基于Ｓ７－２００ ＳＭＡＲＴ的步進電機控制研究
2019-7-22 來源：三江學院機械與電氣工程學院 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動器，從而驅動步進電機運轉，實現精確定位。此種方式控制簡單，成本低，精度高。
關鍵詞：ＰＬＣ；步進電機；絲杠；精確定位
０ 引言
ＰＬＣ 在自動控制工業領域有著廣泛的應 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。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
通常電機的轉子為磁體， 當電流流過定子繞組時，定子繞組產生一 矢量磁場。 該磁場會帶動轉子旋 轉一角度，使得轉子的一 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 一個角度， 轉子也之轉 一 個角度。
輸入一個電脈沖， 電動機轉動一個角度， 前進一步。輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比， 轉速與 脈沖頻率成正比。 改變繞組通電的順序， 電機就會反轉。
因此，可通過控制脈沖數量、 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。關于 ＰＬＳ（脈沖）指令，Ｓ７２００ＳＭＡＲＴ ＣＰＵ 使用 ＳＭＢ６６－ＳＭＢ８５、ＳＭＢ１６６－ＳＭＢ１６９和 ＳＭＢ１７６－ＳＭＢ１７９ 來 監 視 與 控 制 脈 沖串輸出 ＰＴＯ０、ＰＴＯ１和脈寬調制輸出 ＰＷＭ０、ＰＷＭ１）；ＳＭＢ５６６－ＳＭＢ５７９ 用來監視與控制脈沖串輸出 ＰＴＯ２ 及脈寬調制輸出 ＰＷＭ２。
２ 、系統硬件設計
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°，步進驅動器的型號為 ＤＭ８６０Ｈ，帶風扇驅動器，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，驅動器設置 ４００ 個脈沖轉一圈，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)再換算成脈沖數和方向即可。脈沖數計算程序如圖４所示。
圖 3%%高度脈沖程序
圖 4%%脈沖數計算程序
為了防止絲杠螺母副運動到中間斷電坐標數據丟失，把前次坐標放入了 ＰＬＣ的保護范圍，如圖５所示。
圖 5 PLC 數據保持范圍圖
４、ＨＭＩ面板設計
上位機選用西門子ｓｍａｒｔｌｉｎｅ的７００ＩＥ觸摸屏，通過按鈕操作就可以控制電機的速度、啟動和回零，輸入坐標的過程變量設置為 ＰＬＣ 的連接輸入距離１。上位機觸摸屏界面如圖６所示。
圖 6%%上位機觸摸屏界面
5 、結語
步進電機的控制方法簡單，既可以用指令控制也可以用向導。一般步進電機都是開環控制，因為步進電機本身精度很高，配合驅動器的細分設置可達到更高的精度，如果加上光電編碼器配合 ＰＬＣ 的高速計數器， 則可以滿足閉環控制的要求。
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