PLC控制步进电机的程序设计.pdf

第 2期 总第 1 9 5期 2 0 1 6年 4月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CA1 ENGI NEERI NG AUTOMATI ON No． 2 Ap r ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 6 0 2 一 O 1 7 3 0 3 P L C控制步进 电机 的程序设计 原 慧军 山西机 电职业技术 学院 电子电气工程系 ，山西 长治0 4 6 0 1 1 摘要 基于 P I C设计 了步进 电机传 动系统。利用位置控 制 向导，结合规 划好 的运 动包 络数据 ，配置高速脉 冲 P T O控制 电机运 行位 置和速度。设计 了主程序梯 形 图，编 写了复位子程 序、回原 点子程序 、电机 运行子 程序及急停处理子程序等 。结果 显示，步进 电机 可以精确定 位 ，满足控制要求。 关键词 P I C；步进 电机；程序；位 置控制 向导 中图分类 号TP 2 7 3 文献标识码 A 1工作 任务 要求 本设计 的工作任务要求如下 1 电机传动系统通电正常， 按下复位按钮 ， 自动 执行复位操作 ， 回到原点位置 ， 复位完成．， 按下启动按 钮 ， 系统启 动 。 2 电机驱动系统从原点出发， 以不小于 3 2 0砌n ／ s 的速度 向目标点前行移动 。 3 待到达 目标点后 ， 系统执行返 回原点操作 ， 以 4 4 0 mm／ s的速度 高速 返 回到 8 0 0 mm 处 ， 再 以不 大 于 1 5 0 mm／ s的速度低速运行至原点停止。 4 系统运行返 回原点后 ， 一个工作流程结束 ， 当 没有停止信号时 ， 自动开始下一个周期 卜 。 2步进 电机 传动 系统 主要 设备 2 ． 1 控 制单 元 步进电机传动系统 的输入信号有按钮／ 开关等主 令信号 ， 以及各种传感器信号等 ； 输出信号有高速脉冲 信号和方向信号 ， 以及各种运行状态指示信号等。选 用西 门子 S 7 2 2 6 D C ／ DC ／ D C 型 P I C， 其有 2 4点输 入， 1 6点晶体管输出。 2 ． 2步进 电机及 驱动 器 选 用 的 电 机 为 Ki n c o三 相 步 进 电 机 3 S 5 7 Q一 0 4 0 5 6 ， 与之相配套的驱动器 为 Ki n c o 3 M4 5 8步进驱 动器 。驱 动器 所 需 直 流 电 源 为 DC 2 4 V， 设 定 驱 动 器 拨 动开关 DI P 1 、 DI P 2 、 DI P 3均为 OF F状态， 即电机每 转需要1 0 0 0 0个脉冲； DI P 4为 OF F状态 ， 即选择静态 半 流 ； 设定 D I P 5为 OF F状态 ， DI P 6 、 D I P 7 、 D I P 8均为 ON状态 ， 即输出相电流为 5 ． 2 A。 2 ． 3 系统其 他组 件 系统 其他 组件 包括 步进 电 动机 、 同步 齿轮 、 同步传 输带和直线导轨 等。同步齿 轮共有 1 1个齿 ， 齿距为 5 mm， 即同步 齿轮 旋转 一 周 同步带 直线 位移 为 5 5 mm， 相应地传动装置直线位移为 5 5 mm， 实现精确定 位 。系统还安装有左限位、 原点限位和右 限位保护开 关 。当机械部件沿导轨作直线往复运动超越过左极限 或右极限位置时， 左极限或右极限开关就会动作 ， 相应 地其常开触点会动作闭合 ， 并向系统控制单元发送越 程故障信号， 起到保护设备的作用 ； 原点限位开关用来 提供装置往复运行时的起始信号。 3 P LC控 制 P I C与步进 电机的接线原理 见图 1 。其 中， P L C 输入点 1 0 ． 0与 限位开关 s Q1相连， 实现原点 到位检 测； 输入点 1 0 ． 1与限位开关 S Q2相连 ， 且 同中间继 电 器 KAl的线圈相连 ， 实现左极限位保护 ； 输入点 I O ． 2 与限位开关 s Q3相连 ， 且 同中间继 电器 KA2的线 圈 相连 ， 实现右极限位保护 。当传动装置 向左前移时 ， 发 生左越程碰撞极 限开关 S Q2 ， 其就会动作使常开触点 闭合 ， 此时 1 0 ． 1变为低 电平 0 V信号传递给 P L C； 同 时， 中间继 电器 K A1线圈所在 的电气 回路接通 ， 得电 动作 ， KA1的常闭触点断开 ， 此 时步进 电机驱动器脉 冲信号回路将断开 ， 停止 向外发出高速脉冲， 电机停止 运行。同理， 使用中间继电器 KA2的线圈和常闭触点 是为了在发生右越程碰撞极限开关 S Q3后 ， 驱动器停 止向外发脉冲， 强制停止 电机 。由此可见 ， 由于编写程 序错误而引起的冲撞极 限可能会造成设备损坏现象 ， 可以通过中间继 电器 KA1 和 KA2硬件 电路接线 的联 锁保护来避免故障的发生。 Ⅱ 1M 1M s Q2 『 I O ． o 1 L F R E E U F R E E V I I 1 0 ． 1 Q o O 2 j7 2 w 、 P L S W I J s Q3幽 2 K 1 ／ 2 w r P L S v l 1 0 ． 2 Q 0 1 卜 斗 _ D I R G N D L DI GN B 步进 电机驱动器 图 l P I C与步进 电机的接线原理图 4位 置控 制 向导编 程 S TE P 7 一 Mi c r o ／ wI N提供 的位 置控 制 向导功能 ， 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 一 l 3 ；修订 日期 2 0 1 5 1 2 2 O 作者简介 原慧军 1 9 8 0 一 ，男 ，山西长 治人 ，讲师 ，硕士 ，主要从事机电一体化教学工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 7 4 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 6年 第 2期 可以很快完成配置 7 - 2 0 0内置 P T O／ P WM 或位控模 块操作 ， 生成的位置指令直接用在应用程序中， 实现动 态控制电机的位置和速度。依据工作任务要求和系统 布置规划了步进电机运行的运动包络数据， 见表 1 。 表 1 步 进电机运行的运动包络数据 运 动 包 络I 站 点 l 位 移 m m l臼 标速 度 m m ／ s 移 动 方向 0 f 原 点 到目 标 点 f 9 6 0 { 3 3 0 l l 目 标 点 到 高 速回 零 处l 8 0 0 l 4 4 0 D I R 5 程序 设计 根据工作任务控制要求， 系统应实现如下功能 处 理来 自按钮／ 开关的主令信号 ； 处理运行 中停车 如紧 急停止、 掉电等 后复位到原点的操作 ； 处理产生控制 系统执行机构的信号 ； 处理步进 电动机 的定位控制等 信号 。为此 ， 除编写主程序外 ， 还编写了初态复位子程 序 、 返回原点子程序 、 控制 电机运行子程序以及急停信 号处理子程序等 。 5 ． 1 主程序 结 构 系统 主 程序 如下 1 每一扫描周期都需要调用 P TO 0 一 C TR I 子程 序 ， 见 图 2 。 M1 1 ． 7 V B5 00 V D5 0 6 图 2 P TO0 一 C TRI 子 程 序 调 用 2 检查系统初始状态 时， 应完成装置的准备就 绪工作 ， 准备就绪后等待启动 ， 见图 3 。 就绪 R 1 状态 R ． 1 M 5 ．2 M1 ．O M 5 ． 2 单站复位 1 2 ． 5 初态检查 M 5 ． 0 卜 _ _ _ 1卜 _ _ _ S i 5 0 I 。 悉检 查复 位I 卜 _ E ⋯一 ⋯ I 11 5 ． 2 初 态检查 11 5 ． 0初态 检查 11 5 ． 0 卜 _ - - 1卜 _ _ R I 2 ． 4 主站就绪 11 5 ． 2 运行状态 M 1 ． 0 图 3 复位初态及启动操作 3 按下启动按钮 后， 工作运行过程 中有时要进 行停车信号的处理， 见 图 4 。 图 4 工 作 运 行 及 停 车 操 作 5 ． 2 复位初 始 状 态子程序 及 返 回原 点子程 序 为确 定 系统是 否 准 备 就 绪 ， 是 否 可 以启 动投 入 运 行 ， 系统 通 电后 ， 首先 按 下 复 位 按 钮 ， 主 程 序 就 开始 调 用复位初始状态子程序 ， 进入执行机构操作和返 刚原 点等复位操作以及检查初始状态阶段。装置运行返回 至原点的操作 ， 整个工作过程会频繁地进行 ， 一个 可调 用的回原点操作子程序见图 5 。 包络2 完成M 1 0 ． 2 V B5 0 0 VB 5 0 2 VB S 0 4 VD 5 0 6 图 5回原 点 子 程序 5 ． 3 控 制 电机 运行 子程 序 控制电机运行过程是一个单序列的步进顺序控制 过程。参考程序 S TL如下 I S CR 3 0 ． 0 f ．D S M 0 0 S BRl 0，M 4 ． 0 M 4 ． 0 S 31 ． 0 S 31 ． 0 S M 0 ． 0 L6 0 ． 0 M 1 0 ． 0 I 6 3 ． 7 L6 0 ． 0 S BR3，L6 3． 7 ，0，1 0 ．1 ，M 1 0 ． 0．VB5 0 0， VB5 O 2，VB5 0 4 。VD5 0 6 M 1 0 ． 0 S3 1 ． 1 S3 1 ． 1 S M 0 ． 0 S BRl l ，M 4 ． 1 M 4 ． 1 S 3 1 ． 2 S 3 1 ． 2 SM 0 ． 0 I 6 0． 0 Q0 ． 1 T E R T E R 上 R A 叫 一 一 一 叫 ∞ 呲 A ∞ ∞ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m