S7-200PLC-PTOPWM應用技術大作業(yè)-報告

PLC應用技術課程設計題目：PTO/PWM應用技術阮明光范明軻楊文孟目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1 引言 12PTO/PWM應用技術 13步進電機 24步進電機驅動器 35系統(tǒng)設計 45.1運動系統(tǒng)簡單介紹 45.2系統(tǒng)構成 55.3硬件設計 65.3.1PLC選型 65.3.2I/O地址分配 55.4軟件設計 55.4.1尋找原點子程序 65.4.2小車往返程序 86調(diào)試 106.1仿真軟件 106.2遇到的問題和解決 107總結 118 參考文獻 11附錄 1引言PLC控制器是目前最常用的自動化控制方法由于其控制方便，能夠承受惡劣的環(huán)境，因此，在工業(yè)上顯示出優(yōu)于單片機控制的很多特點。PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術，計算機技術和通信技術融為一體，專門為工業(yè)控制而設計的，具有功能強，通用靈活，可靠性高，環(huán)境適應能力強，編程簡單，易于掌握，體積小，重量輕，功耗低使用方便等優(yōu)點。因此PLC在工業(yè)控制中的應用越來越廣泛。本課程設計的內(nèi)容是使用PLC可編程控制器的高速脈沖輸出端口對步進電機進行驅動和位置控制?？刂颇繕耸峭ㄟ^PLC的PTO功能輸出脈沖串作為驅動步進電機運行的信號。電機運行方向由PLC的Q0.2數(shù)字輸出端口給出。實現(xiàn)控制運送小車在兩端A,B之間來回運動，在啟動之前先找出并停止在指定原點。2PTO/PWM技術S7-200有兩個PTO/PWM發(fā)生器，用以建立高速脈沖串（PTO）或脈沖寬調(diào)制（PWM）信號波形。一個發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點Q0.0,另一個發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點Q0.1。PTO功能可提供方波（占空比為50%）輸出，脈沖周期值和脈沖個數(shù)可有用戶程序來控制。PWM功能可輸出周期固定脈寬可調(diào)的脈沖信號。每個PTO/PWM發(fā)生器有一個控制字節(jié)（8位），一個周期值和脈寬值（不帶符號的16位值）和一個脈沖數(shù)（不帶符號的32位值）。這些值全部存貯在特殊內(nèi)存（SM）區(qū)域的指定位置，選擇Q0.0,Q0.1及其相應的功能是通過對特殊寄存器（SM）進行設置。一旦設置這些特殊內(nèi)存位的位置，選擇所需的操作后，執(zhí)行脈沖輸出指令PLS就可以啟動脈沖處處功能。可通過對特殊寄存器的值進行修改來實現(xiàn)更改脈沖的屬性。圖1Q0.0的控制位控制寄存器3步進電機步進電機是一種專門用于速度和位置精確控制的特種電機，每收到一個脈沖信號它將轉過一個固定的角度稱為步距角，一步一步的運行。圖2步進電機常用術語：步進角：每輸入一個電脈沖信號時轉子轉過的角度稱為步進角。步進角的大小可直接影響電機的運行精度。整步：最基本的驅動方式，這種驅動方式的每個脈沖使電機移動一個基本步矩角。例如：標準兩相電機的一圈共有200個步矩角，則整步驅動方式下，每個脈沖使電機移動1.8°。半步：在單相激磁時，電機轉軸停至整步位置上，驅動器收到下一個脈沖后，如給另一相激磁且保持原來相繼續(xù)處在激磁狀態(tài)，則電機轉軸將移動半個基本步矩角，停在相鄰兩個整步位置的中間。如此循環(huán)地對兩相線圈進行單相然后兩相激磁，步進電機將以每個脈沖半個基本步矩角的方式轉動。相數(shù)：是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，常用有兩相，三相，五相步進電機。本設計使用的是兩相四線式步進電機。拍數(shù)：是指電機每轉過一個齒距角所需的脈沖數(shù)。細分：細分就是指電機運行時的實際步矩角是基本步矩角的幾分之一。如：驅動器工作在10細分狀態(tài)時，其步矩角只為電機固有步矩角的十分之一，也就是說：當驅動器工作在不細分的整步狀態(tài)時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖，電機轉動1.8°，而用細分驅動器工作在10細分狀態(tài)時，電機只轉動了0.18°4步進電機驅動器本系統(tǒng)中采用兩相混合式步進電機驅動器YKA2404MC細分驅動器。圖3步進電機和驅動器的連接圖4驅動器的細分開關YKA2404MC步進電機驅動器共有6個細分設定開關。選擇D2=OFF使輸入為單脈沖PU為步進脈沖信號，DR為方向控制信號。5系統(tǒng)設計5.1運動系統(tǒng)簡單介紹圖5小車運動控制系統(tǒng)系統(tǒng)控制目標是通過PLC的PTO高速脈沖輸出編程由數(shù)字輸出端Q0.0輸出一個連續(xù)脈沖串，Q0.2輸出運動方向信號作為驅動器的輸入，從而驅動步進電機的正反轉和停止狀態(tài)。步進電機直接帶動運送小往返運動。開始時必須按下會原點按鈕使小車能自動尋找原點（中間位置），找到原點后小車停留等待。當按下啟動按鈕后小車能在工作區(qū)的兩端來回運動，在每端停止10S然后反向運行。當按下停止按鈕或者碰到兩邊的限位開關是小車立即停止。5.2系統(tǒng)構成圖6系統(tǒng)連接圖5.3硬件設計5.3.1PLC選型本設計只使用10個數(shù)字輸入輸出端口（8個輸入端，兩個輸出端），所以使用西門子的S7-200系列CPU226型PLC即可滿足，它具有24個輸入，16個輸出。5.3.2I/O端口分配表輸入/輸出端口描述備注輸入I0.0左邊檢測開關I0.1原點檢測開關只在尋找原點是有效I0.2右邊檢測開關I1.0右限位開關I1.1左限位開關I1.2停止按鈕I2.0啟動按鈕I2.1回原點按鈕輸出Q0.0輸出脈沖串Q0.2輸出方向信號表1I/O分配5.4軟件設計5.4.1尋找原點子程序每當系統(tǒng)運行時，首先要按下回原點按鈕（I2.1）使小車自動尋找原點。只要小車當前位置在工作區(qū)里面就可以找到原點。如果停在原點的右邊小車向左運動，當碰到原點檢測開關時停止運行等待啟動信號。如果小車在原點的左邊則先向左運行，碰到左邊檢測開關即反向運行直到碰到原點檢測開關，小車停止等待。SQ2為原點檢測開關，SQ3為左邊檢測開關。圖7原點尋找流程圖圖8原點尋找程序5.4.2小車往返程序在小車找到原點后，其停止在原點等待。Q0.2輸出高電平，按下啟動按鈕（I2.0），小車開始向右邊運行。碰到右邊檢測開關時小車停止10s，Q0.2為低電平，計時完小車向左運動，這時候如果再次碰到原點檢測開關，小車也不會停止而繼續(xù)向左運動，碰到左邊檢測開關時小車停止10s，Q0.2為高電平，計時完繼續(xù)反復以上過程直到碰到左，右限位開關或者停止按鈕電機立即停止。I0.1的上升沿產(chǎn)生中斷，中斷編號2，調(diào)用中斷子程序，電機停止等待。圖9小車往返運行流程圖圖10屏蔽中斷2圖11脈沖輸出屬性設置SMB67.7SMB67.6SMB67.5SMB67.4SMB67.3SMB67.2SMB67.1SMB67.010001100表2控制字節(jié)的設置SMB67.7=1:PTO/PWM允許SMB67.6=0:PTO選擇SMB67.5=0:選擇單段模式SMB67.3=1:PTO/PWM基準時間選擇，1=1ms/格SMB67.2=1:更新脈沖數(shù)SMB67.0=0:不更新周期值周期值為10ms裝入SMW68脈沖數(shù)為100000裝入SMD726調(diào)試6.1仿真軟件使用S7-200SIMULATOR仿真軟件對所編程的程序在編譯和導出后進行仿真，觀察輸出，輸入的變化和他們之間的邏輯關系。圖12仿真界面6.2編程和調(diào)試過程中的問題和解決在原點尋找完成后電機往返運行，再次遇到原點檢測開關，停止脈沖輸出。這是不必要的動作，因為只需要一次尋找原點就可以。解決：使用指令樹里面，中斷指令的DTCH。使得在找到原點后斷開中斷事件2（I0.1有上升沿）和中斷程序的連接。在往返運動時，如果再次I0.1有上升沿也不去響應。7總結經(jīng)過幾個星期的課程設計時間，通過閱讀資料，問題提出和分析。我們完成了這次課程設計的基本工作。雖然控制目標和控制對象并不是很復雜，但是經(jīng)過閱讀各種參考資料使我們加深了對指令的理解，對工程設計工作有了新的體驗和想法。也提高了團隊合作的意識。出發(fā)于PLC和步進電機在工業(yè)領域中的應用越來越廣泛，結合設計題目為PTO/PWM我們S7-200PLC的高速脈沖輸出功能進行理解，分析從而使用其作為步進電機的驅動信號。本設計注重于PLC的程序設計，