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基于步进电机驱动自动生产线输送系统的P L C 控制郝万新 基于步进 电机驱动 自动生产 线输送 系统的P L C 控制 郝万新 辽宁石化职业技术学院 辽宁锦州，1 2 1 0 0 1 摘 要 步进电机是一种专门用于速度和位置精确控制的特种电机，满足 自 动生产线中输送单元的精确定位功能。利用西门 子s 7 2 0 0 P L C 内置P T 0 ／ P W M 发生器可以方便为步进电机驱动器提供脉冲，通过s 7 2 0 0 的运动包络配置功能，可以实现步进电机不同 运行模式的控制。 关键词 P L C ； 步进电机； 自动生产线； 包络配置 Ab s t r a c t T h e s t e p p e r mo t o r i s a s p e c i a l mo t o r f o r p r e c i s e c o n t r o l o f s p e e d a n d p o s i t i o n t o me e t t h e p r e c i s e p o s i t i o n i n g o f t h e t r a n s mi s s i o n u n i t i n t h e a u t o ma t i c p r o d u c t i o n l i n e ． Us i n g S i e me n s S 7 ． 2 0 0 P LC b u i l t P T O ／ P W M g e n e r a t o r c o n v e n i e n t f o r t h e s t e p p e r m o t o r d r i v e t o p r o v i d e p u l s e ， mo t i o n e n v e l o p e s t h r o u g h t h e S 7 - 2 0 0 c o n fi g u r a t i o n f u n c t i o n s ， y o u c a n a c h i e v e d i f f e r e n t o p e r a t i n g mo d e s o f t h e s t e p p e r mo t o r c o n t r o 1 ． Ke y wo r d s P L C， S t e p p e r mo t o r ； Au t o ma t i c p r o d u c t i o n l i n e ； T h e e n v e l o p e c o n fi g u r a t i o n 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 - 9 2 2 7 2 0 1 2 一 0 6 - 0 1 7 2 - 0 2 0 概 述 自动生产线由供料单元、加工单元、装配单元、分拣单元 和输送单元组成。每一个单元都由～台西门子S T - 2 0 0 P L C 进行控 制，输送单元完成各个单元之间的工件的搬运与输送，其动作 受到各个其他单元工件的状态影响，各单元之间通过P P I 通信进 行协调控制。要求输送单元按照工序流程精确定位到指定工序 单元物料台，并在该物料台抓取工件，将工件输送到下一工序 指定地点放下，实现准确、快速传送工件。系统中采用步进电 机作为输送单元驱动。 步进电机是一种专门用于速度和位置精确控制的特种电 机，它旋转是以固定的角度一步一步运行的，是一种将电脉冲 转化为角位移的执行机构。步进电机位移量与输入脉冲数严格 成正比例，其转速与脉冲的频率和步进电机的步进角有关。 步进电机必须使用专用的步进电机驱动设备才能够正常工 作，步进电机的运动性能不仅仅取决于步进电机本身，还取决 于驱动器的性能，具有细分步功能的驱动器会提高步进电机的 性能。步进电机驱动器的脉冲由s 7 2 o o P L c 提供。 1 步进电机驱动器 步进电机驱动器是一种能使步进电机运转的功率放大器， 能把控制器发来的脉冲信号转化为步进电机的驱动电流，电机 的转速与脉冲频率成正比，所以控制脉冲频率可以 精确调速， 控制脉冲数就可以精确定位。3 M D 5 6 0 驱动器可驱动3 线、6 线三 相电机，典型接线如图l 所示。 端子P U L 与P U L 一 输入脉冲端子，P U L 信号为公共端， 收稿 日期 2 O 1 2 一 O 9 2 0 作者简介 郝万新 1 9 6 8 - ，男，满族，副教授，本科， 工 程硕 士， 主要研究方向为控制工程。 1 7 2 接电源正极 5 V 。P U L 为脉冲信号输入端，脉冲宽度应大于 1 ． 2 “S ； 端子D I R 与D I R 一 方向控制端，方向信号的高电平对 应4 ～ 5 V ，低电平时对应0～ 0 ． 5 V 。为保证电机可靠换向，方 向信号应先于脉冲信号至少5 u s 建立 ； 端子E N A 与E N A - 使能信 号， E N A _ 端接低电平时，驱动器将切断电机各相的电流使电机 处于自由状态，此时步进脉冲不被响应，当不需用此功能时， 使能信号端悬空即可； 端子 V 与G N D 端子 V 为直流电源正极， I 8 V ～ 5 0 V 间任何值均可，但推荐值为3 6 V 左右； 端子U 、V 、w 为 三相步进电机接线端。 图1 3 M D 5 6 0 典型接线图 3 M D 5 6 0 的D I P 共设7 个开关，分别为S WI S W 7 。其 中 S W 1 ～S W 4 用于输出电流设定，S W 6～ S W 8 为步数细分设定。设定 输出电流设定与步数细分设定见表1 所示。s 、jIf 5 为静态半流设 定，S W 5 打到O F F 位置时，为静态半流，打到o N 位置时，为静态 全流。设定驱动器S W 1 一S W 4 为O N S W 6～S W 8 为O F F ，S W 5 打到O F F 位置。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表2 0 1 2 年第6 期 总第1 6 4 期 表1步进电机运行作站之间传送距离和脉冲量 步进电机驱动的输送机械手通过齿轮传送带与步进电机连 接，通过限位开关设定输送机械手的起始原点为供料单元，经 过试验，得到各工作站之间传送所需脉冲量见表1 所示。 2 S 7 - 2 0 0 P L C 的P L C 控制 s 7 2 0 0 有两个内置P T O ／ P W M 发生器，用以建立高速脉冲串 P T O 或脉宽调节 P W M 信号波形。一个发生器指定给数字输出 点Q 0 ． 0 ，另一个发生器指定给数字输出点Q o ． 1 。当组态一个输 出为P T O 操作时，生成一个5 o ％占空比脉冲串用于步进电机位 置的开环控制。 s T E P 7 一 M i c r o ／ w I N 提供的位控向导可以帮助用户在很短的 时间内全部完成P W M 、P T O 或位控模块的组态。一个包络是一个 预先定义的移动描述，它包括一个或多个速度，影响着从起点 到终点的移动。一个包络由多段组成，每段包含一个达到目标 速度的加速 ／减速过程和以目标速度匀速运行的一串固定数量 的脉冲 。 2 ． 1 电机速度参数设定 输入最高电机速度 “ 9 0 0 0 0 ”，把 电机启动 ／停止速度 设定为 “ 5 0 0 0 ”，加速时间 、减速时间分别为 1 5 0 0 m s 和 2 0 0 m s 。 2 ． 2 运 动 包络配置 图2 为配置运动包络的界面，该界面要求设定操作模式、 1 个步的目标速度 、结束位置等步的指标，以及定义这一包络 的符号名。在操作模式选项中选择相对位置控制，填写包络 “ 1 ”中数据目标速度 “ 6 0 0 0 0 ”，结束位置 “ 5 4 3 0 0 ”，点击 “ 绘制包络”。注意，这个包络只有1 步。第1 个包络的设置， 即完成了从供料站至加工站的运动包络设置。 图 2 设 置 包 络 点击 “ 新包络”，设置下一个包络，按表2 中下面3 个位置 数据输入包络中。最后低速回零，设定为单速连续运行模式， 选择这种模式后，所出现的界面中写入 目标速度2 0 0 0 。运动包 络编写完成后，向导会要求为运动包络指定V 存储区地址。 3 ． 3 调用位控向导生成项目组件 运动包络组态完成后，向导会为所选 的配置生成三个 项 目组件 子程序 ，分别是 F T O xR U N 子程序 运行包络 、 P T O x CT R L 子程序 控制包络 和P T O x _ M A N 子程序 手动模式 。 1 P T 0 x R U N 子程序 该子程序命令P L C 执行存储于配置 ／ 包络表的指定包络的运动操作。运行这一程序的梯形图，如图 3 所示 。 图3运行包络P T O xR U N 子程序 2 P T 0 x C T R L 子程序 控制和启用初始化P T O 输出。该子 程序在用户程序中只使用一次，并且应使在每次扫描时得到执 行。即始终使用S M 0 ． o 作为E N 输入，如图4 所示。 SHn0 PT0O． ． E ； TRL - I 柳 嘧 D-SToP j，e 图4 运行P T O x_C T R L 子程序 3 P T 0 x _M A N 子程序 PTOO _ M AN EN RU S 培d Et | C‰ V BS ／ 0 VD5 16 图5 运行P T O x_M A N 子程序 3 结束语 自动生产线输送系统采用步进电机驱动，具有定位准确、 控制简单的特点。使用 7 - 2 0 0 的位控向导进行步进电机运动包 络设定，可以自由实现步进电机的P L C 控制，其响应速度快、 运行平稳，大大提高了输送系统的工作效率，降低了成本。 参考文献 [ 1 ] S I E M E N S S I M A TI C S 7 - 2 0 0 可 编 程 序 逻 辑控 制 器 系 统 手册 [ M ] ， S I E M N S ， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 蔡锦达等． P P I 协议与西门子s 7 2 0 0 P L C 的通讯[ J ] ，工业控制计算 机 ，2 0 0 6 ， 4 1 3 4 ． [ 3 ] 卢志俊 等． P P I 协议在监 控系 统中的应 用研 究 [ J ] ． 微型 计算机信 息 ，2 0 0 8 ， 2 8 1 7 9 - 1 8 1 。 [ 4 ] 秦雄志． 小型P L C 多级联网在 自动输送 线中的应用 [ J ] ． 微型计算机 信息 ，2 0 0 4 ， 8 1 2 7 1 2 8 ． [ 5 ]刘 彬． 自动生产线安装与调试 [ M ] ， 北京 化 学工业 出版社， 2 0 1 2 ． 1 7 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m