西门子200系列PLC直流步进电机控制方法.docx
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西门子200系列PLC直流步进电机控制方法
西门子200系列PLC直流步进电机控制方法
直流步进电机plc控制方法
系统功能概述：
本系统采用PLC通过步进电机驱动模块控制步进电机运动。
当按下归零按键时，电机1和电机2回到零点（零点由传感器指示）。
当按下第一个电机运行按键时，第一个电机开始运行，直到运行完固定步数或到遇到零点停止。
当按下第二个电机运行按键时，第二个电机开始运行，运行完固定步数或遇到零点停止。
两电机均设置为按一次按键后方向反向。
电机运行时有升降速过程。
PLC输入点I0.0为归零按键，I0.1为第一个电机运行按键，I0.2为第二个电机运行按键，I0.3为第一个电机传感器信号反馈按键，I0.4为第二个电机传感器信号反馈按键。
PLC输出点Q0.0为第一个电机脉冲输出点，Q0.1为第二个电机脉冲输出点，Q0.2为第一个电机方向控制点，Q0.3为第二个电机方向控制点，Q0.4为电机使能控制点。
所用器材：
PLC：
西门子S7-224xpcn及USB下载电缆。
编程及仿真用软件为V4.0STEP7MicroWINSP3。
直流步进电机2个，微步电机驱动模块2个。
按键3个。
24V开关电源一个。
导线若干。
各模块连接方法：
PLC与步进电机驱动模块的连接：
驱动模块中EN+、DIR+、CP+口均先接3k电阻，然后接24V电源。
第一个驱动模块CP-接PLC的Q0.0，DIR-接PLC的Q0.2，EN-接PLC的Q0.4
第二个驱动模块CP-接PLC的Q0.1，DIR-接PLC的Q0.3，EN-接PLC的Q0.4
注意：
1、PLC输出时电压为24V，故和驱动器模块连接时，接了3k电阻限流。
2、由于PLC处于PTO模式下只有在输出电流大于140mA时，才能正确的输出脉冲，故在输出端和地间接了200欧/2w下拉电阻，来产生此电流。
（实验室用的电阻功率不足，用200欧电阻时功率至少在24*24/200=2.88w，即用3w的电阻）
3、PLC与驱动模块连接时，当PLC输出低电平时不能将驱动模块电平拉低，故在EN-和DIR-上接了200欧/2W下拉电阻
驱动模块与电机接法：
驱动模块的输出端分别与电机4根线连接
电机传感器与PLC连接：
传感器电源接24v，信号线经过240欧电阻（试验中两个470电阻并联得到）与24v电源上拉后，信号线接到PLC的I0.3和I0.4
打开如下界面：
选择配置s7-200PLC内置PTO/PWM操作，点击下一步，如下图
根据需要选择Q0.0或Q0.1，点击下一步，如下图
选择线性脉冲串输出（PTO），将下方使用高速计数器HSC0前的勾点上，点击下一步，如下图
输入电机此应用项目中最高电机速度（MAX_SPEED）和电机的启动/停止速度（SS_SPEED），默认是100000和5000，修改好了点击下一步，如下图
输入电机加速和减速时间。
默认均为1000ms。
点击下一步，如下图
然后出现如下界面，选择新包络。
选项中可以选择相对位置和单速连续旋转，由于步进电机有加减速过程，故选择相对位置。
输入步0的目标速度，即运动时的限速，在下方的框中输入结束位置，由于是相对位置，故此处位置即为所要走的距离。
电机绘制包络，右方出现的梯形的图即为速度线。
改变左下角的保罗定义符号名为MOTOR1，点击确认，
然后选择V存储区的地址范围，一般默认即可，点击下一步
点击完成。
这样，通过位置控制向导就生成了4个PTO函数，分别是PTOx_CTRL、PTOx_RUN、PTOx_MAN、PTOx_LDPOS。
PTOx_CTRL子程序（控制）使能和初始化步进电机或伺服电机的PTO输出。
在程序中仅能使用该子程序一次，并保证每个扫描周期该子程序都被执行。
一直使用SM0.0作为EN输入的输入。
I_STOP（立即STOP）输入量为一个布尔量输入。
当输入为低电平时，PTO功能正常操作。
当输入变为高电平时，PTO立即终止脉冲输出。
D_STOP（减速STOP）输入量为一个布尔量输入。
当输入为低电平时，PTO功能正常操作。
当输入变为高电平时，PTO产生一个脉冲串将电机减速到停止。
DONE输出是一个布尔量输出。
高电平表示CPU已经执行完子程序。
当Done位为高电平时，Error字节以一个无错误代码或错误代码来报告是否正常完成。
若在向导中启用了HSC，则C_Pos参数包含以脉冲数表示的模块当前位置。
否则，当前位置将一直为0
PTOx_RUN子程序（运行包络）命令PLC在一个制定的保罗中执行运动操作，此包络存储在组态/包络表中。
接通EN位，使能该子程序。
确保EN位保持接通，直至Done位指示该子程序完成。
接通START参数以初始化包络的执行。
对于每次扫描，当START参数接通且PTO当前未激活时，指令激活PTO。
要保证该命令只发一次，使用边沿检测命令以脉冲触发START参数接通。
接通参数Abort，命令位控模块停止当前的包络，并减速直至电机停下。
PTOx_MAN子程序（手动模式）使PTO置为手动模式。
这可以是电机在向导中制定的范围内以不同的速度启动、停止和运行。
如果启用了PTOx_MAN子程序，则不应执行其他任何PTOx_RUN指令。
允许RUN参数，命令PTO加速到指定速度。
即使电机在运行时，也可改变速度参数的值。
禁止参数RUN择命令PTO减速，直至电机停止。
PTOx_LDPOS指令（装载位置）改变PTO脉冲计数器的当前位置值为一个心智。
可以通过该指令为一个运动命令建立一个新的零位置。
本系统将电机1的PTO设置为Q0.0输出，使用高速计数器HSC0，最高电机速度2000HZ，启动/停止速度100HZ，加速500ms，减速500ms，步0的目标速度2000HZ，总位移8000脉冲，分配存储区为VB0到VB69。
可得到PTO0的包络表如下所示：
//----------------------------------------------------------------
//输出Q0.0的PTO包络表
//----------------------------------------------------------------
VB0 'PTOA' //
VW4 54 //FREQ
VD6 204800 //SS_SPEED
VD10 4096000 //MAX_SPEED
VD14 16#04000939 //K_ACC
VD18 16#84FFF6C7 //K_DEC
VB22 1 //NUMPROF
VW23 25 //OFFS_0
VB25 4 //包络0的NUM_SEGS
VB26 0 //保留。
VB27 0 //段0的S_STEP
VB28 16#08 //S_PROP
VD29 +204800 //SFREQ
VD33 525 //加速的脉冲数
VB37 0 //段1的S_STEP
VB38 16#04 //S_PROP
VD39 +4098089 //SFREQ
VD43 6948 //恒速的脉冲数
VB47 0 //段2的S_STEP
VB48 16#00 //S_PROP
VD49 -1 //SFREQ
VD53 526 //减速的脉冲数
VB57 0 //段3的S_STEP
VB58 16#10 //S_PROP
VD59 +204800 //SFREQ
VD63 1 //最终减速的脉冲数
VB67 0 //保留。
VB68 0 //保留。
VB69 0 //保留。
由上表可知加速脉冲数为75057，存于VD33中。
恒速脉冲为49881，存于VD43中。
减速脉冲为75061，存于VD53中。
最终的减速的脉冲数为1，存于VD63中。
我们控制步进电机可以通过PTOx_CTRL和PTOx_RUN两个子程序。
电机控制过程中，加减速脉冲数不方便修改，因为线性加减速的指令并不清楚，所以只好修改恒速段的脉冲数。
唯一的限制是，总的脉冲数，必须大于加减速段+最终减速段脉冲数之和，也即恒速段的脉冲不能小于1。
此处总的脉冲数，最小值应为525+526+1+1=1053个脉冲。
当然电机加减速时间如果较小，此脉冲数会变小。
电机2的PTO设置为Q0.1输出，使用高速计数器HSC3，最高电机速度20000HZ，启动/停止速度100HZ，加速500ms，减速500ms，步0的目标速度2000HZ，总位移10000脉冲，分配存储区为VB70到VB139。
可得到PTO0的包络表如下所示：
//----------------------------------------------------------------
//输出Q0.1的PTO包络表
//----------------------------------------------------------------
VB70 'PTOA' //
VW74 54 //FREQ
VD76 204800 //SS_SPEED
VD80 40960000 //MAX_SPEED
VD84 16#03000C13 //K_ACC
VD88 16#83FFF3ED //K_DEC
VB92 1 //NUMPROF
VW93 25 //OFFS_0
VB95 4 //包络0的NUM_SEGS
VB96 0 //保留。
VB97 0 //段0的S_STEP
VB98 16#08 //S_PROP
VD99 +204800 //SFREQ
VD103 100 //加速的脉冲数
VB107 0 //段1的S_STEP
VB108 16#04 //S_PROP
VD109 +4111824 //SFREQ
VD113 9797 //恒速的脉冲数
VB117 0 //段2的S_STEP
VB118 16#00 //S_PROP
VD119 -1 //SFREQ
VD123 102 //减速的脉冲数
VB127 0 //段3的S_STEP
VB128 16#10 //S_PROP
VD129 +204800 //SFREQ
VD133 1 //最终减速的脉冲数
VB137 0 //保留。
VB138 0 //保留。
VB139 0 //保留。
电机1和电机2参数可根据实际需要修改。
使用步骤：
（1）在启动PTO0_RUN之前，计算出恒速段的脉冲数=目标脉数数-加减速脉冲数之和-1，填入包络表中的恒速位置；此系统中电机1恒速脉冲保存在VD43，电机2恒速脉冲数保存在VD113中。
（2）启动PTO0_RUN。
具体程序见附件中步进电机PLC控制.xps
程序流程图如下：
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