項目五PLC特殊功能模塊應(yīng)用任務(wù)四步進電機定位控制

1、 任務(wù)四 步進電機的定位控制項目五 PLC特殊功能模塊應(yīng)用 1.掌握高速計數(shù)器的基本應(yīng)用 2.熟悉PLC高速脈沖輸出的使用 3.應(yīng)用PLC對步進電機定位控制 學時: 3 習題: 5.7 5.5教學目的和要求 目 錄一、任務(wù)導入和分析二、相關(guān)知識 高速計數(shù)器三、任務(wù)實施四、知識拓展 高速脈沖輸出 項目五小結(jié)一、任務(wù)導入與分析 本任務(wù)是由增量傳感器進行位置監(jiān)視實現(xiàn)對步進電機定位控制。其控制系統(tǒng)示意圖如圖5-21所示。為了求出傳感器信號，將該信號作為PLC的高速計數(shù)器的輸入信號，這樣可以檢測出位置誤差。如當起停頻率超出時，通過計數(shù)丟失可以檢測到位置錯誤。一旦檢測出位置誤差，就應(yīng)以較低頻率進行位置校正

2、。 圖5-21 步進電機定位控制系統(tǒng)示意圖步進電機B路 A路I1.3 傳感器信號I1.2 傳感器信號增量軸編碼器 CPU224 控制系統(tǒng)的初始化：在程序的第一個掃描周期設(shè)置重要參數(shù)；對高速計數(shù)器HSC2進行設(shè)置，HSC2對檢測定位的增量軸編碼器信號計數(shù)，傳感器的A路和B路信號分別作為PLC輸入端I1.2和I1.3的輸入。 由增量傳感器進行定位監(jiān)視，在輸出脈沖結(jié)束之后，等待T1時間，以便使連接電機和傳感器的軸連接的扭轉(zhuǎn)振動消失。 軸位置的實際值和設(shè)定值的比較：T1到時后，子程序4對實際值和設(shè)定值進行比較。如果軸的位置在設(shè)定位置的2步范圍內(nèi)，定位就是正確的。如果實際位置在此目標范圍之外，當超過起停

3、頻率時那就會造成電機失步情況，此時，Q1.1就會輸出一個警告信號。 位置的校正：若定位錯誤被檢測出來，則啟動第一等待定時器T2。此后，根據(jù)設(shè)定值和實際值之間的差值計算出校正的步數(shù)。當校正時，電機頻率低于起停頻率，以防新的步數(shù)丟失。二、相關(guān)知識 高速計數(shù)器 前面講的計數(shù)器的計數(shù)速度受掃描周期的影響，對于比CPU掃描頻率高的脈沖輸入，就會出現(xiàn)脈沖丟失現(xiàn)象。 S7-200系列PLC為用戶提供了高速計數(shù)器（HC），它是以中斷方式對機外高頻信號計數(shù)的計數(shù)器，常用于現(xiàn)代自動控制中的精確定位和測量。CPU22x系列高速計數(shù)器的最高計數(shù)頻率為30KHz 。 1. 高速計數(shù)器指令 HDEF HSC ，MODE

4、HSC N 高速計數(shù)器定義 高速計數(shù)器運行控制 圖5-22 高速計數(shù)器指令格式 （1）高速計數(shù)器定義指令 高速計數(shù)器定義指令HDEF：為指定的高速計數(shù)器分配工作模式。工作模式的選擇即選擇了高速計數(shù)器的輸入脈沖、計數(shù)方向、復位和起動功能。每個高速計數(shù)器在使用前只能用一次HDEF指令。高速計數(shù)器編號HSC為05；工作模式MODE為011。（2）高速計數(shù)器運行控制指令 根據(jù)高速計數(shù)器的特殊存儲器位的狀態(tài)，按照HDEF指令指定的工作模式，設(shè)置和控制高速計數(shù)器的運行。N為05 ，指定高速計數(shù)器編號。 2. 高速計數(shù)器的控制 （1）控制字節(jié) 定義了計數(shù)器和工作模式之后，還要設(shè)置高速計數(shù)器的有關(guān)控制字節(jié)。每

5、個高速計數(shù)器均有一個控制字節(jié)，它決定了計數(shù)器的計數(shù)允許或禁用，方向控制（僅限模式0、1和2）或?qū)λ衅渌Ｊ降某跏蓟嫈?shù)方向，裝入當前值和預(yù)置值?？刂谱止?jié)每個控制位的說明如表5-5所示。 （2）狀態(tài)字節(jié) 每個高速計數(shù)器還有一個狀態(tài)字節(jié)，狀態(tài)位表示當前計數(shù)方向以及當前值是否大于或等于預(yù)置值。每個高速計數(shù)器狀態(tài)字節(jié)的狀態(tài)位如表5-6所示。狀態(tài)字節(jié)的04位不用。監(jiān)控高速計數(shù)器狀態(tài)的目的是使外部事件產(chǎn)生中斷，以完成重要的操作。表5-5 高速計數(shù)器的控制字節(jié)HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5說明SM37.0SM47.0SM57.0 xSM147.0 x復位有效電平控制：0=高電平有效；1=

6、低電平有效xSM47.1SM57.1xxx起動有效電平控制：0=高電平有效；1=低電平有效SM37.2SM47.2SM57.2xSM147.2x正交計數(shù)器計數(shù)速率選擇：0=4計數(shù)速率；1=1計數(shù)速率SM37.3SM47.3SM57.3SM137.3SM147.3SM157.3計數(shù)方向控制位：0 = 減計數(shù)；1 = 加計數(shù)SM37.4SM47.4SM57.4SM137.4SM147.4SM157.4向HSC寫入計數(shù)方向：0 = 無更新；1 = 更新計數(shù)方向SM37.5SM47.5SM57.5SM137.5SM147.5SM157.5向HSC寫入新預(yù)置值：0 = 無更新；1 = 更新預(yù)置值SM37

7、.6SM47.6SM57.6SM137.6SM147.6SM157.6向HSC寫入新當前值：0 = 無更新；1 = 更新當前值SM37.7SM47.7SM57.7SM137.7SM147.7SM157.7HSC允許：0 = 禁用HSC ； 1 = 啟用HSC表5-6 高速計數(shù)器狀態(tài)字節(jié)的狀態(tài)位HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5說明SM36.5SM46.5SM56.5SM136.5SM146.5SM156.5當前計數(shù)方向狀態(tài)位：0 = 減計數(shù)；1 = 加計數(shù)SM36.6SM46.6SM56.6SM136.6SM146.6SM156.6當前值等于預(yù)設(shè)值狀態(tài)位：0 = 不相等；1 =

8、等于SM36.7SM46.7SM56.7SM136.7SM146.7SM156.7當前值大于預(yù)設(shè)值狀態(tài)位：0 = 小于或等于；1 = 大于 每個高速計數(shù)器都有一個帶符號的32位當前值和一個32位預(yù)置值。表5-7 HSC0-HSC5當前值和預(yù)置值占用的特殊內(nèi)部標志位存儲區(qū)高速計數(shù)器HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5新的當前值SMD38SMD48SMD58SMD138SMD148SMD158新的預(yù)置值SMD42SMD52SMD62SMD142SMD152SMD1623. 高速計數(shù)器的工作模式 高速計數(shù)器可以定義為下面4種工作類型： 內(nèi)部方向控制的單相計數(shù)器; 外部方向控制的單相計數(shù)器

9、; 雙脈沖輸入的雙相增/減計數(shù)器; A/B相正交脈沖輸入計數(shù)器。 每種高速計數(shù)器類型又可定義為3種工作狀態(tài)： 無復位、無啟動輸入; 有復位、無啟動輸入; 既有復位又有啟動輸入。 所以有12種高速計數(shù)器的工作模式，如表5-8。表5-8 高速計數(shù)器的工作模式和輸入端子的關(guān)系HSC模式功能及說明占用的輸入端子及其功能HSC0I0.0I0.1I0.2HSC1I0.6I0.7I1.0I1.1HSC2I1.2I1.3I1.4I1.5HSC3I0.1HSC4I0.3I0.4I0.5HSC5I0.40內(nèi)部方向控制的單相計數(shù)器 (如控制字節(jié)中的 .3位=0為減計數(shù), 控制字節(jié)中的 .3位=1為加計數(shù)）脈沖輸入端

10、1復位端2復位端起動3外部方向控制的單相計數(shù)器（方向控制端=0，減計數(shù)；方向控制端=1，加計數(shù)。）脈沖輸入端方向控制端4復位端5復位端起動6雙脈沖輸入的雙相增/減計數(shù)器（加計數(shù)有脈沖輸入，加計數(shù)；減計數(shù)有脈沖輸入，減計數(shù)。）加計數(shù)脈沖輸入端減計數(shù)脈沖輸入端7復位端8復位端起動9A/B相正交脈沖輸入計數(shù)器（A相超前B相90，加計數(shù)；A相滯后B相90，減計數(shù)。） A相脈沖輸入端 B相脈沖輸入端10復位端11復位端起動 4. 高速計數(shù)器的應(yīng)用 （1）使用高速計數(shù)器的一般步驟 用首次掃描時接通一個掃描周期的特殊內(nèi)部存儲器SM0.1去調(diào)用一個子程序，完成初始化操作。 在初始化的子程序中，根據(jù)希望的控制設(shè)

11、置控制字節(jié)（詳見表5-5），如設(shè)置SMB47=16#F8，則為：允許計數(shù)，寫入新當前值，寫入新預(yù)置值，更新計數(shù)方向為加計數(shù)，若為正交計數(shù)設(shè)為4，復位和起動設(shè)置為高電平有效。 執(zhí)行HDEF指令，設(shè)置HSC的編號（05），設(shè)置工作模式（011）。如HSC的編號設(shè)置為1，工作模式輸入設(shè)置為11，則為既有復位又有起動的正交計數(shù)工作模式。 用新的當前值寫入32位當前值寄存器（詳見表5-7）。如寫入0，則清除當前值。當前值隨計數(shù)脈沖的輸入而不斷變化，運行時當前值可以由程序直接讀取HSCn得到。 用新的預(yù)置值寫入32位預(yù)置值寄存器（詳見表5-7）。如執(zhí)行指令“MOVD 1000，SMD52”，則設(shè)置HSC1

12、預(yù)置值為1000。若寫入預(yù)置值為16#00，則高速計數(shù)器處于不工作狀態(tài)。 為了捕捉當前值等于預(yù)置值的事件，將條件CV=PV（當前值=預(yù)置值）中斷事件號（如HSC1的事件號為13）與一個中斷程序相聯(lián)系。 為了捕捉計數(shù)方向的改變，將方向改變的中斷事件號（如HSC1的事件號為14）與一個中斷程序相聯(lián)系。 為了捕捉外部復位，將外部復位中斷事件號（如HSC1的事件號為15）與一個中斷程序相聯(lián)系。 執(zhí)行全局中斷允許指令ENI，允許高速計數(shù)器中斷。 執(zhí)行HSC指令使S7-200對高速計數(shù)器編程進行計數(shù)。 高速計數(shù)器指令應(yīng)用如圖5-23所示。例子中的主程序用首次掃描時接通一個掃描周期的特殊內(nèi)部存儲器位SM0.

13、1去調(diào)用一個子程序，完成初始化操作。在初始化子程序SBR_0中完成對高速計數(shù)器HSC1的配置 （2）高速計數(shù)器指令應(yīng)用舉例 / 主程序/ 首次掃描時，調(diào)用SBR_0LD SM0.1CALL SBR_0主程序圖5-23 高速計數(shù)器指令應(yīng)用舉例 16#C8三、任務(wù)實施1分配I/O及內(nèi)存變量地址 表5-9 步進電機定位控制系統(tǒng)I/O地址分配輸 入 輸 出以度為單位的定位角（對偶碼）I0.0I0.7 脈沖輸出Q0.0 啟動按鈕I1.0 旋轉(zhuǎn)方向信號Q0.2 停止按鈕I1.1 操作模式顯示Q1.0 傳感器信號（A路）I1.2 定位錯誤顯示Q1.1 傳感器信號（B路）I1.3“設(shè)置/取消參考點”按鈕(確認

14、開關(guān))I1.4 選擇旋轉(zhuǎn)方向的開關(guān)I1.5表5-10 步進電機定位控制系統(tǒng)內(nèi)存變量地址分配標 志 信 號精 度電機運轉(zhuǎn)標志位M0.1T1等待時間到標志位M1.1允許偏差的下限AC0鎖定標志位M0.2計算步數(shù)時的輔助內(nèi)存單元MD8,MD12允許偏差的上限AC1參考點標志位M0.3脈沖輸出結(jié)束標志位M20.0設(shè)定值A(chǔ)C2完成第一次定位標志位M0.4錯誤定位計數(shù)器MW25輔助寄存器AC32繪制步進電機定位控制系統(tǒng)工作流程圖5-24啟動主程序初始化(第一個掃描周期)選擇旋轉(zhuǎn)方向( I1.5 )子程序1中指定操作模式(搜索參考位置)設(shè)置參考點？定位控制( 子程序2 )位置監(jiān)視設(shè)定參考點查找參考值定位錯誤

15、發(fā)生了嗎？已有兩個不成功的校正嘗試？鎖定控制確認定位錯誤結(jié)束主程序子程序5中進行位置校正是是是否否否3編制PLC程序并調(diào)試/ 脈沖寬度=0(脈寬調(diào)制)/設(shè)置HSC2的控制字節(jié)/設(shè)置HSC2的工作模式為10/激活HSC2/若沒有錯誤定位/則高速定位(T=200微秒)/若電動機停止(M0.1=0)/且按下旋轉(zhuǎn)方向開關(guān)(I0.5=1)/則逆時針旋轉(zhuǎn)(Q0.2=1)/若按電機停止按鈕I1.1/或有3個錯誤定位/則激活鎖定/若I1.0=1, M0.1=0, M0.2=0, M0.4=0/且在上升沿/且步數(shù)=1,則/置HSC2的起始值為0/啟動HSC2/置PTO0的控制字節(jié)/電機運轉(zhuǎn)標志置位M0.1=1/

16、啟動輸出端Q0.0輸出脈沖/用1000HZ進行位置校正式開始/刪除定位激活信號(Q1.0=0)/為新的參考點設(shè)置最大脈沖數(shù)/輸出定位激活信號Q1.0=1/將預(yù)設(shè)定位角從輸入字節(jié)IB0/復制到MD8的最低有效字節(jié)MB11/角度/9=a1+r1(a1是商,r1是余數(shù))(后面程序詳教材)圖5-25 步進電機定位控制的梯形圖程序四、知識拓展 高速脈沖輸出 S7-200有PTO、PWM兩臺高速脈沖發(fā)生器。 PTO可輸出指定個數(shù)、指定周期的方波脈沖（占空比50%）；PWM可輸出脈寬變化的脈沖信號，用戶可以指定脈沖的周期和脈沖的寬度。若一臺發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點Q0.0，另一臺發(fā)生器則指定給數(shù)字輸出點Q0.

17、1。當PTO、PWM發(fā)生器控制輸出時，將禁止輸出點Q0.0、Q0.1的正常使用；當不使用PTO、PWM高速脈沖發(fā)生器時，輸出點Q0.0、Q0.1恢復正常的使用，即由輸出映像寄存器決定其輸出狀態(tài)。 脈沖輸出指令的格式如圖5-26所示。其中數(shù)據(jù)輸入Q必須是0或1的常數(shù)。 脈沖輸出指令PLS功能：使能有效時，檢查用于程序設(shè)置的特殊存儲器位，激活由控制位定義的脈沖操作，從Q0.0或Q0.1輸出高速脈沖。 PTO、PWM兩臺高速脈沖發(fā)生器都由PLS指令激活輸出。1脈沖輸出指令及輸出方式PLS Q5-26 脈沖輸出指令格式2高速脈沖輸出的控制 （1）控制字節(jié)和參數(shù)的特殊存儲器 每個PTO/PWM發(fā)生器都有：一個控制字節(jié)（8位）、一個脈沖計數(shù)值（無符號的32位數(shù)值）、一個周期時間和脈寬值（均為無符號的16位數(shù)值）。這些值都放在特定的特殊存儲區(qū)，如表5-11所示。執(zhí)行PLS指令時，S7-200讀這些特殊存儲器位，然后執(zhí)行特殊存儲器位定義的脈沖操作，即對相應(yīng)的PTOPWM發(fā)生器進行編程。 （2）狀態(tài)字節(jié)的特殊存儲器 除了控制信息外，還有用于PTO功能的狀態(tài)位，如表5-11所示。程序運行時，根據(jù)運行狀態(tài)使某些位自動置位?？梢酝ㄟ^程序來讀取相關(guān)位的狀態(tài)，用此狀態(tài)作為判斷條件，實現(xiàn)相應(yīng)的