西门子S7-200PLC中高速脉冲输出的应用

王宗伟

摘要：步进电动机是一种将脉冲信号转变成角位移的执行元件，通过控制脉冲的个数及频率来实现位移和速度的控制。本文基于一个实际应用案例，利用了西门子S7-200 PLC提供的高速脉冲输出功能，逐步逐项的设计分析，实现了对步进电动机的速度和位置的控制。

关键词：步进电动机;西门子S7-200 PLC;高速脉冲;实际应用

0  引言

西门子S7-200 PLC提供高速脉冲输出功能，由Q0.0或Q0.1输出端产生高速脉冲，用于驱动步进电动机等负载，实现速度和位置的控制。

高速脉冲输出形式常用的有两种，一是脉宽调制（PWM），输出周期一定，占空比可调的高速脉冲串;一是脉冲串输出（PTO），输出周期可调，占空比为50%的脉冲串，如图1所示，两种均内置于PLC中，此外还可以采用附加的EM253位控模块。

1  应用案例

本论文基于西门子S7-200 PLC的高速脉冲输出功能控制步进电动机，其中PLC的型号是CPU224DC/DC/DC，步进驱动器使用雷赛M535，步进电动机参数为1.8°/2.8A，要求实现以下功能：

①完成步進电动机速度控制，运行速度为500r/min。

②完成步进电动机正反转点动控制。

③完成步进电动机增量位置控制。要求向正方向以增量方式运行1转。

2  设计流程

2.1 绘制电气原理图，完成I/O地址分配。

根据控制要求，绘制电气原理图如图2，I/O地址分配如表1。

其中：①驱动器PUL接口为脉冲信号接口，驱动器接收到脉冲信号转换成步进电机的角位移。脉冲上升沿有效，PUL-高电平时4～5V，低电平时0～0.5V。为了可靠响应脉冲信号，脉冲宽度应大于1.2μs。如采用+12V或+24V时需串电阻，本文中串联了3kΩ的电阻。

②驱动器DIR接口为方向信号接口，高/低电平信号，为保证电机可靠换向，方向信号应先于脉冲信号至少5μs建立。电机的初始运行方向与电机的接线有关，互换任一相绕组（如A+、A-交换）可以改变电机初始运行的方向，DIR-高电平时4～5V，低电平时0～0.5V。

③驱动器ENA接口为使能信号，此输入信号用于使能或禁止。ENA+接+5V，ENA-接低电平（或内部光耦导通）时，驱动器将切断电机各相的电流使电机处于自由状态，此时步进脉冲不被响应。当不需用此功能时，使能信号端悬空即可。

④驱动器提供了电流及细分功能的设置功能，可根据实际需要完成设置。本文中所有数据均基于电流及细分设置之后计算得出。

2.2 程序设计

2.2.1 实现方法

①使用STEP7-Micro/Win提供的PTO/PWM向导功能，生成若干个子程序，在主程序中通过调用子程序实现对步进电机速度和位置的控制，如图3所示。

②使用S7-200 PLC本体的脉冲输出指令集MAP指令库，其中提供了两个库指令“MAP SERV Q0.0”和“MAP SERV Q0.1”，分别用于Q0.0和Q0.1的脉冲输出控制。（图4）

2.2.2 程序及注释

3  结语

步进电动机由于其没有累计误差，精度较高，被广泛应用于各种自动化控制中。本文正是使用MAP脉冲输出库指令的方法，实现了西门子S7-200 PLC对步进电动机的速度和位置的控制。该方法清晰实用，有很好的借鉴价值。

参考文献：

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