基於（yú）Ｓ７－２００ ＳＭＡＲＴ的步進電機控製研究
2019-7-22 來源：三江學院機械與電氣工程學院（yuàn） 作者：楊友進 王卓（zhuó）君
摘要（yào）：本文介紹利用（yòng）Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ ＰＬＣ輸（shū）出的高速脈衝來控製步進驅動器，從而驅動步進電機運轉，實現精（jīng）確定位（wèi）。此（cǐ）種方式控製簡單，成本低，精度高。
關鍵詞：ＰＬＣ；步進電機；絲杠（gàng）；精確定位
０ 引言
ＰＬＣ 在（zài）自動控製工業領域有（yǒu）著廣泛的應（yīng） 用， 西門子ＰＬＣ之間通訊較方便， 用ＰＬＣ 控製的各個單體都（dōu）可以連接成為一（yī）個完整的係統。步進電機的精度雖（suī）然很高，但是也（yě）存在掉步的問（wèn）題，而光電編（biān）碼器對脈衝計數精度要求很高,本次（cì）研究采（cǎi） 用 西 門 子 Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ 係 列 ＳＴ３０ＤＣ／ＤＣ／ＤＣ的 ＰＬＣ來控製（zhì）步進電機。
１ 、控製原理
通常（cháng）電機的轉（zhuǎn）子為磁體， 當電流流過定子繞組時，定子繞組產生一 矢量磁場。 該磁場會（huì）帶動轉子（zǐ）旋 轉一角度，使得轉子的一 對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子（zǐ）的矢量磁場旋轉 一個角度， 轉子也之轉（zhuǎn） 一 個角度。
輸（shū）入一個電脈（mò）衝， 電動機轉動一個角度， 前進一步。輸（shū）出（chū）的角位（wèi）移與輸入的脈衝數（shù）成正比， 轉速與 脈（mò）衝頻率成（chéng）正比。 改變繞組通電的順序， 電（diàn）機就會反（fǎn）轉。
因此，可通（tōng）過控製脈（mò）衝數（shù）量、 頻率及電動機（jī）各相繞組的通電順序來控製步進電機（jī）的轉動。 步進電機控製框（kuàng）圖如圖１所示。
圖 1 步進電機控（kòng）製框圖
采用高速脈衝輸出指令來控製步進電機， 利 用（yòng） ＳＴ３０的 Ｑ０．０輸出高速脈衝，Ｑ０．２控製運動的（de）方向。關於（yú） ＰＬＳ（脈衝）指令，Ｓ７２００ＳＭＡＲＴ ＣＰＵ 使用（yòng） ＳＭＢ６６－ＳＭＢ８５、ＳＭＢ１６６－ＳＭＢ１６９和 ＳＭＢ１７６－ＳＭＢ１７９ 來 監 視 與 控 製 脈 衝（chōng）串輸出 ＰＴＯ０、ＰＴＯ１和脈寬調製輸出 ＰＷＭ０、ＰＷＭ１）；ＳＭＢ５６６－ＳＭＢ５７９ 用來監（jiān）視（shì）與控製脈（mò）衝串輸出 ＰＴＯ２ 及脈寬調製輸出 ＰＷＭ２。
２ 、係統硬件設計
控製器選用西門 Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ 係列的 ＳＴ３０ＰＬＣ，步進電（diàn）機選用８６ＢＹＧ２５０Ｄ－１１４，其步距角為（wéi）１．８°，步進驅動器（qì）的型號為 ＤＭ８６０Ｈ，帶風（fēng）扇驅（qū）動器，絲杠的螺距為５ｍｍ。電氣原理如圖（tú）２所示。
圖 2 電（diàn）氣原理
３ 、軟件（jiàn）功能及程（chéng）序
絲杠螺距為５ｍｍ，驅動器（qì）設置 ４００ 個脈衝轉（zhuǎn）一圈，速度不是很快，所以（yǐ）采用直接啟動的方法，直接把頻率（lǜ）寫進（jìn）程序即可，不需要用包絡表來控製。高度脈衝程序如圖３所示。對於方向和位移量的控製，把前後兩次的坐標差出來（絕對坐標定位)再換算成脈衝數和方（fāng）向即可。脈（mò）衝數計算（suàn）程序如圖４所示。
圖 3%%高度脈衝程序
圖（tú） 4%%脈衝數計算程序
為了防止絲（sī）杠螺母副運動到中間斷電坐標數據丟失，把前次坐標放入了 ＰＬＣ的（de）保護範圍，如圖５所示。
圖 5 PLC 數據保持範圍圖
４、ＨＭＩ麵板設計
上位機選用西（xī）門子ｓｍａｒｔｌｉｎｅ的７００ＩＥ觸摸屏，通過按鈕操作（zuò）就可以控製電機的速度（dù）、啟動和回零，輸入坐標的過程變量設置為 ＰＬＣ 的（de）連接輸入距離１。上位機觸摸屏界麵如圖６所示。
圖 6%%上位機觸摸屏界麵
5 、結語
步進電機的（de）控製方法簡單，既可以用指令（lìng）控製（zhì）也（yě）可（kě）以用向導。一般步進電機都是開環控製，因（yīn）為（wéi）步進電機本身精（jīng）度（dù）很（hěn）高，配合（hé）驅動器（qì）的細分設置可達到更高的精度，如果加上光（guāng）電編碼器配合 ＰＬＣ 的高速計數（shù）器， 則可以滿足閉環控製的要求。
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