原创 西门子200系列PLC直流步进电机控制方法

     注：本人非PLC专业人士，此文章只是简单介绍直流步进电机控制方法。做此实验仅为单片机内嵌入软PLC做基础，证明PLC可以直接直接用来做步进电机控制。

直流步进电机plc控制方法

系统功能概述：

       本系统采用PLC通过步进电机驱动模块控制步进电机运动。当按下归零按键时，电机1和电机2回到零点（零点由传感器指示）。当按下第一个电机运行按键时，第一个电机开始运行，直到运行完固定步数或到遇到零点停止。当按下第二个电机运行按键时，第二个电机开始运行，运行完固定步数或遇到零点停止。两电机均设置为按一次按键后方向反向。电机运行时有升降速过程。

PLC输入点I0.0为归零按键，I0.1为第一个电机运行按键，I0.2为第二个电机运行按键，I0.3为第一个电机传感器信号反馈按键，I0.4为第二个电机传感器信号反馈按键。

PLC输出点Q0.0为第一个电机脉冲输出点，Q0.1为第二个电机脉冲输出点，Q0.2为第一个电机方向控制点，Q0.3为第二个电机方向控制点，Q0.4为电机使能控制点。

所用器材：

PLC：西门子S7-224xpcn及USB下载电缆。编程及仿真用软件为V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3。

直流步进电机2个，微步电机驱动模块2个。按键3个。24V开关电源一个。导线若干。

各模块连接方法：

PLC与步进电机驱动模块的连接：

       驱动模块中EN+、DIR+、CP+口均先接3k电阻，然后接24V电源。

       第一个驱动模块CP-接PLC的Q0.0，DIR-接PLC的Q0.2，EN-接PLC的Q0.4

       第二个驱动模块CP-接PLC的Q0.1，DIR-接PLC的Q0.3，EN-接PLC的Q0.4

注意：

       1、PLC输出时电压为24V，故和驱动器模块连接时，接了3k电阻限流。

       2、由于PLC处于PTO模式下只有在输出电流大于140mA时，才能正确的输出脉冲，故在输出端和地间接了200欧/2w下拉电阻，来产生此电流。（实验室用的电阻功率不足，用200欧电阻时功率至少在24*24/200=2.88w，即用3w的电阻）

       3、PLC与驱动模块连接时，当PLC输出低电平时不能将驱动模块电平拉低，故在EN-和DIR-上接了200欧/2W下拉电阻

驱动模块与电机接法：

       驱动模块的输出端分别与电机4根线连接

电机传感器与PLC连接：

       传感器电源接24v，信号线经过240欧电阻（试验中两个470电阻并联得到）与24v电源上拉后，信号线接到PLC的I0.3和I0.4

将各模块电源、地线接好。PLC中输入输出各路M对应点均接地，L+对应点均要接24V电源。注意PLC右下角24V DC OUTPUT不要接。

PLC程序介绍：

       PLC程序中主要使用向导生成的电机控制函数来控制电机运动。此向导使用方法如下：

首先打开软件，新建工程，选择工具->位置控制向导…,如下图

打开如下界面：选择配置s7-200PLC内置PTO/PWM操作，点击下一步，如下图

根据需要选择Q0.0或Q0.1，点击下一步，如下图

选择线性脉冲串输出（PTO），将下方使用高速计数器HSC0前的勾点上，点击下一步，如下图

输入电机此应用项目中最高电机速度（MAX_SPEED）和电机的启动/停止速度（SS_SPEED），默认是100000和5000，修改好了点击下一步，如下图

输入电机加速和减速时间。默认均为1000ms。点击下一步，如下图

然后出现如下界面，选择新包络。

       选项中可以选择相对位置和单速连续旋转，由于步进电机有加减速过程，故选择相对位置。输入步0的目标速度，即运动时的限速，在下方的框中输入结束位置，由于是相对位置，故此处位置即为所要走的距离。电机绘制包络，右方出现的梯形的图即为速度线。改变左下角的保罗定义符号名为MOTOR1，点击确认，

然后选择V存储区的地址范围，一般默认即可，点击下一步

点击完成。

这样，通过位置控制向导就生成了4个PTO函数，分别是PTOx_CTRL、PTOx_RUN、PTOx_MAN、PTOx_LDPOS。

       PTOx_CTRL子程序（控制）使能和初始化步进电机或伺服电机的PTO输出。在程序中仅能使用该子程序一次，并保证每个扫描周期该子程序都被执行。一直使用SM0.0作为EN输入的输入。

       I_STOP（立即STOP）输入量为一个布尔量输入。当输入为低电平时，PTO功能正常操作。当输入变为高电平时，PTO立即终止脉冲输出。

       D_STOP（减速STOP）输入量为一个布尔量输入。当输入为低电平时，PTO功能正常操作。当输入变为高电平时，PTO产生一个脉冲串将电机减速到停止。

       DONE输出是一个布尔量输出。高电平表示CPU已经执行完子程序。

       当Done位为高电平时，Error字节以一个无错误代码或错误代码来报告是否正常完成。

       若在向导中启用了HSC，则C_Pos参数包含以脉冲数表示的模块当前位置。否则，当前位置将一直为0

       PTOx_RUN子程序（运行包络）命令PLC在一个制定的保罗中执行运动操作，此包络存储在组态/包络表中。

       接通EN位，使能该子程序。确保EN位保持接通，直至Done位指示该子程序完成。

       接通START参数以初始化包络的执行。对于每次扫描，当START参数接通且PTO当前未激活时，指令激活PTO。要保证该命令只发一次，使用边沿检测命令以脉冲触发START参数接通。

       接通参数Abort，命令位控模块停止当前的包络，并减速直至电机停下。

PTOx_MAN子程序（手动模式）使PTO置为手动模式。这可以是电机在向导中制定的范围内以不同的速度启动、停止和运行。如果启用了PTOx_MAN子程序，则不应执行其他任何PTOx_RUN指令。

       允许RUN参数，命令PTO加速到指定速度。即使电机在运行时，也可改变速度参数的值。禁止参数RUN择命令PTO减速，直至电机停止。

PTOx_LDPOS指令（装载位置）改变PTO脉冲计数器的当前位置值为一个心智。可以通过该指令为一个运动命令建立一个新的零位置。

       本系统将电机1的PTO设置为Q0.0输出，使用高速计数器HSC0，最高电机速度2000HZ，启动/停止速度100HZ，加速500ms，减速500ms，步0的目标速度2000HZ，总位移8000脉冲，分配存储区为VB0到VB69。可得到PTO0的包络表如下所示：

//----------------------------------------------------------------

//输出 Q0.0 的 PTO 包络表

//----------------------------------------------------------------

VB0    'PTOA'                      //

VW4    54                          //FREQ

VD6    204800                      //SS_SPEED

VD10   4096000                     //MAX_SPEED

VD14   16#04000939                 //K_ACC

VD18   16#84FFF6C7                 //K_DEC

VB22   1                           //NUMPROF

VW23   25                          //OFFS_0

VB25   4                           //包络 0 的 NUM_SEGS

VB26   0                           //保留。

VB27   0                           //段 0 的 S_STEP

VB28   16#08                       //S_PROP

VD29   +204800                     //SFREQ

VD33   525                         //加速的脉冲数

VB37   0                           //段 1 的 S_STEP

VB38   16#04                       //S_PROP

VD39   +4098089                    //SFREQ

VD43   6948                        //恒速的脉冲数

VB47   0                           //段 2 的 S_STEP

VB48   16#00                       //S_PROP

VD49   -1                          //SFREQ

VD53   526                         //减速的脉冲数

VB57   0                           //段 3 的 S_STEP

VB58   16#10                       //S_PROP

VD59   +204800                     //SFREQ

VD63   1                           //最终减速的脉冲数

VB67   0                           //保留。

VB68   0                           //保留。

VB69   0                           //保留。 

       由上表可知加速脉冲数为75057，存于VD33中。恒速脉冲为49881，存于VD43中。减速脉冲为75061，存于VD53中。最终的减速的脉冲数为1，存于VD63中。

我们控制步进电机可以通过PTOx_CTRL和PTOx_RUN两个子程序。电机控制过程中，加减速脉冲数不方便修改，因为线性加减速的指令并不清楚，所以只好修改恒速段的脉冲数。唯一的限制是，总的脉冲数，必须大于加减速段+最终减速段脉冲数之和，也即恒速段的脉冲不能小于1。此处总的脉冲数，最小值应为525+526+1+1=1053个脉冲。当然电机加减速时间如果较小，此脉冲数会变小。

电机2的PTO设置为Q0.1输出，使用高速计数器HSC3，最高电机速度20000HZ，启动/停止速度100HZ，加速500ms，减速500ms，步0的目标速度2000HZ，总位移10000脉冲，分配存储区为VB70到VB139。可得到PTO0的包络表如下所示：

//----------------------------------------------------------------

//输出 Q0.1 的 PTO 包络表

//----------------------------------------------------------------

VB70   'PTOA'                      //

VW74   54                          //FREQ

VD76   204800                      //SS_SPEED

VD80   40960000                    //MAX_SPEED

VD84   16#03000C13                 //K_ACC

VD88   16#83FFF3ED                 //K_DEC

VB92   1                           //NUMPROF

VW93   25                          //OFFS_0

VB95   4                           //包络 0 的 NUM_SEGS

VB96   0                           //保留。

VB97   0                           //段 0 的 S_STEP

VB98   16#08                       //S_PROP

VD99   +204800                     //SFREQ

VD103  100                         //加速的脉冲数

VB107  0                           //段 1 的 S_STEP

VB108  16#04                       //S_PROP

VD109  +4111824                    //SFREQ

VD113  9797                        //恒速的脉冲数

VB117  0                           //段 2 的 S_STEP

VB118  16#00                       //S_PROP

VD119  -1                          //SFREQ

VD123  102                         //减速的脉冲数

VB127  0                           //段 3 的 S_STEP

VB128  16#10                       //S_PROP

VD129  +204800                     //SFREQ

VD133  1                           //最终减速的脉冲数

VB137  0                           //保留。

VB138  0                           //保留。

VB139  0                           //保留。

       电机1和电机2参数可根据实际需要修改。

使用步骤：

（1）在启动PTO0_RUN之前，计算出恒速段的脉冲数=目标脉数数-加减速脉冲数之和-1，填入包络表中的恒速位置；此系统中电机1恒速脉冲保存在VD43，电机2恒速脉冲数保存在VD113中。

（2）启动PTO0_RUN。

具体程序见附件中 步进电机PLC控制.xps

程序流程图如下：