基于西门子S7_200PLC控制步进电机的设计及应用

1、工程技术 Project technique 基于西门子S7 200PLC控制步进电机的设计及应用 徐 智 杜逸鸣 熊田忠 孙承志 三江学院电气系 210012 摘 要 PLC控制步进电机在许多工业控制中应用广泛 本文介绍了 PLC Programmable Logic Controller 通过发送脉冲和方向信号给步进 电机的驱动器 由驱动器来控制步进电机工作的原理 本设计采用 PLC和大功率晶体管实现步进电机的驱动和控制 结构简单 可靠性 高 成本低 实用性强 具有较高的通用性和应用推广价值 关键词 步进电机 PLC 驱动器 1 引言 PLC是广泛应用于工业自动化领域的控制器 PLC及其有关 的设备 都按易于与工业控制系统连成一个整体 易于扩充功能的 原则而设计 现在 PLC功能得到了很大的扩充和完善 比如为了 配合步进电机的控制 许多PLC都内置了脉冲输出功能 并设置了 相应的控制指令 可以很好地对步进电机进行控制 实现和其它设 备的通信等 本文用SIEMENS公司CPU226晶体管输出型PLC 控制步进电机 2 步进电机的控制方法 步进电机控制方法框图如图1所示 控制方案是通过

2、上位机 设定参数 利用S7 200PLC的高速脉冲输出功能输出脉冲信号 送给大功率管组成的驱动电路 经过驱动器去控制步进电机实现 位置控制 其中本文中的PLC为西门子公司的CPU226DC DC DC 驱动器为某公司的SH 20403两相混合式步进电机细分驱动 器 步进电机为42BYG250B型 步距角1 8 本文的控制过程为某运料小车在A B两地之间运行 如图2 所示 装料及卸料 要求定位准确 运行平稳 3 PLC对步进电机的速度控制及定位 步进电机在启动和停止时有一个加速及减速过程 且加速度 越小则冲击越小 动作越平稳 所以 步进电机工作时一般要经历 这样 个变化过程 加速 恒速 高速 减速 恒速 低速 停 止 步进电机转速与脉冲频率成正比 所以输入步进电机的脉冲 频率也要经过一个类似变化过程 如果步进电机启动加速时速度 太慢 由于驱动力不够导致小车运动不起来 相反 若启动速度过 大 又会造成机器的磨损程度增加同时噪音也很大 因此恰倒好处 的设置启动曲线段的初始周期及脉冲数尤为重要 才能使整个小 车的稳定性得到提高 PLC对步进电机的速度控制有3个方面 一是对步进电机运 行脉冲频率

3、的控制 二是对步进电机启动 停止时加减速的控制 三是对运转脉冲数目的控制 西门子PLC的组态软件STEP 7 Micro WIN提供了位置 控制向导可以帮助我们在几分钟内全部完成PTO PWM或位控 模块的组态 该向导可以生成位控指令 可以用这些指令在应用 程序中对速度和位置进行动态控制 S7 200PLC提供了脉冲串 输出功能PTO Pulse Train Output 可以输出两路最高20KHz的 脉冲序列 脉冲周期和脉冲个数由用户编程设定 不仅如此 S7 200PLC指令集中还提供了两种脉冲输入方式供应程度选择 单段 管线的PTO输出和多段线的PTO输出 单段管线PTO仅支持 一段自定义周期和脉冲个数的脉冲串输出 而多段线PTO相当于 多个单段PTO无缝连接在一起输出 并且允许单段内的脉冲周期 恒增量 或恒减量 变化 PTO功能极大的方便了步进电机控制领 域的应用 特别是在非常简单流畅 系统抗干扰性能好 运行稳定 1 操作模式 使用STEP 7 Micro WIN位置控制向导 为线性脉冲串输出 PTO 操作组态一个内置输出 选择Q0 0或Q0 1 组态作为PTO的 输出 在位置控

4、制向导对话框中选择 配置S7 200 PLC内置PTO PWM操作 从下拉对话框中选择 线性脉冲串输出 PTO 2 参数设定 电机启动 停止速度 SS SPEED 输入该数值满足应用的电 机在低速时驱动负载的能力 如果SS SPEED的数值过低 电机和 负载在运动的开始和结束时可能会摇摆或颤动 如果SS SPEED 的数值过高 电机会在启动时丢失脉冲 并且负载在试图停止时会 使电机超速 在此设为100 在该系统中 小车主要是在电机匀速转动时工作的 所以加速与 减速时间越小越有利于小车的起停工作 但是时间太小会影响步进电 机的使用寿命 在此加速时间设为1000ms 减速时间设为200ms 在该系统中 我们希望的第一步 步 0 目标速度为1100 介于 MAX SPEED和MIN SPEED之间 假设 为步进电机一步转过的 角度 为步进电机总共需要转的角度 为步进电机需要的总脉冲数 为车轮总共转过的角度 n为减速箱的传动比 于是计算包络总位移 即步进电机需要的总脉冲数 的公式为 n 1 由于小车从A点到B点 如图2所示 车轮应转30圈 即10800 在该系统中 1 8 n 1 因此由公式

5、1 可以推出 6000 创建包络中的一个步是工件运动的一个固定距离 包括加速和 减速时间内的距离 在小车控制系统中有的需要中间变速度 使小 车行走更平滑 噪音小 所以需要建立多个包络和多个步 即将总的 脉冲数分为多个步 最后绘制的电机运动包络如图3所示 4 程序实现 脉冲输出向导将根据所选的配置生成项目组件 主要有子程 序PTOx CTRL PTOx RUN PTOx MAN PTOx LDPOS PTOx 311 工程技术 Project technique 图3 步进电机运动包络图 ADV 通过创建五个唯一的指令子程序 位控向导使得控制内置 PTO更加容易 编程调用PTO0 CTRL子程序 控制 使能和初始 化用于步进电机或伺服电机的PTO输出 调用PPTO0 RUN子程 序 运行包络 命令PLC在一个指定的包络中执行运动操作 此包 络存储在组态 包络表中 如图4所示 5 结束语 步进电机的控制以开环控制居多 如果用旋转编码器做速度或 位置反馈 结合PLC的高速脉冲计数功能就可以实现闭环控制 由于现今的PLC指令速度越来越快 用微小型PLC就能构成 各种的步进电机控制系统 具有控制

6、简单 运行稳定 开发周期短 等优点 基于模块化思想的软硬件设计 使得系统更易于调试和维 护 是一种切实可行的步进电机控制方案 参考文献 1 胡学林 可编程控制器教程 基础篇 M 电子工业出版社 2006年 2 西门子公司 SIMATIC STEP7 Micro编程参考手册 3 宣财鑫 PLC 脉冲控制步进电机技术 J 机车车辆工艺 2002年 4 吴玉香 S7 200PLC集成脉冲输出功能的应用 机电工程 J 2000 5 5 李仁定 电机的微机控制 M 北京 机械工业出版社 1999 60 70 6 胡泓 机电一体化原理及应用 M 北京 国防工业出版社 1999 199 224 上接第103页 融资方面的帮助还是来自金融机构 而来自政府基金 担保机构 等途径的加起来不够50 更值得提一点的是通过新兴的中小企 业联合会融资的中小企业只有6 67 2 由于中小企业对资本和债务需求的规模较小 使得审查监 管的平均成本和边际成本较高 同时银行作为资金的提供者并不 能亲自参加企业的日常经营管理 它与资金的使用者 中小企业 之间的信息不对称就带来了矛盾和问题 金融机构为了避免不利 选择及信息不对

7、称 往往不愿意向中小企业提供贷款 3 缺乏与中小企业相匹配的中小金融机构 在我国目前的 银行组织体系中 还缺乏专门为中小企业融资服务的政策性银行 虽然我国已有遍及城乡的中小商业银行如农村信用社 股份制商 业银行 城市商业银行等 但由于他们没有得到政策性融资权 自 身问题还没有解决 无法满足中小企业贷款需要 4 中小企业通过发行股票和债券融资渠道也不畅通 对于 中小企业通过资本市场直接融资很难 目前我国中小企业要通过 资本市场融资只能到国内主板市场融资或海外上市融资 但是主 板市场上市对于中小民企而言几乎是不可能的 海外上市也谈何 容易 不但要满足海外资本市场较高的上市要求 而且受到国内一 些因素的阻挠 另外 国内的二板市场虽已创立 但其融资量相当 有限 对大部分中小企业来说仍是可望不可及 4 中小企业之间互相担保 申请贷款 一旦一家公司因经营不善而蒙受损失 则会引发一系列的连 锁反应 若短期内急需资金 中小企业之间会互相拆借 或通过内 部融资的方式解决 二 解决河北省中小企业的对策和措施 1 加大各级政府对中小企业融资的扶持力度和宣传力度 政府对中小企业融资的扶持实际上就是为企业营造一

8、个良好的外 部环境 从某种意义上说 也是解决中小企业融资难问题的根本 政府要从制度倾斜到狠抓落实采取一系列措施 2 完善中小企业制度 规范内部管理 努力提高信用水平 中小企业应不断加强自身建设 发挥自身优势 选择符合国家产业 政策 有市场前景 技术含量高的产品作为核心产品 确定企业发 展方向 努力创新 规范企业财务制度 以产业发展为重 交流合 作 开展良性竞争 不断增强融资能力 3 拓宽融资渠道 健全信用担保体系 改革以银行为主体的 单一的投融资体系 要进一步完善中小企业间接融资体系 鼓励 和支持各级金融机构成立专门以中小企业为主服务对象的融资部 门或者各级金融机构联合针对中小企业进行融资服务 要完善适 应中小企业特征的直接融资市场体系 加快资本市场的建设 逐步 扩大 二板市场 的惠及面 4 强化监督体系 落实风险防范措施 要建立健全风险补偿机 制和银行风险联动机制 制定规范以明确协作银行与担保机构的风 险分摊比例 强化商业银行考察评估中小企业贷款项目的责任及对 不良贷款的追索义务 要完善中小企业信用评级体系和信用公开制 度为贷款发放提供便于操作的可靠依据 防止中小企业进行互相担 保 设定专门机构同经贸委联合工商 公安 银行等部门联合 定期 公布不守信用企业的名单 对中小企业的信誉进行监督 411

《基于西门子S7_200PLC控制步进电机的设计及应用》由会员灯火****19分享，可在线阅读，更多相关《基于西门子S7_200PLC控制步进电机的设计及应用》请在金锄头文库上搜索。