S7-200PLC-PTOPWM应用技术大作业-报告

PLC应用技术课程设计题目：PTO/PWM应用技术阮明光范明轲杨文孟目录TOC\o"1-2"\h\z\u1 引言 12PTO/PWM应用技术 13步进电机 24步进电机驱动器 35系统设计 45.1运动系统简单介绍 45.2系统构成 55.3硬件设计 65.3.1PLC选型 65.3.2I/O地址分配 55.4软件设计 55.4.1寻找原点子程序 65.4.2小车往返程序 86调试 106.1仿真软件 106.2遇到的问题和解决 107总结 118 参考文献 11附录 1引言PLC控制器是目前最常用的自动化控制方法由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上显示出优于单片机控制的很多特点。PLC将传统的继电器控制技术，计算机技术和通信技术融为一体，专门为工业控制而设计的，具有功能强，通用灵活，可靠性高，环境适应能力强，编程简单，易于掌握，体积小，重量轻，功耗低使用方便等优点。因此PLC在工业控制中的应用越来越广泛。本课程设计的内容是使用PLC可编程控制器的高速脉冲输出端口对步进电机进行驱动和位置控制。控制目标是通过PLC的PTO功能输出脉冲串作为驱动步进电机运行的信号。电机运行方向由PLC的Q0.2数字输出端口给出。实现控制运送小车在两端A,B之间来回运动，在启动之前先找出并停止在指定原点。2PTO/PWM技术S7-200有两个PTO/PWM发生器，用以建立高速脉冲串（PTO）或脉冲宽调制（PWM）信号波形。一个发生器指定给数字输出点Q0.0,另一个发生器指定给数字输出点Q0.1。PTO功能可提供方波（占空比为50%）输出，脉冲周期值和脉冲个数可有用户程序来控制。PWM功能可输出周期固定脉宽可调的脉冲信号。每个PTO/PWM发生器有一个控制字节（8位），一个周期值和脉宽值（不带符号的16位值）和一个脉冲数（不带符号的32位值）。这些值全部存贮在特殊内存（SM）区域的指定位置，选择Q0.0,Q0.1及其相应的功能是通过对特殊寄存器（SM）进行设置。一旦设置这些特殊内存位的位置，选择所需的操作后，执行脉冲输出指令PLS就可以启动脉冲处处功能。可通过对特殊寄存器的值进行修改来实现更改脉冲的属性。图1Q0.0的控制位控制寄存器3步进电机步进电机是一种专门用于速度和位置精确控制的特种电机，每收到一个脉冲信号它将转过一个固定的角度称为步距角，一步一步的运行。图2步进电机常用术语：步进角：每输入一个电脉冲信号时转子转过的角度称为步进角。步进角的大小可直接影响电机的运行精度。整步：最基本的驱动方式，这种驱动方式的每个脉冲使电机移动一个基本步矩角。例如：标准两相电机的一圈共有200个步矩角，则整步驱动方式下，每个脉冲使电机移动1.8°。半步：在单相激磁时，电机转轴停至整步位置上，驱动器收到下一个脉冲后，如给另一相激磁且保持原来相继续处在激磁状态，则电机转轴将移动半个基本步矩角，停在相邻两个整步位置的中间。如此循环地对两相线圈进行单相然后两相激磁，步进电机将以每个脉冲半个基本步矩角的方式转动。相数：是指电机内部的线圈组数，常用有两相，三相，五相步进电机。本设计使用的是两相四线式步进电机。拍数：是指电机每转过一个齿距角所需的脉冲数。细分：细分就是指电机运行时的实际步矩角是基本步矩角的几分之一。如：驱动器工作在10细分状态时，其步矩角只为电机固有步矩角的十分之一，也就是说：当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°，而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18°4步进电机驱动器本系统中采用两相混合式步进电机驱动器YKA2404MC细分驱动器。图3步进电机和驱动器的连接图4驱动器的细分开关YKA2404MC步进电机驱动器共有6个细分设定开关。选择D2=OFF使输入为单脉冲PU为步进脉冲信号，DR为方向控制信号。5系统设计5.1运动系统简单介绍图5小车运动控制系统系统控制目标是通过PLC的PTO高速脉冲输出编程由数字输出端Q0.0输出一个连续脉冲串，Q0.2输出运动方向信号作为驱动器的输入，从而驱动步进电机的正反转和停止状态。步进电机直接带动运送小往返运动。开始时必须按下会原点按钮使小车能自动寻找原点（中间位置），找到原点后小车停留等待。当按下启动按钮后小车能在工作区的两端来回运动，在每端停止10S然后反向运行。当按下停止按钮或者碰到两边的限位开关是小车立即停止。5.2系统构成图6系统连接图5.3硬件设计5.3.1PLC选型本设计只使用10个数字输入输出端口（8个输入端，两个输出端），所以使用西门子的S7-200系列CPU226型PLC即可满足，它具有24个输入，16个输出。5.3.2I/O端口分配表输入/输出端口描述备注输入I0.0左边检测开关I0.1原点检测开关只在寻找原点是有效I0.2右边检测开关I1.0右限位开关I1.1左限位开关I1.2停止按钮I2.0启动按钮I2.1回原点按钮输出Q0.0输出脉冲串Q0.2输出方向信号表1I/O分配5.4软件设计5.4.1寻找原点子程序每当系统运行时，首先要按下回原点按钮（I2.1）使小车自动寻找原点。只要小车当前位置在工作区里面就可以找到原点。如果停在原点的右边小车向左运动，当碰到原点检测开关时停止运行等待启动信号。如果小车在原点的左边则先向左运行，碰到左边检测开关即反向运行直到碰到原点检测开关，小车停止等待。SQ2为原点检测开关，SQ3为左边检测开关。图7原点寻找流程图图8原点寻找程序5.4.2小车往返程序在小车找到原点后，其停止在原点等待。Q0.2输出高电平，按下启动按钮（I2.0），小车开始向右边运行。碰到右边检测开关时小车停止10s，Q0.2为低电平，计时完小车向左运动，这时候如果再次碰到原点检测开关，小车也不会停止而继续向左运动，碰到左边检测开关时小车停止10s，Q0.2为高电平，计时完继续反复以上过程直到碰到左，右限位开关或者停止按钮电机立即停止。I0.1的上升沿产生中断，中断编号2，调用中断子程序，电机停止等待。图9小车往返运行流程图图10屏蔽中断2图11脉冲输出属性设置SMB67.7SMB67.6SMB67.5SMB67.4SMB67.3SMB67.2SMB67.1SMB67.010001100表2控制字节的设置SMB67.7=1:PTO/PWM允许SMB67.6=0:PTO选择SMB67.5=0:选择单段模式SMB67.3=1:PTO/PWM基准时间选择，1=1ms/格SMB67.2=1:更新脉冲数SMB67.0=0:不更新周期值周期值为10ms装入SMW68脉冲数为100000装入SMD726调试6.1仿真软件使用S7-200SIMULATOR仿真软件对所编程的程序在编译和导出后进行仿真，观察输出，输入的变化和他们之间的逻辑关系。图12仿真界面6.2编程和调试过程中的问题和解决在原点寻找完成后电机往返运行，再次遇到原点检测开关，停止脉冲输出。这是不必要的动作，因为只需要一次寻找原点就可以。解决：使用指令树里面，中断指令的DTCH。使得在找到原点后断开中断事件2（I0.1有上升沿）和中断程序的连接。在往返运动时，如果再次I0.1有上升沿也不去响应。7总结经过几个星期的课程设计时间，通过阅读资料，问题提出和分析。我们完成了这次课程设计的基本工作。虽然控制目标和控制对象并不是很复杂，但是经过阅读各种参考资料使我们加深了对指令的理解，对工程设计工作有了新的体验和想法。也提高了团队合作的意识。出发于PLC和步进电机在工业领域中的应用越来越广泛，结合设计题目为PTO/PWM我们S7-200PLC的高速脉冲输出功能进行理解，分析从而使用其作为步进电机的驱动信号。本设计注重于PLC的程序设计，