基于s7—300步进运动控制系统探究

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1、基于S7—300步进运动控制系统探究　　摘要：文章以S7-300型号的PLC为例，结合定时器和计数器作为脉冲发生器研究设计PLC对步进电机运动的控制。首先在SIMATICManager编程软件中进行工序步骤的程序编写，然后在PLCSIMV5.4仿真软件中进行程序的仿真调试，最后将程序烧入PLC的FlashEPROM中，经由与步进电机相匹配的驱动器来控制步进电机的运行。经验证，可实现步进电机按照PLC中所编写的工序步骤进行动作，完成启动、慢正转、快正转、快反转、慢反转、停机等连续运动过程。关键词：PLCS7-300步进电机运动控制接线图0引言5作为执行机构，步进电机可以将电脉冲信号转换

2、成角位移，被广泛用于数字控制等控制系统中。基于微处理器的PLC适用于工业环境，通过其内部存储器可执行逻辑运算、定时、计数等操作指令[1]。随着PLC功能不断升级，其强大的组态功能实现了程序的模块化和参数设置的可视化，降低了程序编制的复杂性和出错率，用微小型PLC构成的各种步进电机运动控制系统具有控制简单、运行稳定等特点[2]。若为PLC增加功能扩展模块，无疑会增加产品成本。鉴于这一原因，本文研究一种结合定时器和计数器作为脉冲发生器实现用PLC控制步进电机运动功能的方法。1系统的总体设计系统整体工作流程图如图1所示[3]。系统硬件按功能分为四个部分：可编程序逻辑控制器、驱动器、步进电机

3、和直流稳压电源；系统程序设计部分则主要包括主程序、子程序、仿真调试、烧写部分。此系统的核心控制部分选用S7-300的PLC，因此，系统程序设计是此运动控制系统的核心。2硬件的选择与连接所选用的设备主要有可编程序逻辑控制器、两相混合式步进电机、两相混合感应式步进电机驱动器、直流稳压电源、数字万用表和PC机等[4]，其运动控制系统原理图如图2所示。在图2中，S7-300系列PLC的CPU模块选用CPU314C-2DP；步进电机选用两相混合式57BYGH0408型，可设置0.9°/1.8°两种步距角；选用的SJ-230M5型驱动器设置为2细分0.9°，相电流为2A；稳压直流电源提供的直流电

4、压为24V，分别对PLC和驱动器提供直流电源，其中对于PLC连接驱动器模式，需在步进脉冲信号CP和方向电平信号DIR端上分别并联上1.8k的电阻以限流，为驱动器内部光耦提供8-15mA的驱动电流[5]。3系统程序设计5在此研究中，设定步进电机的运行过程为：启动→正向慢速运行→正向快速运行→反向快速运行→反向慢速运行→停止，要求通过S7-300型PLC实现这一连续运动过程。3.1I/O地址分配在进行程序设计之前，为了便于程序编写，需要对PLC系统的I/O信号进行地址分配，如表1所示。3.2系统程序编写PLC是模块式结构，其程序编写可进行模块化，即将整个程序分为主程序和子程序两部分进行编

5、写，以便调试与操作[3]。根据表1中I/O地址分配结果，进行程序编写。3.2.1主程序OB1。程序开始之后，首先进行初始化。初始化包括消除没有保持功能的位存储器、定时器和计数器，消除中断堆栈和块堆栈的内容，复位保存的硬件中断等。程序初始化之后，系统执行用户已编写程序的启动组织块OB1，完成用户设定的初始化操作，并对所用到的脉冲计数器进行初始化，然后调用步进电机运动控制工序步骤的子程序FC1。在主程序OB1中，由于步进电机驱动器的细分为2细分，则电机转子旋转一周所用脉冲数为400，故计数器C0-C3的脉冲计数值设定为400。3.2.25部分子程序FC1。根据闪烁电路产生脉冲序列的思想，

6、利用定时器产生步进电机在不同工作方式下所需要的脉冲序列，然后按照控制开关状态输出到各相对应的输出点控制步进电机运动。以正向慢速旋转到正向快速旋转为例，采用STL语言进行编写的部分子程序FC1如下：①正向慢速旋转。在正向慢速旋转程序中，应用到两个定时器（T1、T2）配合使用构成闪烁电路。首先对两个定时器进行合理的时间分配，取脉冲信号的高低电平宽度均为40ms，此时产生的脉冲序列作为慢速运行的驱动信号；然后，设置计数器的计数值为400；最后，由计数器C0的输出信号作为电机转速改变的一个控制信号。②正向快速旋转。在正向快速旋转程序中，应用到两个定时器（T3、T4）配合使用构成闪烁电路。首先

7、对两个定时器进行合理的时间分配，取脉冲信号的高低电平宽度均为10ms，此时产生的脉冲序列作为快速运行的驱动信号；其它部分与正向慢速旋转部分程序相同。4实验结果与总结首先对所编写的程序进行大量的仿真调试，当仿真结果基本达到预期目标时，再将程序烧写到S7-300型的PLC存储器中，在已搭建好的硬件电路中进行试验，以下即是仿真调试与试验运行中所观察并记录的结果，如图3所示。5对于两相步进电机，可以采用对A、B两相进行间歇通电的方式进行控制，由图3可知，宽脉冲是步