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1、工程技术Projecttechnique基于西门子S7-200PLC控制步进电机的设计及应用徐智杜逸鸣熊田忠孙承志(三江学院电气系210012)【摘要】PLC控制步进电机在许多工业控制中应用广泛,本文介绍了PLC对步进电机的速度控制有3个方面:一是对步进电机运PLC(ProgrammableLogicController)通过发送脉冲和方向信号给步进行脉冲频率的控制;二是对步进电机启动、停止时加减速的控制;电机的驱动器,由驱动器来控制步进电机工作的原理。本设计采用三是对运转脉冲数目的控制。PLC和大功率晶体管实现步进电机的驱动和控制,结构简单,可靠性西门子
2、PLC的组态软件STEP7———Micro/WIN提供了位置高,成本低,实用性强,具有较高的通用性和应用推广价值。控制向导可以帮助我们在几分钟内全部完成PTO、PWM或位控【关键词】步进电机;PLC;驱动器模块的组态。该向导可以生成位控指令,可以用这些指令在应用程序中对速度和位置进行动态控制。S7—200PLC提供了脉冲串1引言输出功能PTO(PulseTrainOutput),可以输出两路最高20KHz的PLC是广泛应用于工业自动化领域的控制器,PLC及其有关脉冲序列,脉冲周期和脉冲个数由用户编程设定。不仅如此,S7—的设备,都按易于与工业控制系统连成一
3、个整体、易于扩充功能的200PLC指令集中还提供了两种脉冲输入方式供应程度选择:单段原则而设计。现在,PLC功能得到了很大的扩充和完善,比如为了管线的PTO输出和多段线的PTO输出。单段管线PTO仅支持配合步进电机的控制,许多PLC都内置了脉冲输出功能,并设置了一段自定义周期和脉冲个数的脉冲串输出;而多段线PTO相当于相应的控制指令,可以很好地对步进电机进行控制,实现和其它设多个单段PTO无缝连接在一起输出,并且允许单段内的脉冲周期备的通信等。本文用SIEMENS公司CPU226晶体管输出型PLC恒增量(或恒减量)变化。PTO功能极大的方便了步进电机控制领
4、控制步进电机。域的应用,特别是在非常简单流畅,系统抗干扰性能好,运行稳定。2步进电机的控制方法1)操作模式步进电机控制方法框图如图1所示。控制方案是通过上位机使用STEP7———Micro/WIN位置控制向导,为线性脉冲串输出设定参数,利用S7-200PLC的高速脉冲输出功能输出脉冲信号,(PTO)操作组态一个内置输出。选择Q0.0或Q0.1,组态作为PTO的送给大功率管组成的驱动电路,经过驱动器去控制步进电机实现输出。在位置控制向导对话框中选择“配置S7-200PLC内置PTO/位置控制。其中本文中的PLC为西门子公司的CPU226DC/DC/PWM操作
5、”,从下拉对话框中选择“线性脉冲串输出(PTO)”。DC、驱动器为某公司的SH-20403两相混合式步进电机细分驱动2)参数设定器、步进电机为42BYG250B型,步距角1.8°。电机启动/停止速度(SS_SPEED):输入该数值满足应用的电机在低速时驱动负载的能力,如果SS_SPEED的数值过低,电机和负载在运动的开始和结束时可能会摇摆或颤动。如果SS_SPEED的数值过高,电机会在启动时丢失脉冲,并且负载在试图停止时会使电机超速。在此设为100。在该系统中,小车主要是在电机匀速转动时工作的,所以加速与本文的控制过程为某运料小车在A—B两地之间运行(如图
6、2减速时间越小越有利于小车的起停工作,但是时间太小会影响步进电所示),装料及卸料,要求定位准确,运行平稳。机的使用寿命,在此加速时间设为1000ms,减速时间设为200ms。在该系统中,我们希望的第一步(步0)目标速度为1100(介于MAX_SPEED和MIN_SPEED之间)。假设α为步进电机一步转过的角度θ,为步进电机总共需要转的角度ψ,为步进电机需要的总脉冲数,φ为车轮总共转过的角度,n为减速箱的传动比,于是计算包络总位移3PLC对步进电机的速度控制及定位(即步进电机需要的总脉冲数)的公式为:ψ=θ/α=nφ/α(1)步进电机在启动和停止时有一个加速
7、及减速过程,且加速度由于小车从A点到B点(如图2所示),车轮应转30圈,即10800°。越小则冲击越小,动作越平稳。所以,步进电机工作时一般要经历在该系统中α,=1.8°,n=1,因此由公式(1)可以推出ψ=6000。这样—个变化过程:加速→恒速(高速)→减速→恒速(低速)→停创建包络中的一个步是工件运动的一个固定距离,包括加速和止。步进电机转速与脉冲频率成正比,所以输入步进电机的脉冲减速时间内的距离。在小车控制系统中有的需要中间变速度,使小频率也要经过一个类似变化过程。如果步进电机启动加速时速度车行走更平滑、噪音小,所以需要建立多个包络和多个步,即将总的
8、太慢,由于驱动力不够导致小车运动不起来;相反,若启动速度过脉冲数分
