S7-200在步进电机定位控制中的应用

1 引言
PLC输出的集成脉冲可通过步进电机进行定位控制。关于定位控制，调节和控制操作之间存在一些区别。步进电机不需要连续的位置控制，而在控制操作中得到应用。在以下的程序例子中，借助于CPU214所产生的集成脉冲输出，通过步进电机来实现相对的位置控制。虽然这种类型的定位控制不需要参考点，本例还是粗略地描述了确定参考点的简单步骤。因为实际上它总是相对一根轴确定一个固定的参考点，因此，用户借助于一个输入字节的对偶码(Dual coding)给CPU指定定位角度。用户程序根据该码计算出所需的定位步数，再由CPU输出相关个数的控制脉冲。
2 系统结构
如图1所示。

图1 系统结构
3 硬件配置
如表1所示。


4 软件结构
4.1 PLC的输入信号与输出信号
PLC的部分输入信号与输出信号，以及标志位如表2所示。
4.2 系统软件设计
PLC的程序框图如图2所示。

4.3 初始化
在程序的第一个扫描周期(SM0.1=1)，初始化重要参数。选择旋转方向和解除联锁。
4.4 设置和取消参考点
如果还没有确定参考点，那么参考点曲线应从按“START”按扭(I1.0)开始。CPU有可能输出最大数量的控制脉冲。在所需的参考点，按“设置/取消参考点”开关(I1.4)后，首先调用停止电机的子程序。然后，将参考点标志位M0.3置成1，再把新的操作模式“定位控制激活”显示在输出端Q1.0。
如果I1.4的开关已激活，而且“定位控制”也被激活(M0.3=1)，则切换到“参考点曲线”参考点曲线。在子程序1中，将M0.3置成0，并取消“定位控制激活”的显示(Q1.0=0)。此外，控制还为输出最大数量的控制脉冲做准备。当再次激活I1.4开关，便在两个模式之间切换。如果此信号产生，同时电机在运转，那么电机就自动停止。
实际上，一个与驱动器连接的参考点开关将代替手动操作切换开关的使用，所以，参考点标志能解决模式切换。
4.5 定位控制
如果确定了一个参考点(M0.3=1)而且没有联锁，那么就执行相对的定位控制。在子程序2中，控制器从输入字节IBO读出对偶码方式的定位角度后，再存入字节MB11。与此角度有关的脉冲数，根据下面的公式计算:
N=φ/360°×S
式中:N-控制脉冲数
φ-旋转角度
S-每转所需的步数
该程序所使用的步进电机采用半步操作方式(S=1000)。在子程序3中循环计算步数，如果现在按“START”按钮(I1.0)，CPU将从输出端Q0.0输出所计算的控制脉冲个数，而且电机将根据相应的步数来转动，并在内部将“电机转动”的标志位M0.1置成1。
在完整的脉冲输出之后，执行中断程序0，此程序将M0.1置成0，以便能够再次起动电机。
4.6 停止电机
按“STOP”(停止)按扭(I1.1)，可在任何时候停止电机。执行子程序0中与此有关的指令。
5 程序和注释
//标题:用脉冲输出进行定位控制
//主程序
LD SM0.1
//仅首次扫描周期SM0.1才为1。
R M0.0，128
//MD0至MD12复位
ATCH 0，19
//把中断程序0分配给中断事件19(脉冲串终止)
ENI
//允许中断
//脉冲输出功能的初始化
MOVW 500，SMW68
//脉冲周期T=500us
MOVW 0,SMW70
//脉冲宽度为0(脉冲调制)
MOVD 429496700，SMD72
//为参考点设定的最大脉冲数
//设置逆时针旋转
LDN M0.1 //若电机停止
A I1.5 //且旋转方向开关=1
S Q0.2，1 //则逆时针旋转(Q0.2=1)
//设置顺时针旋转
LDN M0.1 //若电机停止
AN I1.5 //且旋转方向开关=0
R Q0.2，1 //则逆时针旋转(Q0.2=0)
//联锁
LD I1.1
//若按“STOP”(停止)按钮
S M0.2，1 //则激活联锁(M0.2=1)
//解除联锁
LDN I1.1
//若“START”(启动)按钮松开
AN I1.0
//且“STOP”(停止)按钮松开
R M0.2，1 //则解除联锁(M0.2=0)
//确定操作模式(参考点定位控制)
LD I1.4
//若按“设置/取消参考点”按钮
EU //上升沿
CALL 1 //则调用子程序1
//启动电机
LD I1.0
//若按“START”(启动)按钮
EU //上升沿
AN M0.1 //且电机停止
AN M0.2 //且无联锁
AD≥ SMD72，1
//且步数≥1，则
MOVB 16#85，SMB67
//置脉冲输出功能(PTO)的控制位
PLS 0 //启动脉冲输出(Q0.0)
S M0.1，1
//“电机运行”标志位置位(M0.1=1)
//定位控制
LD M0.3
//若已激活“定位控制” 操作模式
AN M0.1 //且电机停止
CALL 2 //则调用子程序2
//停止电机
LD I1.1
//若按“STOP”(停止)按钮
EU //上升沿
A M0.1 //且电机运行，则
CALL 0 //则调用子程序0
MEND //主程序结束
//子程序1
SBR 0 //子程序0停止电机
MOVB 16#CB，SMB67
//激活脉宽调制
PLS 0 //停止输出脉冲到Q0.0
R M0.1，1
//“电机运行”标志位复位(M0.1=0)
RET //子程序0结束
SBR1
//子程序1，“确定操作模式”
LD M0.1 //若电机运行
CALL 0
//则调用子程序0，停止电机
//申请“参考点曲线”
LD M0.3
//若已激活“定位控制”，则
R M0.3，1
//参考点标志位;复位(M0.3=0)
R Q1.0，1
//取消“定位控制激活”信息(Q1.0=0)
MOVD 429496700，SMD72
//为新的“参考点曲线”设定最大的脉冲数。
CRET
//条件返回到主程序。
//申请“定位控制”
LDN M0.3
//若未设置参考点(M0.3=0)，则
S M0.3，1
//参考点标志位置位(M0.3=1)
S Q1.0，1
//输出“定位控制激活”信息(Q1.0=1)
RET //子程序1结束
//子程序2
SBR2 //子程序2，“定位控制”
MOVB IB0，MB11
//把定位角度从IBO拷到MD8的最低有效字节MB11。
R M8.0，24
//MB8至MB10清零
DIV 9，MD8
//角度/9=q1+r1
MOVW MW8，MW14
//把r1存入MD12
MUL 25，MD8
//q1×25→MD8
MUL 25，MD12
DIV 9，MD12
// r1×25／9= q2+r2
CALL 3
//在子程序3中循环步数
MOVW 0，MW12 //删除r2
+D MD12，MD8
//把步数写入MD8
MOVD MD8，SMD72
//把步数传到SMD72
RET //子程序2结束
//子程序3
SBR3 //子程序3，“循环步数”
LDW≥MW12，5 //如果r2≥5／9，则
INCW MW14 //步数增加1。
RET
//子程序3结束
//中断程序0，“脉冲输出终止”
INT0 //中断程序0
R M0.1，1
//“电机运行”标志位复位(M0.1=0)
RET //子程序0结束
6 结束语
通过对硬件和软件的合理设计，用较为价廉的西门子S7-200系列PLC作为核心控制部件，构成的定位系统能够达到精确定位的目的。特别应指出的是通过灵活、巧妙的应用PLC的指令系统，可使系统实现高精度定位。