plc控制步進(jìn)電機(jī)程序

1、plc控制步進(jìn)電機(jī)程序·采用絕對(duì)位置控制指令(DRVA)，大致闡述FX1S控制步進(jìn)電機(jī)的方法。由于水平有限，本實(shí)例采用非專業(yè)述語論述，請(qǐng)勿引用。·FX系列PLC單元能同時(shí)輸出兩組100KHZ脈沖，是低成本控制伺服與步進(jìn)電機(jī)的較好選擇！·PLS+，PLS-為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)端子，DIR+，DIR-為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的方向信號(hào)端子。·所謂絕對(duì)位置控制(DRVA),就是指定要走到距離原點(diǎn)的位置，原點(diǎn)位置數(shù)據(jù)存放于32位寄存器D8140里。當(dāng)機(jī)械位于我們?cè)O(shè)定的原點(diǎn)位置時(shí)用程序把D8140的值清零，也就確定了原點(diǎn)的位置。·實(shí)例動(dòng)作方式：X0閉合動(dòng)作到A點(diǎn)停

2、止，X1閉合動(dòng)作到B點(diǎn)停止，接線圖與動(dòng)作位置示例如左圖(距離用脈沖數(shù)表示)。·程序如下圖：(此程序只為說明用，實(shí)用需改善。)·說明：·在原點(diǎn)時(shí)將D8140的值清零(本程序中沒有做此功能)·32位寄存器D8140是存放Y0的輸出脈沖數(shù)，正轉(zhuǎn)時(shí)增加，反轉(zhuǎn)時(shí)減少。當(dāng)正轉(zhuǎn)動(dòng)作到A點(diǎn)時(shí)，D8140的值是3000。此時(shí)閉合X1，機(jī)械反轉(zhuǎn)動(dòng)作到B點(diǎn)，也就是-3000的位置。D8140的值就是-3000。·當(dāng)機(jī)械從A點(diǎn)向B點(diǎn)動(dòng)作過程中，X1斷開(如在C點(diǎn)斷開)則D8140的值就是200，此時(shí)再閉合X0，機(jī)械正轉(zhuǎn)動(dòng)作到A點(diǎn)停止。·當(dāng)機(jī)械停在A點(diǎn)時(shí)，再閉

3、合X0，因?yàn)闄C(jī)械已經(jīng)在距離原點(diǎn)3000的位置上，故而機(jī)械沒有動(dòng)作！ ·把程序中的絕對(duì)位置指令(DRVA)換成相對(duì)位置指令(DRVI)：·當(dāng)機(jī)械在B點(diǎn)時(shí)(假設(shè)此時(shí)D8140的值是-3000)閉合X0，則機(jī)械正轉(zhuǎn)3000個(gè)脈沖停止，也就是停在了原點(diǎn)。D8140的值為0·當(dāng)機(jī)械在B點(diǎn)時(shí)(假設(shè)此時(shí)D8140的值是-3000)閉合X1，則機(jī)械反轉(zhuǎn)3000個(gè)脈沖停止，也就是停在了左邊距離B點(diǎn)3000的位置(圖中未畫出)，D8140的值為-6000。·一般兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器端子示意圖：·FREE+，F(xiàn)REE-：脫機(jī)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)的沒有脈沖信號(hào)輸入時(shí)具有自鎖功

4、能，也就是鎖住轉(zhuǎn)子不動(dòng)。而當(dāng)有脫機(jī)信號(hào)時(shí)解除自鎖功能，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)并且不響應(yīng)步進(jìn)脈沖。·V+，GND：為驅(qū)動(dòng)器直流電源端子，也有交流供電類型。·A+，A-，B+，B-分別接步進(jìn)電機(jī)的兩相線圈。此主題相關(guān)圖片如下：此主題相關(guān)圖片如下：PLC 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用一、引言步進(jìn)電機(jī)是一種常用的執(zhí)行元件,它可將電脈沖信號(hào)變換為轉(zhuǎn)軸的角位移。由于它的總的位移量是嚴(yán)格等于輸入的指定脈沖數(shù),或其平均轉(zhuǎn)速嚴(yán)格正比于輸入脈沖的頻率,同時(shí)在其工作頻段內(nèi),可以從一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換到另一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài),因此步進(jìn)電機(jī)具有能精確位移,精確定位,且無累積誤差等特點(diǎn),從而廣泛應(yīng)用于數(shù)字定位控制中

5、。步進(jìn)拖動(dòng)是多元件系統(tǒng),包括:輸入指令脈沖的程控裝置、環(huán)形分配器、功放器和執(zhí)行元件步進(jìn)電機(jī)。而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)源是由環(huán)形分配器,功放器兩部分組成,故步進(jìn)拖動(dòng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。輸入脈沖的程控裝置驅(qū)動(dòng)源步進(jìn)電機(jī)圖1 步進(jìn)拖動(dòng)結(jié)構(gòu)圖FPO 型PLC 指令豐富,執(zhí)行速度快。除一般的指令功能外,它還具有高速計(jì)數(shù)功能,可高速計(jì)數(shù)脈沖數(shù),最高頻率可達(dá)到10kHz ,該功能共有四種工作方式:雙相輸入、加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)和加/ 減計(jì)數(shù)。同時(shí)還有兩個(gè)脈沖輸出口即Y0 和Y1 ,可直接輸出脈沖,這樣就不需要專用的脈沖控制器,而直接利用Y0和Y1 即可實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)源的脈沖控制。故用FPO 型PLC 控制步進(jìn)電機(jī)不僅可靠性強(qiáng)

6、,編程簡單,而且具有很高的性價(jià)比。二、控制步進(jìn)電機(jī)的硬件設(shè)計(jì)本文以我們已設(shè)計(jì)完成的滾子球基面磨床為例。根據(jù)機(jī)床的動(dòng)作要求,步進(jìn)電機(jī)控制部分的硬件設(shè)計(jì)如圖2 所示。輸入端的編號(hào)分別為:X1 為快進(jìn)信號(hào)。當(dāng)X1 閉合后步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行粗磨進(jìn)給。X2 為粗磨結(jié)束信號(hào)。該信號(hào)發(fā)出后步進(jìn)電機(jī)即開始執(zhí)行精磨進(jìn)給。X3 為精磨結(jié)束信號(hào)。該信號(hào)發(fā)出后即表示精磨結(jié)束,開始進(jìn)行光磨。X4 為尺寸到信號(hào)。收到該信號(hào)后,PLC 發(fā)出步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào),使步進(jìn)電機(jī)返回。X5 為近原點(diǎn)信號(hào)。當(dāng)工作臺(tái)移到此處時(shí)該輸入點(diǎn)閉合,步進(jìn)電機(jī)減速運(yùn)行直至到原點(diǎn)處,將原點(diǎn)圖5 WDT及MOV 的應(yīng)用程序五、結(jié)束語影響PLC 控制系統(tǒng)可靠性的

7、因素多種多樣,本文從軟件設(shè)計(jì)的角度提出了提高其可靠性的一些行之有效的方法。應(yīng)用這些方法一般無需增加I/ O 點(diǎn)數(shù)或設(shè)備成本。只要我們?cè)谶M(jìn)行軟件開發(fā)時(shí),充分考慮到系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障,并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的防范程序。這些故障應(yīng)該說是可以避免的,控制系統(tǒng)的運(yùn)行將更加穩(wěn)定。因此,我們認(rèn)為,這些設(shè)計(jì)方法是提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的最經(jīng)濟(jì),最實(shí)用的措施之一。圖2 步進(jìn)電機(jī)控制原理圖到位開關(guān)X0 閉合,步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)。輸出端的Y0 口輸出脈沖信號(hào)至驅(qū)動(dòng)源,從而控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的速度。Y2 口輸出方向控制信號(hào),控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。三、FPO 型PLC 控制步進(jìn)電機(jī)的軟件設(shè)計(jì)一般地,步進(jìn)電機(jī)工作均要經(jīng)過四個(gè)階段,即加速

8、、高速運(yùn)行,減速、低速運(yùn)行直至停止。其脈沖頻率特性如圖3 所示。其中OA 段為加速階段,速度由0 增加到fH ;AB 段為高速運(yùn)行階段;BC 段為減速運(yùn)行階段,速度由fH 減到fL ;CD 段為低速運(yùn)行階段,直至到D 點(diǎn)停止。圖3 脈沖頻率特性FPO 型PLC 位控指令為F168 ,但在使用該指令之前,必須首先確定各參數(shù)值,這些參數(shù)包括步進(jìn)電機(jī)的最低頻率、加減速時(shí)間、最高頻率以及輸出脈沖數(shù),這個(gè)過程稱為建立參數(shù)表,它的格式如表1 所示。其中控制碼的格式為:表1 參數(shù)表S 控制碼S + 1 原始速度FminS + 2 最高速度FmaxS + 3 加速/ 減速時(shí)間S + 4S + 5 輸出脈沖數(shù)S

9、 + 6 K0此處的軟件設(shè)計(jì)僅以尺寸到后步進(jìn)電機(jī)原點(diǎn)返回一段程序?yàn)槔?其它部分的程序相類似。當(dāng)尺寸到信號(hào)發(fā)出即X4 吸合后,步進(jìn)電機(jī)需原點(diǎn)返回,于是按DT100 為首地址的參數(shù)區(qū)內(nèi)的參數(shù)運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)行到近原點(diǎn)處即X5 吸合時(shí), 將K700000 裝入高速計(jì)數(shù)器HSC 的經(jīng)過值寄存器DT9044 中。按參數(shù)表設(shè)定當(dāng)經(jīng)過值為K700000 時(shí)電機(jī)減速,于是電機(jī)減速運(yùn)行,當(dāng)運(yùn)行到原點(diǎn)壓到X5 時(shí)X5 吸合,而X5 是高速計(jì)數(shù)器的硬件復(fù)位信號(hào),于是將高速計(jì)數(shù)器HSC 復(fù)位,停止脈沖輸出,電機(jī)停轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的原點(diǎn)返回,梯形圖及參數(shù)表如圖4 所示。圖4 控制梯形圖及參數(shù)表(表1 參數(shù)表S 控制碼S +

10、 1 原始速度FminS + 2 最高速度FmaxS + 3 加速/ 減速時(shí)間S + 4S + 5 輸出脈沖數(shù)S + 6 K0此處的軟件設(shè)計(jì)僅以尺寸到后步進(jìn)電機(jī)原點(diǎn)返回一段程序?yàn)槔?其它部分的程序相類似。當(dāng)尺寸到信號(hào)發(fā)出即X4 吸合后,步進(jìn)電機(jī)需原點(diǎn)返回,于是按DT100 為首地址的參數(shù)區(qū)內(nèi)的參數(shù)運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)行到近原點(diǎn)處即X5 吸合時(shí), 將K700000 裝入高速計(jì)數(shù)器HSC 的經(jīng)過值寄存器DT9044 中。按參數(shù)表設(shè)定當(dāng)經(jīng)過值為K700000 時(shí)電機(jī)減速,于是電機(jī)減速運(yùn)行,當(dāng)運(yùn)行到原點(diǎn)壓到X5 時(shí)X5 吸合,而X5 是高速計(jì)數(shù)器的硬件復(fù)位信號(hào),于是將高速計(jì)數(shù)器HSC 復(fù)位,停止脈沖輸出,電機(jī)停

11、轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的原點(diǎn)返回,梯形圖及參數(shù)表如圖4 所示。圖4 控制梯形圖及參數(shù)表S7-200CPU本身帶有高速脈沖輸出功能，特另是224XP（CN）的高速輸出頻率達(dá)到100kHz，十分適合作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖，配以細(xì)分型的驅(qū)動(dòng)器，在某些應(yīng)用場合，效果逼近伺服電機(jī)，取得性能和經(jīng)濟(jì)性的最佳平衡。 1 項(xiàng)目簡介薄膜卷繞機(jī)需要進(jìn)行自動(dòng)化控制改造。原設(shè)備采用機(jī)械式計(jì)數(shù)，卷繞動(dòng)力采用離合器傳動(dòng)，元件卷繞的起動(dòng)、停止、圈數(shù)控制等均由人工操作控制，因此存在產(chǎn)品參數(shù)離散性大、產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率因人而異等不足之處。工藝要求簡述：由于卷制材料是10幾微米的薄膜，要求卷軸平穩(wěn)起動(dòng)，均勻加速，以使用張力平穩(wěn)；中間在

12、某些位置需要停頓，作一些必要的處理，再繼續(xù)卷繞；和起動(dòng)一樣，停頓或停止時(shí)，必須均勻減速，保持張力平穩(wěn)；要求最后圈數(shù)準(zhǔn)確。2 控制系統(tǒng)構(gòu)成S7-200PLC應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)目要求的控制功能。S7-200CPU本體已含有高速脈沖輸出功能，普通型號(hào)的CPU脈沖輸出頻率達(dá)20KHz，而224XP（CN）更是高達(dá)100kHz，可以用來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，再由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)卷繞主軸旋轉(zhuǎn)，完成工藝所要求的動(dòng)作。步進(jìn)電機(jī)在成本上具有優(yōu)勢，但是步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性不如伺服電機(jī)，而兩者的定位精度（圈數(shù)）的控制，在本工藝?yán)锒伎梢赃_(dá)到要求。我們考慮先試用步進(jìn)電機(jī)的方案。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上是由相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器負(fù)

13、責(zé)的，所以步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)齒數(shù)等等問題由相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器解決，選擇步進(jìn)電機(jī)要考慮的主要是體積、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等，不是本文的重點(diǎn)；PLC向驅(qū)動(dòng)器送的僅為代表速度與位置的脈沖，這里要考慮的是步進(jìn)電機(jī)在規(guī)定的轉(zhuǎn)速下是否足夠平穩(wěn)，是否適合作為薄膜卷繞的動(dòng)力。我們作了一個(gè)模型機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，采用細(xì)分型的驅(qū)動(dòng)器，在50齒的電機(jī)上達(dá)到10000步/轉(zhuǎn)，經(jīng)17：25齒的同步帶減速傳動(dòng)（同時(shí)電機(jī)的振動(dòng)也可衰減），結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)很平穩(wěn)，粗步確定可以達(dá)到工藝要求。于是正式試制一臺(tái)，也獲得成功，性能達(dá)到工藝要求，目前已經(jīng)按此方案批量進(jìn)行改造。CPU選擇224XPCN DC/DC/DC，系統(tǒng)構(gòu)成如下：224XP*1、步進(jìn)電機(jī)*2、細(xì)分型驅(qū)

14、動(dòng)器*2、TD200*1、LED顯示屏*1、編碼器*1。2.1 PTO0（Q0.0）輸出一路高速脈沖，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)卷繞主軸的旋轉(zhuǎn)；2.2 PTO1（Q0.1）輸出一路高速脈沖，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)主軸的水平直線移動(dòng)；2.3 一個(gè)正交增量型編碼器裝在主軸上，作為卷繞圈數(shù)的反饋；2.4 TD200作為人機(jī)界面，用于設(shè)定參數(shù)2.5 一個(gè)LED顯示屏用于顯示實(shí)時(shí)的卷繞圈數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，工人需要時(shí)時(shí)參考卷繞的進(jìn)度，LED顯示比LCD醒目，所以這里放置了一個(gè)自制的LED顯示屏。LED屏和PLC的連接方式，可參考本人在2003年的專家論文集中的文章。3 控制系統(tǒng)完成的功能3.1 控制系統(tǒng)首先要實(shí)現(xiàn)的功能，是卷繞的平穩(wěn)起動(dòng)

15、、加速、減速、平穩(wěn)停止。在新版的S7-200中，支持高速輸出口PTO0/PTO1的線性加/減速，通過MicroWin的向?qū)С绦?，非常容易?shí)現(xiàn)。實(shí)際上，以目前的情況，線性加減速只能使用向?qū)傻某绦?，Siemens沒有公開獨(dú)立可使用的指令。3.2 使用位置控制向?qū)梢韵滤膫€(gè)子程序（僅限CPU內(nèi)的PTO，不包括專用模塊的情況），以PTO0為例：3.2.1 PTO0_CTRL：每周期調(diào)用一次，可以控制PTO0的行為；3.2.2 PTO0_MAN：可以控制PTO0以某一頻率輸出脈沖，并且可以通過程序隨時(shí)中止（減速或立即中止）；3.2.3 PTO0_RUN：運(yùn)行(在向?qū)е猩?包絡(luò)，以預(yù)定的速度輸出確

16、定個(gè)數(shù)的脈沖，也可以通過程序隨時(shí)時(shí)中止（減速或立即中止）。3.2.4 PTO0_LDPOS：裝載位置用，本例使用相對(duì)位置，所以不必裝載。本例的工藝要求，輸出脈沖數(shù)可變（圈數(shù)可設(shè)定），又要在工藝允許的情況下盡可能地按指定的速度運(yùn)行，也要隨時(shí)能夠減速停止，包括人工手動(dòng)的停車要求。直接使用PTO0_MAN和PTO0_RUN都無法直接滿足要求，以下來研究配合輔助手段如何實(shí)現(xiàn)。3.3 精確的位置（圈數(shù)）控制3.3.1 PTO0_RUN + 中斷卷繞定位與圈數(shù)控制，達(dá)到0.1圈以內(nèi)的精度即可，以10000步/轉(zhuǎn)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，0.1圈相當(dāng)于1000脈沖。假使PTO正以最高100kHz速度輸出脈沖，以1ms的

17、時(shí)間響應(yīng)中斷，脈沖的誤差約為100個(gè)，所以從理論上說，中斷方式把脈沖誤差控制在1000個(gè)以下完全可以。如何實(shí)現(xiàn)？我們來看下面一個(gè)PTO0_MAN指令執(zhí)行的示意圖：有恒速階段無恒速階段當(dāng)PTO0_MAN指令RUN=1允許脈沖輸出時(shí)，脈沖序列從最低速（起始速度，本例設(shè)為100p/s，很小，可以認(rèn)為0）線性加速，加到指定速度speed后保持勻速，當(dāng)收到減速停止RUN=0命令時(shí)，線性減速，至最低速后停止。所以，我們只要在脈沖輸出前計(jì)算出停止指令執(zhí)行的位置，并在此位置設(shè)置中斷以便執(zhí)行減速停止指令，就可保證輸出的序列脈沖個(gè)數(shù)在要求的誤差范圍內(nèi)。計(jì)算過程：本例加速和減速的斜率是相同的，比較簡單，如果兩個(gè)斜率

18、不同，計(jì)算稍麻煩一點(diǎn)，原理差不多。3.3.1.1 用向?qū)梢粋€(gè)最高速單速包絡(luò)，從生成的PTO0_DATA中找出加速和減速脈沖數(shù)（可以參考3.3.2節(jié)的描述），如果加減速斜率相同，這兩個(gè)數(shù)應(yīng)該是一樣的，由于計(jì)算精度的關(guān)系，差幾個(gè)脈沖也屬正常。這個(gè)數(shù)據(jù)在程序中可以作為常數(shù)使用。3.3.1.2 如果目標(biāo)脈沖數(shù)大于加速和減速脈沖數(shù)之和，表示脈沖輸出可以加速到最高速，有恒速階段，那么中斷位置=目標(biāo)脈沖數(shù)-減速脈沖數(shù)；3.3.1.3 如果目標(biāo)脈沖數(shù)不大于加速和減速脈沖數(shù)之和，無恒速階段，包絡(luò)變成一個(gè)等腰三角形（兩邊斜率相同的情況），那么中斷位置=目標(biāo)脈沖數(shù)/2。3.3.1.4 更進(jìn)一步，水平恒速的速度可變，就象本案的情況，卷繞速度是可設(shè)定的，而且這個(gè)速度受機(jī)械/電機(jī)最高限速、薄膜最高線速的限制，取三者中的最小值，然后才能確定加速到該速度所需的脈沖數(shù)，通過簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算即可獲得。3.3.2 PTO0_RUN + 修改包絡(luò)參數(shù)段0：加速段，加速脈沖數(shù)在VD1033段1：恒速段，恒速脈沖數(shù)在VD1043段2：減速段，減速脈沖數(shù)在VD1063段3：最終減速脈沖數(shù)，VD1063