Q0.0,1

CALL SBR_0:SBR0

子程序：

LD SM0.0 MOVD 200,VD205

MOVB 16#A0,SMB67 MOVW 100,VW209

MOVW 200,VW168 MOVW 0,VW211

PLS 0 MOVD 3600,VD213

MOVB 3,VB200 MOVW 100,VW217

MOVW 500,VW201 MOVW 2,VW219

MOVW -2,VW203 MOVD 200,VD221