(山東科技大學(xué)機械電子工程學(xué)院 山東 青島 266590)

基于PLC的步進電機多段速控制方法研究

于蘭浩董漢政王鳳嬌王賀

(山東科技大學(xué)機械電子工程學(xué)院山東青島266590)

一、引言

在現(xiàn)在自動化生產(chǎn)線中，經(jīng)常需要對某一器件的位置進行控制，比如上下料機械手的來回移動，我們需要讓機械手在指定位置準(zhǔn)確停止。在開環(huán)控制中，常用的運動執(zhí)行部件是步進電機，它是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。而運動控制裝置一般為PLC，因為PLC可以輸出頻率非常高的脈沖串，而這是一般單片機所不能的。故選用PLC加步進電機可以實現(xiàn)非常精確的位置控制，在一般工業(yè)場合可以滿足需要。

二、步進電機(stepping motor)簡介

步進電機是一種運動執(zhí)行部件，它可以將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移，其特點是沒有積累誤差，因而廣泛用于各種開環(huán)控制。當(dāng)步進電機接受到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按照設(shè)定的方向旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，因而我們可以通過發(fā)送脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的。同時可以控制脈沖頻率來控制電動機的速度和加速度，從而達到調(diào)速目的。

步進電機并不是直接接到PLC上的，而是要有一個電子裝置驅(qū)動，這個裝置稱為步進電機驅(qū)動器，它把PLC發(fā)出的信號進行放大以驅(qū)動步進電機。因此典型的步進電機驅(qū)動系統(tǒng)由三部分組成：控制器，由單片機或者PLC實現(xiàn)；驅(qū)動器；步進電機。

三、PLC控制程序設(shè)計

本文我們選用的是西門子s7-200PLC，控制原理是相通的，選用三菱、ABB的PLC同樣可以達到控制目的。S7-200晶體管輸出型PLC的Q0.0和Q0.1口可以輸出高速脈沖串，頻率達到20KHz，并不受掃描頻率的影響。Q0.0，Q0.1均可以輸出PTO或者PWM脈沖，PTO脈沖可以用來輸出周期可調(diào)、占空比固定為50%的脈沖。

脈沖輸出指令格式如圖1所示，Q0X端指定Q0.0和Q0.1哪個端口輸出脈沖串，并使其普通輸出功能失效。相關(guān)的特殊標(biāo)志位寄存器表1：

圖1

Q0.0Q0.1功能說明SMB67SMB77控制PTO/PWM脈沖輸出基本功能SMB68SMB78控制周期值SMB72SMB82控制輸出脈沖數(shù)SMB168SMB178多管段PTO包絡(luò)表起始字節(jié)地址SMB67.0SMB77.0PTO/PWM刷新周期值:0=不刷新1=刷新SMB67.1SMB77.1PWM刷新脈沖寬度值:0=不刷新1=刷新SMB67.2SMB77.2PTO脈沖刷新計數(shù)值:0=不刷新1=刷新SMB67.3SMB77.3時基選擇:0=1us1=1msSMB67.4SMB77.4PWM更新方法:0=異步更新1=同步更新SMB67.5SMB77.5PTO操作:0=單段操作1=多段操作SMB67.6SMB77.6PTO/PWM模式選擇0=PTO1=PWMSMB67.7SMB77.7PTO/PWM允許:0=禁止1=允許

要實現(xiàn)N段速度的控制，就要在SMB168或者SMB178中指定包絡(luò)表起始字節(jié)地址，然后根據(jù)速度要求設(shè)置包絡(luò)表的相關(guān)參數(shù)。為簡練起見，以1段速為例說明包絡(luò)結(jié)構(gòu)如表2：

表2 包絡(luò)表結(jié)構(gòu)

圖2

要實現(xiàn)如圖2的加速，勻速，減速過程：起始和終止的脈沖頻率為2Khz，最大脈沖頻率為10KHz，加速段約200個脈沖，勻速段約3600個脈沖，減速段約200個脈沖。需要計算出表2中各個字節(jié)的值。以第一段為例，初始周期(1/頻率)為500us，脈沖增量為：(結(jié)束周期-初始周期)/脈沖數(shù)，即為-2us，脈沖數(shù)為200個。然后根據(jù)表1表2內(nèi)容即可設(shè)置相關(guān)寄存器內(nèi)容，編寫程序。采用STL語句表編程，主程序，子程序如下：

主程序：

LD SM0.1

R Q0.0,1

CALL SBR_0:SBR0

子程序：

LD SM0.0 MOVD 200,VD205

MOVB 16#A0,SMB67 MOVW 100,VW209

MOVW 200,VW168 MOVW 0,VW211

PLS 0 MOVD 3600,VD213

MOVB 3,VB200 MOVW 100,VW217

MOVW 500,VW201 MOVW 2,VW219

MOVW -2,VW203 MOVD 200,VD221

四、結(jié)束語

經(jīng)過實驗，該方法可以平穩(wěn)實現(xiàn)步進電機三段速控制，根據(jù)該原理可以實現(xiàn)其它多段速控制，在一般工業(yè)場合都能滿足要求。若要實現(xiàn)閉環(huán)控制，可以在電機軸裝編碼器，進行相應(yīng)調(diào)整。

于蘭浩(1993-)男，山東科技大學(xué)機械電子工程學(xué)院，在讀碩士研究生。