基于s7―200 smart plc的多步进电机控制系统设计

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1、基于S7―200SMARTPLC的多步进电机控制系统设计摘要：本文以静电纺丝设备中纺丝喷头的三维运动装置作为研究对象，以S7-200SMART系列PLC作为核心控制器，结合多步进电机以及人机界面设计开发纺丝喷头的三维运动控制系统。详细介绍控制系统的结构组成、硬件设计以及软件调试。运用STEP7-Micro/ART编程软件完成PLC控制程序的编写，借助SIMATICARTPLCasthecontrolcore，multi-steppermotors，andaHMIcontrolinterface.Thepaperfocusesontheoverallarchitectu

2、reofthecontrolsystem，hardsofPLCaredevelopedinSTEP7-Micro/ART.TheHMIcontrolinterfaceisdevelopedotioncontrolformulti-steppermotorsviaEthermunication.　　KeyartPLC；steppermotor；HMI；motioncontrol　　0引言　　�S着静电纺丝技术的发展，静电纺丝设备的研发进入了新的发展阶段，开发高度智能化和自动化的静电纺丝设备是目前研究的热点问题。三维运动平台是自动化设备中比较典型的运动装置，将静电纺丝喷头

3、装置安装在三维运动平台上，能够实现纺丝喷头在三维空间的运动调整，有效提高静电纺丝设备的自动化水平。　　本文以静电纺丝装置中纺丝喷头的三维运动平台作为研究载体，以SMART系列ST40PLC作为核心控制器，步进电机作为研究对象，通过SMART700IE人机界面的开发，实现系统参数的设置，借助以太网通信，实现人机界面与2台ST40PLC的信息传输，PLC通过控制步进电机驱动器实现对多步进电机的速度和位置的协调控制，完成静电纺丝喷头位置的自动调整。　　1控制系统总体结构　　本文所研究的多步进电机控制系统是基于三维运动平台展开的，包括X轴丝杠导轨、Y轴丝杠导轨和Z轴丝杠导轨及

4、各导轨对应的步进电机组成，为保证系统丝杠导轨滑动的稳定性和精度，X轴由2组丝杠导轨和步进电机组成，静电纺丝喷射装置固定Z轴滑动导轨上，三维运动系统结构示意图如图1所示。　　多步进电机控制系统，主要由2台ST40PLC、SMART700IE人机界面、交换机、步进电机控制器、步进电机、接近开关等组成，控制系统总体框图如图2所示。　　在控制系统中，人机界面主要实现步进电机控制时参数的设置、调整以及运动控制；PLC主要通过控制步进电机驱动器实现对步进电机的运动控制，同时完成接近开关等信号的采集与处理功能，接近开关主要实现对步进电机运动位置的限位控制，交换机主要实现设备间的以太

5、网通信。　　2控制系统硬件设计　　控制系统采用S7-200SMART系列PLC作为核心控制，S7-200SMART系列PLC是在西门子S7-200系列基础上发展而来，并具有一些新的优良特性。本文主要采用PLC实现对三维运动系统中步进电机的控制以及限位开关信号的采集与处理等功能，结合实际需要，系统采用标准的晶体管输出型CPUST40模块，该模块包含板载24DI、16DO，CPU模块本体集成3路频率可达100KHz高速脉冲输出，支持P/PTO输出方式以及多种运动模式，可以自由设置运动包络，可以方便实现对步进电机的位置和速度控制。同时该模块本体标配以太网接口，集成了以太网通

6、信功能，通过网线借助以太网能够实现程序的下载和调试，同时也可以借助以太网实现与其他CPU模块、触摸屏以及计算机等进行通信。　　人机界面采用SMART700IIE触摸屏，该触摸屏具有以太网接口和RS485接口，通过在触摸屏控制面板设置触摸屏的相关参数，完成触摸屏与PLC以太网通信的设置。借助交换机实现触摸屏与多个PLC以及上位机的通信。　　驱动装置主要由步进电机以及步进电机驱动器组成，步进电机采用57系列步进电机，驱动器采用DM542，该驱动器是一款专业的步进电机驱动器，可达128细分，电流可达4.2A，噪音小，运行较为平稳。在本系统设计中，驱动器输入端接线方式采用的是

7、共阴极接法，分别将驱动器中PUL-，DIR-连接到控制系统的地端；脉冲输入信号通过PUL+接入，方向信号通过DIR+接入，PLC输出信号不能直接与步进电机驱动器信号输入端进行连接，需要串联2K限流电阻，按照电机接线方式，完成步进电机与驱动器的连接。最后，根据控制系统的要求完成驱动器细分设定以及电流设置。