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基于Ｓ７－２００　ＳＭＡＲＴ的步進電機控制研究

2019-7-22 來源：三江學(xué)院機械與電氣工程學(xué)院作者：楊友進王卓君

摘要：本文介紹利用Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ　ＰＬＣ輸出的高速脈沖來控制步進驅(qū)動器，從而驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)精確定位。此種方式控制簡單，成本低，精度高。

關(guān)鍵詞：ＰＬＣ；步進電機；絲杠；精確定位

０引言

ＰＬＣ在自動控制工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng) 用，西門子ＰＬＣ之間通訊較方便，用ＰＬＣ控制的各個單體都可以連接成為一個完整的系統(tǒng)。步進電機的精度雖然很高，但是也存在掉步的問題，而光電編碼器對脈沖計數(shù)精度要求很高,本次研究采用西門子Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＳＴ３０ＤＣ／ＤＣ／ＤＣ的ＰＬＣ來控制步進電機。

１、控制原理

通常電機的轉(zhuǎn)子為磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn) 一個角度，轉(zhuǎn)子也之轉(zhuǎn) 一個角度。

輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度，前進一步。輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。

因此，可通過控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。步進電機控制框圖如圖１所示。

圖 1 步進電機控制框圖

采用高速脈沖輸出指令來控制步進電機，利用ＳＴ３０的Ｑ０．０輸出高速脈沖，Ｑ０．２控制運動的方向。關(guān)于ＰＬＳ（脈沖）指令，Ｓ７２００ＳＭＡＲＴ　ＣＰＵ使用ＳＭＢ６６－ＳＭＢ８５、ＳＭＢ１６６－ＳＭＢ１６９和ＳＭＢ１７６－ＳＭＢ１７９來監(jiān) 視與控制脈沖串輸出ＰＴＯ０、ＰＴＯ１和脈寬調(diào)制輸出ＰＷＭ０、ＰＷＭ１）；ＳＭＢ５６６－ＳＭＢ５７９用來監(jiān)視與控制脈沖串輸出ＰＴＯ２及脈寬調(diào)制輸出ＰＷＭ２。

２、系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制器選用西門Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列的ＳＴ３０ＰＬＣ，步進電機選用８６ＢＹＧ２５０Ｄ－１１４，其步距角為１．８°，步進驅(qū)動器的型號為ＤＭ８６０Ｈ，帶風扇驅(qū)動器，絲杠的螺距為５ｍｍ。電氣原理如圖２所示。

圖 2 電氣原理

３、軟件功能及程序

絲杠螺距為５ｍｍ，驅(qū)動器設(shè)置４００個脈沖轉(zhuǎn)一圈，速度不是很快，所以采用直接啟動的方法，直接把頻率寫進程序即可，不需要用包絡(luò)表來控制。高度脈沖程序如圖３所示。對于方向和位移量的控制，把前后兩次的坐標差出來（絕對坐標定位)再換算成脈沖數(shù)和方向即可。脈沖數(shù)計算程序如圖４所示。