-
-
手机阅读
PLC在步进电机控制中的应用 |
| 摘要：本文介绍了西门子S7-200系列PLC在步进电机转动中的一种控制方法，并通过实例详细说明了这种方法的具体操作步骤。 关键字：PLC 步进电机 位置控制向导 脉冲 运动包络 Abstract: This paper introduces a controlling method for STEP-MOTOR, and in this method Siemens S7-200 PLC is applied. Particularly, the paper illustrates the operating procedure of this method by a concrete example. 0 前言 步进电机是工业自动化过程当中经常用到的一种控制传动机构，它是通过接受输入脉冲，然后每个脉冲转动一定的步距（角度）来完成对执行机构的控制传动的。使用PLC可以通过特殊功能存储器（SM）或者增加EM253位控模块来控制步进电机，但是使用SM需要熟悉每一位的意义，而且编程烦琐。如果为PLC增加功能扩展模块，无疑会增加产品成本。鉴于这些原因并结合本人的实践经验，本文利用STEP 7-Micro/WIN 位置控制向导来实现应用PLC控制步进电机的运动功能。 1 操作步骤[2] 2 应用实例 车轮自动超声探伤系统是利用车轮在探伤架上的转动，通过超声波来实现对车轮内部缺陷的检测，其中车轮的转动是由步进电机通过减速箱来实现驱动的。整个系统机械部分的运动由下位机（PLC）来控制，如图1。  图1 机械系统运动原理 图2 上位机与下位机的通信 为了保证探伤的准确性，一般需要两组探头同时检测分别对车轮的踏面以及内侧面。当这两组探头分别接触到车轮的踏面和内侧面后，PLC会收到这两组探头的行程开关发出的探头到位信号，此时由下位机向上位机（工控机）上传“准备好”信号。在上位机收到“准备好”信号后，可以向下位机发送“探伤开始”的信号了，下位机收到该信号后，立即向步进电机发送脉冲，车轮开始转动，探伤工作开始了，如图2所示，其中上位机与下位机是采用自由口方式进行通信的。 在这个过程中，利用位置控制向导对步进电机的配置非常重要，合理的配置能够增加探伤系统的灵敏度，不合理的配置会增加探伤工作的困难，甚至有可能烧坏电机。 在该应用中，配置向导的前四个操作步骤中一般采用默认设置即可。在操作步骤（5）中，MAX_SPEED的设置应该在电机力矩的最大范围内，驱动负载所需的力矩由摩擦力、惯性以及加速/减速时间决定，在这里设为400。对SS_SPEED的设置不能太大，太大就会造成电机失步，但是如果太小就会在电机启动时产生颤抖或者振动，在此设为100。具体应用要根据不同的电机使用说明书来设置。最低电机速度（MIN_SPEED）系统默认等于SS_SPEED。MAX_SPEED、SS_SPEED和MIN_SPEED的关系如图3所示。  图3 最大、最小和开始/停止速度 在步骤（6）中可以设置加速时间（ACCEL_TIME）和减速时间（DECEL_TIME），如图4所示。在该系统中，探伤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探伤工作，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1000，减速时间设为500。  图4 加速时间和减速时间 在步骤（7）中，由于步进电机本身存在加速与减速时间，所以我们选择建立相对位置包络。并且探伤系统不需要中间变速度，所以只需要输入希望的步0信息。在该系统中，我们希望的目标速度为150（介于MAX_SPEED和MIN_SPEED之间）。假设α为步进电机一步转过的角度，θ为步进电机总共需要转的角度，ψ为步进电机需要的总脉冲数，φ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 由于步进电机存在开始时加速和结束时减速两个无法克服的过程，所以在这两个过程中可能存在漏探或误探，于是在探伤过程中规定，车轮至少应转1.25圈，即450°。在该系统中，n=60，α=0.72°（即每转细分数为500步）,因此由公式（1）可以推出ψ=37500。绘制的包络如图5所示。  图5 相对位置模式下的包络 然后选择一个大小合适且未使用的V存储区来保存配置和包络信息，最后向导会根据刚才的配置生成PTO0_CTRL、PTO0_MAN和PTO0_RUN三个项目组件，用户可以在自己编写的程序中调用这些组件。其中：PTO0_CTRL指令是用于在手动模式下初始化步进电机；PTO0_MAN指令是用于手动模式控制线性PTO，在手动模式中，可以使用不同的速度操作PTO，如图6；PTO0_RUN指令用于命令线性PTO操作执行在向导配置中指定的运动包络，如图7。  图6 PTO0_MAN指令应用
至此，利用位置控制向导对步进电机的配置已经完成。 3 结论 |
