S7-200驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)心得

1、S7-200驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)心得1 項(xiàng)目簡介某公司有多臺薄膜卷繞機(jī)需要進(jìn)行自動化控制改造。原設(shè)備采用機(jī)械式計(jì)數(shù)， 卷繞動力采用離合器傳動， 元件卷繞的起動、停止、圈數(shù)控制等均由人工操作控制，因此存在產(chǎn)品參數(shù)離散性大、產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率因人而異等不足之處。工藝要求簡述：由于卷制材料是 10 幾微米的薄膜，要求卷軸平穩(wěn)起動，均勻加速，以使用張力平穩(wěn)；中間在某些位置需要停頓，作一些必要的處理，再繼續(xù)卷繞；和起動一樣，停頓或停止時(shí)，必須均勻減速，保持張力平穩(wěn)；要求最后圈數(shù)準(zhǔn)確。2 控制系統(tǒng)構(gòu)成很自然地想到 S7-200PLC應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)目要求的控制功能。S7-200CPU本體已含有高速脈沖輸出功能，普通

2、型號的CPU 脈沖輸出頻率達(dá) 20KHz，而 224XP（CN）更是高達(dá) 100kHz，可以用來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，再由電機(jī)直接驅(qū)動卷繞主軸旋轉(zhuǎn)，完成工藝所要求的動作。步進(jìn)電機(jī)在成本上具有優(yōu)勢，但是步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性不如伺服電機(jī)，而兩者的定位精度 （圈數(shù)）的控制，在本工藝?yán)锒伎梢赃_(dá)到要求。我們考慮先試用步進(jìn)電機(jī)的方案。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動，實(shí)際上是由相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器負(fù)責(zé)的，所以步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)齒數(shù)等等問題由相應(yīng)的驅(qū)動器解決，選擇步進(jìn)電機(jī)要考慮的主要是體積、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等，不是本文的重點(diǎn)；PLC向驅(qū)動器送的僅為代表速度與位置的脈沖，這里要考慮的是步進(jìn)電機(jī)在規(guī)定的轉(zhuǎn)速下是否足夠平穩(wěn)，是否適合作為薄

3、膜卷繞的動力。我們作了一個(gè)模型機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，采用細(xì)分型的驅(qū)動器，在50 齒的電機(jī)上達(dá)到 10000 步/ 轉(zhuǎn)，經(jīng) 17：25 齒的同步帶減速傳動（同時(shí)電機(jī)的振動也可衰減），結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)很平穩(wěn)，粗步確定可以達(dá)到工藝要求。于是正式試制一臺，也獲得成功，性能達(dá)到工藝要求，目前已經(jīng)按此方案批量進(jìn)行改造。CPU選擇 224XPCNDC/DC/DC，系統(tǒng)構(gòu)成如下：224XP*1、步進(jìn)電機(jī) *2 、細(xì)分型驅(qū)動器 *2 、TD200*1、LED 顯示屏 *1 、編碼器 *1 。2.1PTO0（Q0.0）輸出一路高速脈沖，負(fù)責(zé)驅(qū)動卷繞主軸的旋轉(zhuǎn)；2.2PTO1（Q0.1）輸出一路高速脈沖，負(fù)責(zé)驅(qū)動主軸的水平直線移動；

4、2.3 一個(gè)正交增量型編碼器裝在主軸上，作為卷繞圈數(shù)的反饋；2.4TD200作為人機(jī)界面，用于設(shè)定參數(shù)2.5 一個(gè) LED顯示屏用于顯示實(shí)時(shí)的卷繞圈數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，工人需要時(shí)時(shí)參考卷繞的進(jìn)度， LED顯示比 LCD醒目，所以這里放置了一個(gè)自制的 LED顯示屏。 LED屏和 PLC的連接方式，可參考本人在2003 年的專家論文集中的文章。3 控制系統(tǒng)完成的功能3.1 控制系統(tǒng)首先要實(shí)現(xiàn)的功能，是卷繞的平穩(wěn)起動、加速、減速、平穩(wěn)停止。在新版的S7-200 中，支持高速輸出口PTO0/PTO1的線性加 /減速，通過 MicroWin 的向?qū)С绦?，非常容易?shí)現(xiàn)。實(shí)際上，以目前的情況，線性加減速只能使

5、用向?qū)傻某绦?，Siemens沒有公開獨(dú)立可使用的指令。3.2 使用位置控制向?qū)梢韵滤膫€(gè)子程序（僅限CPU內(nèi)的 PTO，不包括專用模塊的情況），以 PTO0為例：每周期調(diào)用一次，可以控制PTO0的行為；：可以控制 PTO0以某一頻率輸出脈沖，并且可以通過程序隨時(shí)中止（減速或立即中止） ；：運(yùn)行 (在向?qū)е猩?)包絡(luò)，以預(yù)定的速度輸出確定個(gè)數(shù)的脈沖，也可以通過程序隨時(shí)時(shí)中止（減速或立即中止）。：裝載位置用，本例使用相對位置，所以不必裝載。本例的工藝要求，輸出脈沖數(shù)可變（圈數(shù)可設(shè)定），又要在工藝允許的情況下盡可能地按指定的速度運(yùn)行，也要隨時(shí)能夠減速停止，包括人工手動的停車要求。直接使用PT

6、O0_MAN和 PTO0_RUN都無法直接滿足要求，以下來研究配合輔助手段如何實(shí)現(xiàn)。3.3 精確的位置（圈數(shù)）控制中斷卷繞定位與圈數(shù)控制，達(dá)到0.1 圈以內(nèi)的精度即可，以10000 步/ 轉(zhuǎn)的細(xì)分驅(qū)動器， 0.1 圈相當(dāng)于 1000 脈沖。假使 PTO正以最高 100kHz速度輸出脈沖， 以 1ms 的時(shí)間響應(yīng)中斷， 脈沖的誤差約為100 個(gè)，所以從理論上說，中斷方式把脈沖誤差控制在1000 個(gè)以下完全可以。如何實(shí)現(xiàn)？我們來看下面一個(gè)PTO0_MAN指令執(zhí)行的示意圖：有恒速階段無恒速階段當(dāng) PTO0_MAN指令 RUN=1允許脈沖輸出時(shí)，脈沖序列從最低速（起始速度，本例設(shè)為 100p/s，很小，可以認(rèn)為 0）線性加速，加到指定速度speed 后保持勻速，當(dāng)收到減速停止RUN=0 命令時(shí)，線性減速，至最低速后停止。所以，我們只要在脈沖輸出前計(jì)算出停止指令執(zhí)行的位置，并在此位置設(shè)置中斷以便執(zhí)行減速停止指令，就可保證輸出的序列脈沖個(gè)數(shù)在要求的誤差范圍內(nèi)。計(jì)算過程：本例加速和減速的斜率是相同的，比較簡單，如果兩個(gè)斜率不同，計(jì)算稍麻煩一點(diǎn)，原理差不多。用向?qū)梢粋€(gè)最高速單速包絡(luò)，從生成的 PTO0_DATA中找出加速和減速脈沖數(shù)（可以參考節(jié)的描述），如果加減速斜率相同，這兩個(gè)數(shù)應(yīng)