基于西门子PLC步进电动机控制技术

1、基于西门子plc步进电动机控制技术摘要步进电动机的转速、位移和转向是受绕组的 电脉冲的频率、个数和通电顺序决定的，西门子s7-200及 以上plc内置了脉冲输出功能，可以通过编程来设置控制字 和参数，实现对输出脉冲的控制，从而实现对步进电动机的 控制。关键词西门子plc；步进电动机；pto中图分类号：tm921.41文献标识码：a文章编号：1009-914x (2013) 06-0132-01引言步进电动机是工业自动化过程中经常用到的一种控制 传动机构。步进电动机分为反应式、永磁式和混合式等。西 门子plc具有脉冲输出和控制功能，可以实现对步进电动机 的转速、位移和转向的控制，本文以$7 20

2、0为例说明plc对 步进电动机的控制技术。1、步进电动机的控制要求步进电动机必须使用专用的步进电动机驱动设备才能 正常工作。随着电力电子技术的发展，可以实现细分驱动， 即将一个步距角细分为若干小步来驱动，步进电动机在伺服 系统中的应用日益广泛。步进电动机在启动和停止时有一个 加速和减速过程，且加速度越小则冲击越小，动作越平稳。 所以步进电动机工作时一般要经历这样一个变化过程：加速 恒速（高速）减速恒速（低速）停止。步进电动机转速与脉 冲频率成正比，所以步进电动机的脉冲频率也要经历一个类 似的变化过程，如图1:2、plc的脉冲输出功能为了配合步进电动机的控制，西门子plc内置了脉冲输 出功能，并

3、设置了相应的控制指令可以很好地对步进电动机 进行控制。s7-200plc可以通过内置的脉冲串输出（pto）指 令和脉宽调制（pwm）指令，实现速度和位置控制。pto/pwm 发生器控制输出，并禁止输出点的正常使用，输出波形不受 输出映像寄存器状态、输出强制、执行立即输出指令的影响; 在q0. 0或q0. 1位置没有使用pto或pwm功能时，输出映像 寄存器控制输出，所以输出映像寄存器决定输出波形的初始 和结束状态，即决定脉冲输出波形从高电平或低平开始和结 束，使输出波形有短暂的不连续。2. 1脉冲输出指令pls脉冲输出指令pis指令功能为：使能有效时，检查用于 脉冲输出（q0.0或qo. 1）

4、的特殊存储器位（sm）,然后执行 特殊存储器位定义的脉冲操作。式为：plsqo2.2用于脉冲输出的特殊存储器（q0. 0或qo. 1）2. 2. 1控制字节和参数的特殊存储器每个pt0/pwm发生器都有一个控制字节（8位）、一个脉 冲计数值（无符号的32位数值）、一个周期时间和脉冲值（无 符号的16位数值）。这些值都放在特定的特殊存储区（sm）, 然后执行特殊存储器位定义的脉冲操作，即对相应的 pto/pwm发生器进行编程。2. 2.2状态字节的特殊存储器除了控制信息外，还有用于pto功能的状态位。程序运 行时，根据运行状态使某些位自动置位。可以通过程序来读 取相关位的状态，用此状态作为判断条

5、件，实现相应的操作。2.3 q0.0和00. 1的共用pt0/pwm和输出映像寄存器共用q0.0和q0. io在q0.0 或q0. 1使用pt0或pwms3j能时pt0/pwm发生器控制输出， 并禁止输出点的正常使用，输出波形不受输出映像寄存器状 态、输出强制、执行立即输出指令的影响；在q0. 0或q0. 1 位置没有使用pt0或pwm功能时，输出映像寄存器控制输出, 所以输出映像寄存器决定输出波形的初始和结束状态，即决 定脉冲输出波形从高电平或低电平开始和结束，使输出波形 有短暂的不连续。2.4脉冲串pt0输出pt0是可以指定脉冲数和周期的占空比为50%的高速脉 冲串的输出。状态字节中的最高

6、位（空闲位）用来指定脉冲 串输出是否完成。可在脉冲串完成时起动中断程序，若使用 多段操作，则在包络表完成时起动中断程序。2.4. 1周期和脉冲数周期范围从5065535s或从265535ms,为16位无符 号数，时基有s和ms两种，通过控制字节的第三位选择。 注意：如果周期小于2个时间单位，则周期的默认值为2个 时间单位。周期设定奇数微秒或毫秒，会引起波形失真。脉 冲计数范围从1至4294967295,为32位无符号数，如设定 脉冲计数为0,则系统默认脉冲计数值为lo2.4.2 pto的种类及特点pto可输出多个脉冲串，现用脉冲串输出完成时，新的 脉冲串输出立即开始。这样就保证了输出脉冲串的连

7、续性。 pto功能允许多个脉冲串排队，从而形成流水线。流水线分 为两种：单段流水线和多段流水线。单段流水线是指：流水 线中只能存储一个脉冲串的控制参数，初pto段一旦起动， 必须按照对第二个波形的要求立即刷新sm,并再次执行pls 令，第一个脉冲串完成，第二个波形输出立即开始，重复这 一步骤可以实现多个脉冲串的输出。单段流水线中的各段脉 冲串可以采用不同的时间基准，但有可能造成脉冲串之间的 不平稳过渡，输出多段高速脉冲时，编程复杂。多段流水线 是指在变量存储区v建立一个包络表。包络表存放每个脉冲 串的参数，执行pis指令时，s7-200plc自动按包络表中的 顺序及参数进行脉冲串输出。包络表中

8、每段脉冲串参数占用 8b,由一个16位周期增量值（2b）和一个32位脉冲计数值(4b)组成。多段流水线的特点是编程简单，能够通过指定 脉冲的数量自动增加或减少周期，周期增量值为正值会增加 周期，为负会减少周期。在包络表中的所有脉冲串必须采用 同一时基，在多段流水线执行时，包络表的各段参数不能改 变。多段流水线常用于步进电动机的控制。2.5脉宽可调脉冲输出pwmpwm是脉宽可调的高速脉冲输出，通过控制脉宽和脉冲 的周期，实现控制任务。2. 5. 1周期和脉宽周期和脉宽时基为微秒和毫秒，均为16位无符号数。 周期范围为5065535s或265535mso如果周期小于2个 时间单位，则周期的默认值为

9、2个时间单位。脉冲范围为0 65535s或265535mso若脉宽不小于周期，占空比为100%, 输出连续接通。若脉宽为0,占空比为0%,则输出断开。2. 5.2 pwm初始化和操作步骤用首次扫描位(sm0. 1)使输出位复位为0,并调用初始 化子程序。这样可减少扫描时间，程序结构更合理。在smw68 或smw78中写入一个字长的周期值；在smw70smw80中写 入一个字长的脉宽值。然后执行pls指令，使s7 300为pwm 编程，并由q0.0或q0.1输出。可为下一输出脉冲预设控制 字。在smb67或smb77中写入16#d2或16#da,控制字节中 将禁止改变周期值，允许改变脉宽。以后只要装入一个新的 脉宽值，不用改变控制字节，直接执行pls指令就可以改变 脉宽值。3、步进电动机的plc控制程序如图1,从a点到b点为加速过程，从b到c为恒速过 程，从cnd为减速过程。按要求流水线可以分为三段，需建 立三段脉冲的包络表。设起始和终止脉冲频率为2hz,最大 脉冲频率为10hz,所以起始和终止周期为500s,最大频率 的周期