基于Ｓ７－２００ ＳＭＡＲＴ的步进电机控制研究
2019-7-22 来源：三江学院机械与电气工程学院 作者：杨友进 王卓君
摘要：本文介绍利用Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ ＰＬＣ输出的高速脉冲来控制步进驱动器，从而驱动步进电机运转，实现精确定位。此种方式控制简单，成本低，精度高。
关键词：ＰＬＣ；步进电机；丝杠；精确定位
０ 引言
ＰＬＣ 在自动控制工业领域有着广泛的应 用， 西门子ＰＬＣ之间通讯较方便， 用ＰＬＣ 控制的各个单体都可以连接成为一个完整的系统。步进电机的精度虽然很高，但是也存在掉步的问题，而光电编码器对脉冲计数精度要求很高,本次研究采 用 西 门 子 Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ 系 列 ＳＴ３０ＤＣ／ＤＣ／ＤＣ的 ＰＬＣ来控制步进电机。
１ 、控制原理
通常电机的转子为磁体， 当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一 矢量磁场。 该磁场会带动转子旋 转一角度，使得转子的一 对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转 一个角度， 转子也之转 一 个角度。
输入一个电脉冲， 电动机转动一个角度， 前进一步。输出的角位移与输入的脉冲数成正比， 转速与 脉冲频率成正比。 改变绕组通电的顺序， 电机就会反转。
因此，可通过控制脉冲数量、 频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。 步进电机控制框图如图１所示。
图 1 步进电机控制框图
采用高速脉冲输出指令来控制步进电机， 利 用 ＳＴ３０的 Ｑ０．０输出高速脉冲，Ｑ０．２控制运动的方向。关于 ＰＬＳ（脉冲）指令，Ｓ７２００ＳＭＡＲＴ ＣＰＵ 使用 ＳＭＢ６６－ＳＭＢ８５、ＳＭＢ１６６－ＳＭＢ１６９和 ＳＭＢ１７６－ＳＭＢ１７９ 来 监 视 与 控 制 脉 冲串输出 ＰＴＯ０、ＰＴＯ１和脉宽调制输出 ＰＷＭ０、ＰＷＭ１）；ＳＭＢ５６６－ＳＭＢ５７９ 用来监视与控制脉冲串输出 ＰＴＯ２ 及脉宽调制输出 ＰＷＭ２。
２ 、系统硬件设计
控制器选用西门 Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ 系列的 ＳＴ３０ＰＬＣ，步进电机选用８６ＢＹＧ２５０Ｄ－１１４，其步距角为１．８°，步进驱动器的型号为 ＤＭ８６０Ｈ，带风扇驱动器，丝杠的螺距为５ｍｍ。电气原理如图２所示。
图 2 电气原理
３ 、软件功能及程序
丝杠螺距为５ｍｍ，驱动器设置 ４００ 个脉冲转一圈，速度不是很快，所以采用直接启动的方法，直接把频率写进程序即可，不需要用包络表来控制。高度脉冲程序如图３所示。对于方向和位移量的控制，把前后两次的坐标差出来（绝对坐标定位)再换算成脉冲数和方向即可。脉冲数计算程序如图４所示。
图 3%%高度脉冲程序
图 4%%脉冲数计算程序
为了防止丝杠螺母副运动到中间断电坐标数据丢失，把前次坐标放入了 ＰＬＣ的保护范围，如图５所示。
图 5 PLC 数据保持范围图
４、ＨＭＩ面板设计
上位机选用西门子ｓｍａｒｔｌｉｎｅ的７００ＩＥ触摸屏，通过按钮操作就可以控制电机的速度、启动和回零，输入坐标的过程变量设置为 ＰＬＣ 的连接输入距离１。上位机触摸屏界面如图６所示。
图 6%%上位机触摸屏界面
5 、结语
步进电机的控制方法简单，既可以用指令控制也可以用向导。一般步进电机都是开环控制，因为步进电机本身精度很高，配合驱动器的细分设置可达到更高的精度，如果加上光电编码器配合 ＰＬＣ 的高速计数器， 则可以满足闭环控制的要求。
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