用PLC实现步进电机的快速准确定位.docx

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1、用PLC实现步进电机的快速准确定位 ronggang 导语：在介绍步进电机升降频调速原理及快速准确定位方法的根底上，提出了利用PLC的高速脉冲输出实现步进电机位置控制功能的方法，给出了准确定位的控制方案及软件实现方法 摘 要：在介绍步进电机升降频调速原理及快速准确定位方法的根底上，提出了利用PLC的高速脉冲输出实现步进电机位置控制功能的方法，给出了准确定位的控制方案及软件实现方法。 关键词：步进电机，PLC，定位，S7-200，准确Abstract：This paper introduces the theory of speed regulation and the method of po

2、sition control quickly and accurately for stepper-motor. It realized accurately orientation for stepper-motor with high-pulse output of PLC.Keywords：Stepper-motor，PLC，position control，S7-200，accuracy 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度称为“步距角，其旋转以固定的角度运行。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量以到达

3、准确定位的目的;同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度而到达调速的目的。步进电机作为一种控制用的特种电机，因其没有积累误差精度为100%而广泛应用于各种开环控制。 可编程序控制器PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰才能强、可靠性极高、体积小等显著优点，是实现机电一体化的理想控制装置。通过对步进电机定位与Siemens PLC的深化研究，本文提出了利用PLC的高速脉冲输出实现步进电机位置控制功能的有关见解与方法，介绍了步进电机加减速控制原理以及用PLC实现步进电机快速准确定位的方法，给出了位置控制系统方案及软件设计思路，在实验室内运行通过，对于工矿企

4、业实现相关步进电机的准确定位控制具有较高的应用与参考价值。 1 定位原理及方案 1.1 步进电机加减速控制原理 步进电机驱动执行机构从一个位置向另一个位置挪动时，要经历升速、恒速和减速经过。当步进电机的运行频率低于其本身起动频率时，可以用运行频率直接起动并以此频率运行，需要停顿时，可从运行频率直接降到零速。当步进电机运行频率fbfa有载起动时的起动频率时，假设直接用fb频率起动会造成步进电机失步甚至堵转。同样在fb频率下忽然停顿时，由于惯性作用，步进电时机发生过冲，影响定位精度。假如非常缓慢的升降速，步进电机固然不会产生失步和过冲现象，但影响了执行机构的工作效率。所以对步进电机加减速要保证在不

5、失步和过冲前提下，用最快的速度或者最短的时间挪动到指定位置。 步进电机常用的升降频控制方法有2种：直线升降频图1和指数曲线升降频图2。指数曲线法具有较强的跟踪才能，但当速度变化较大时平衡性差。直线法平稳性好，适用于速度变化较大的快速定位方式。以恒定的加速度升降，规律简练，用软件实现比拟简单，本文即采用此方法。 1.2 定位方案 要保证系统的定位精度，脉冲当量即步进电机转一个步距角所挪动的间隔 不能太大，而且步进电机的升降速要缓慢，以防止产生失步或者过冲现象。但这两个因素合在一起带来了一个突出问题：定位时间太长，影响执行机构的工作效率。因此要获得高的定位速度，同时又要保证定位精度，可以把整个定位

6、经过划分为两个阶段：粗定位阶段和精定位阶段。粗定位阶段，采用较大的脉冲当量，如0.1mm/步或者1mm/步，甚至更高。精定位阶段，为了保证定位精度，换用较小的脉冲当量，如0.01mm/步。固然脉冲当量变小，但由于精定位行程很短可定为全行程的五特别之一左右，并不会影响到定位速度。为了实现此目的，机械方面可通过采用不同变速机构实现。 工业机床控制在工业自动化控制中占有重要位置，定位钻孔是常用工步。设刀具或者工作台欲从A点移至C点，已知AC=200mm，把AC划分为AB与BC两段，AB=196mm，BC=4mm，AB段为粗定位行程，采用0.1mm/步的脉冲当量根据直线升降频规律快速挪动，BC段为精定

7、位行程，采用0.01mm/步的脉冲当量，以B点的低频恒速运动完成准确定位。在粗定位完毕进入精定位的同时，PLC自动实现变速机构的更换。 2 定位程序设计 2.1 PLC脉冲输出指令 目前较为先进的PLC不仅具有知足顺序控制要求的根本逻辑指令，而且还提供了丰富的功能指令。Siemens S7-200系列PLC的PLUS指令在Q0.0和Q0.1输出PTO或者PWM高速脉冲，最大输出频率为20KHz。脉冲串PTO提供方波输出50%占空比，用户控制周期和脉冲数。脉冲宽度可调制PWM酮能提供连续、变占空比输出，用户控制周期和脉冲宽度。本文采用PTO的多段管线工作方式实现粗定位，PTO的单段管线方式实现精

8、定位，如图3。 align=center图3 步进电机定位经过图/align 上述例子中，假定电机的起动和完毕频率是2KHz，最大脉冲频率是10KHz。在粗定位经过中，用200个脉冲完成升频加速，400个脉冲完成降频减速。使用PLC的PTO多段管线脉冲输出时，用下面的公式计算升降频经过中的脉冲增量值。 给定段的周期增量=ECTICT/Q 式中：ECT=该段完毕周期时间 ICT=该段初始周期时间 利用这个公式，加速局部第1段周期增量为2，减速局部第3段周期增量为1。因第2段是恒速局部，故周期增量为0。假如PTO的包络表从VB500开场存放，那么表1为上例的包络表值。 align=center表1

9、 粗定位的PTO多段管线包络表值/align 2.2 源程序 /主程序 LD SM0.1 /首次扫描为1 R Q0.0，1 /复位映像存放器位 CALL 0 /调用子程序0，初始化粗定位相关参数 LD M0.0 /粗定位完成 R Q0.0，1 CALL 1 /调用子程序1，初始化精定位相关参数 /子程序0,粗定位 LD SM0.0 MOVB 16#A0，SMB67 /设定控制字：允许PTO操纵，选择ms增量，选择多段操纵 MOVW 500，SMW168 /指定包络表起始地址为V500 MOVB 3，VB500 /设定包络表段数是3 MOVW 500，VW501 /设定第一段初始周期为500ms

10、 MOVW -2，VD503 /设定第一段周期增量为-2ms MOVD 200，VD505 /设定第一段脉冲个数为200 MOVW 100，VW509 /设定第二段初始周期为100ms MOVW 0，VD511 /设定第二段周期增量为0ms MOVD 1360，VD513 /设定第二段脉冲个数为1360 MOVW 100，VW517 /设定第三段初始周期为100ms MOVW 1，VD519 /设定第三段周期增量为1ms MOVD 400，VD521 /设定第三段脉冲个数为400 ATCH 2，19 /定义中断程序2处理PTO完成中断 ENI /允许中断 PLS 0 /启动PTO操纵 /子程序

11、1，精定位 LD SM0.0 /首次扫描为1 MOVB 16#8D，SMB67 /允许PTO功能，选择ms增量，设定脉冲数和周期 MOVW 500，SMW68 /设定精定位周期为500ms MOVD 400，SMD72 /设定脉冲个数为400 ATCH 3，19 /定义中断程序3处理PTO完成中断 ENI /允许中断 PLS 0 /启动PTO操纵 /中断程序2 LD SM0.0 /一直为1 = M0.0 /启动精定位 /中断程序3 LD SM0.0 /一直为1 = M0.1 /实现其他功能 3 完毕语 理论证实，本文提出的应用PLC控制步进电机实现快速准确定位的方法实在可行。在数控机床、物料计量、印刷、送膜包装等用步进电机实现定位控制的领域有一定的实用价值和参考价值。 1 孙建忠,白凤仙.特种电机及其控制M .北京：中国水利水电出版社, 2005：P147-178 2 王玉琳,王强.步进电机的速度调节方法.电机与控制应用J，2006,331:P53-57 3 SMATIC S7-200可编程序控制器系统手册 P9.35-P9.50，P9.126-P9.134