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PLC控制步进电机 用PLC实现步进电机的直接控制 步进电机的可编程控制器直接控制，可使组合机床自动生产线控制系统的成本显著下降。文章介绍了用PLC控制步进电机驱动的数控滑台方法，伺服控制、驱动及接口以及步进电机PLC控制的软件逻辑。 1 概述 在组合机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台（1）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；（2）机械滑台，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）数控滑台，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。可编程控制器（简称PLC）以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于工业自动控制中。特别是在组合机床自动生产线的控制及CNC机床的S、T、M功能控制更显示出其*的性能。PLC控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统使该单元的控制系统成本降低70~90%，甚至只占用自动线控制单元PLC的3~5个I/O接口及<1KB的内存。特别是大型自动线中可以使控制系统的成本显著下降。 2 PLC控制的数控滑台结构 一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构。采用PLC控制的数控滑台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构等部分组成。 伺服传动机构中的齿轮Z1、Z2应该采取消隙措施，避免产生反向死区或使加工精度下降；而丝杠传动副则应该根据该单元的加工精度要求，确定是否选用滚珠丝杠副。采用滚珠丝杠副，具有传动效率高、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点，但成本较高且不能自锁。 3 数控滑台的PLC控制方法 数控滑台的控制因素主要有三个： 3.1 行程控制 一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器（行程开关/死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的转角，因此只要控制步进电机的转角即可。由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺服机构的位移量确定PLC输出的脉冲个数： n= DL/d （1） 式中 DL——伺服机构的位移量（mm），d ——伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲） 3.2 进给速度控制 伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率;因此可以根据该工序要求的进给速度,确定其PLC输出的脉冲频率: f=Vf/60d (Hz) （2） 式中 Vf——伺服机构的进给速度(mm/min) 3.3 进给方向控制 进给方向控制即步进电机的转向控制。步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向;如三相步进电机通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转;当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。因此可以通过PLC输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实现。 4 PLC的软件控制逻辑 由滑台的PLC控制方法可知，应使步进电机的输入脉冲数和脉冲频率受到相应的控制。因此在控制软件上设置一个脉冲数和脉冲频率可控的脉冲信号发生器；对于频率较低的控制脉冲，可以利用PLC中的定时器构成，如图2所示。脉冲频率可以通过定时器的定时常数控制脉冲周期，脉冲数控制则可以设置一脉冲计数器C10。当脉冲数达到设定值时，计数器C10动作切断脉冲发生器回路，使其停止工作。伺服机构的步进电机无脉冲输入时便停止运转，伺服执行机构定位。当伺服执行机构的位移速度要求较高时，可以用PLC中的高速脉冲发生器。不同的PLC其高速脉冲的频率可达4000~6000Hz。对于自动线上的一般伺服机构，其速度可以得到充分满足。 5.1 步进电机控制系统的组成 步进电机的控制系统由可编程控制器、环行脉冲分配器和步进电机功率驱动器组成，其结构见图1。 控制系统中PLC用来产生控制脉冲；通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲，控制步进电机的转角进而控制伺服机构的进给量；同时通过编程控制脉冲频率——既伺服机构的进给速度；环行脉冲分配器将可编程控制器输出的控制脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕组。PLC控制的步进电机可以采用软件环行分配器，也可以采用如图1所示的硬件环行分配器。采用软环占用的PLC资源较多，特别是步进电机绕组相数M>4时，对于大型生产线应该予以充分考虑。采用硬件环行分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省占用PLC的I/O口点数，目前市场有多种芯片可以选用。步进电机功率驱动器将PLC输出的控制脉冲放大到几十~上百伏特、几安~十几安的驱动能力。一般PLC的输出接口具有一定的驱动能力，而通常的晶体管直流输出接口的负载能力仅为十几~几十伏特、几十~几百毫安。但对于功率步进电机则要求几十~上百伏特、几安~十几安的驱动能力，因此应该采用驱动器对输出脉冲进行放大。 5.2 可编程控制器的接口 如伺服机构采用硬件环行分配器，则占用PLC的I/O口点数少于5点，一般仅为3点。其中I口占用一点，作为启动控制信号；O口占用2点，一点作为PLC的脉冲输出接口，接至伺服系统硬环的时钟脉冲输入端，另一点作为步进电机转向控制信号，接至硬环的相序分配控制端，如图3所示；伺服系统采用软件环行分配器时，其接口如图4。 6 应用实例与结论 将PLC控制的开环伺服机构用于某大型生产线的数控滑台，每个滑台仅占用4个I/O接口，节省了CNC控制系统，其脉冲当量为0.01~0.05mm,进给速度为Vf=3~15m/min,完全满足工艺要求和加工精度要求。回收西门子PLC模块 回收西门子变频器 回收西门子伺服驱动 回收西门子触摸 回收西门子数控系统 回收西门子S7-300PLC模块 回收西门子MM440变频器 回收西门子MM430变频器 回收西门子S7-400PLC模块 回收西门子S7-1200模块 回收西门子数控NCU系统 回收西门子数控轴卡
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CP342-5与西门子ET200M之间的DP主从通信（STEP7) CP342-5 是西门子S7-300 系列的PROFIBUS 通讯模块， 带有PROFIBUS 接口， 可以作为PROFIBUS-DP 的主站也可以作为从站， 但不能同时作主站和从站， 而且只能在S7-300 的中央机架上使用， 不能放在分布式从站上使用。由于S7-300 系统的I 区和Q 区有限，通讯时会有些限制；而用CP342-5 作为DP 主站和从站不一样，它对应的通讯接口区不是I 区和Q 区，而是虚拟通讯区，需要调用FC1 和FC2 建立接口区，下面以例子来介绍CP342-5 作为主站的使用方法。 所需硬件和软件 软件： STEP 7 V5.2 硬件： 1.PROFIBUS-DP 主站带CP342-5 的S7-300 CPU315-2DP 2.从站选用ET200M 3.MPI 网卡CP5611 4.PROFIBUS 电缆及接头 网络配置图 带CP342-5 的S7 CPU315-2DP 的网络配置图如下图所示： CP342-5 ET200M 此组态实例是选用CP342-5 接口作为主站和ET200 M 组成PROFIBUS 网络。首先，将CP342-5 插在S7-300 的中央机架上，用一条PROFIBUS 总线将CP342-5 和ET200M 相连接。 组态 打开SIMATIC MANAGER 软件，在FILE 菜单下选择NEW 新建一个项目，在NAME 栏中输入项目名称，将其命名为“CP342-5_master ”，在下方的Storage Location 中设置其存储位置，如下图： 在项目窗口的左侧选中该项目，按右键在弹出的下拉菜单中选择Insert New Object 和SIMATIC 300 Station 插入一个S7-300 站，则插入的S7-300 站即显示在右侧的窗口。 双击SIMATIC 300 Station 目录下的hardware 图标，打开HW configuration 进行硬件组态。在HW configuration 主界面的右侧按实际硬件安装顺序完成系统硬件组态。在菜单栏中选择“View”菜单，并在下拉菜单中选择“Catalog”打开硬件目录；在左侧目录中打开SIMATIC 300 文件夹，在RACK-300 下选择一个机架，把选用的机架拖到屏幕的左上方。同时在2 号槽和4 号槽分别插入CPU 和 CP342-5 模块。在配置CPU 时，会自动弹出一个对话框，此时不用做任何设置，直接点击OK 即可。由于在该实例中，将CP342-5 作为主站，配置CP342-5 网络设置时，先新建一条PROFIBUS 网络，然后组态PROFIBUS 属性如下图： 本例中选择传输速率为“1.5Mbps”和“DP”行规，无中继器和OBT 等网络元件，点击“OK”按钮确认。然后定义CP342-5 的站地址，本例中为2 号站，加入CP 后，双击该栏，在弹出的对话框中，选择“Operating Mode”标签，选择“DP master”模式，如下图： 点击“OK”按钮确认主站组态完成。组态从站：在HW configuration 主界面中，在右图中选择PROFIBUS DP DP V0 Slaves ET200M 如下图所示，并为其配置2 个字节个输入和2 个字节输出点，输入输出点的地址从0 开始，是虚拟地址映射区，而不占用I 区和Q 区，虚拟地址的输入区在主站上要调用FC1 (DP_SEND) 与一对应，虚拟地址的输出区在主站上要调用FC2 (DP_RECV) 与一对应，如果修改CP342-5 的从站开始地址，如输入输出从地址2 开始，相应的FC1 和FC2 对应的地址区也要相应偏移2 个字节。组态完成后下载到CPU 中，如果没有调用FC1，FC2， CP342-5 PROFIBUS 的状态等“BUSF”将闪烁，在OB1 中调用FC1，FC2 后通讯将建立。配置多个从站虚拟地址区将顺延。 编程 在OB1 中调用FC1 和FC2，FC1 和FC2 的位置如右图，具体程序如下： 参数含义： CPLADDR：CP342-5 的地址。 SEND ：发送区，对应从站的输出区。 RECV：接收区，对应从站的输入区。 DONE：发送完成一次产生一个脉冲。 NDR： 接收完成一次产生一个脉冲。 ERROR：错误位。 STATUS：调用FC1，FC2 时产生的状态字。 DPSTATUS：PROFIBUS－DP 的状态字节。 从上面我们可以看出，MB20，MB21 对应从站输出的*个字节和第二个字节，MB22，MB23 对应从站输入的*个字节和第二个字节。连接多个从站时，虚拟地址将向后延续和扩大，调用FC1，FC2 只考虑虚拟地址的长度，而不会考虑各个从站的站号。如果虚拟地址的开始地址不为0，那么调用FC 的长度也将会增加，假设：虚拟地址的输入区开始为4，长度为10 个字节，那么对应的接收区偏移4 个字节相应长度为14 个字节，接收区的第5 个字节对应从站输入的*个字节，如接收区为 P#M0.0 BYTE 14 ，MB0~MB13，偏移4 个字节后，MB4~MB13 与从站虚拟输入区一一对应。编完程序下载到CPU 中，通讯区建立后，PROFIBUS 的状态灯将不会闪烁，例子程序参见光盘“ PROFIBUS ” 目录下的项目名“ CP342-5_MASTER”。 注意： 使用CP342-5 作为主站时，因为本身数据是打包发送，不需要调用SFC14， SFC15，由于CP342-5 寻址的方式是通过FC1，FC2 的调用访问从站地址，而不是直接访问I/Q 区，所以在ET200M 上不能插入智能模块，如：FM350-1、FM352 等项，所有从站的Ti To 时间保持一致。
虽然不同*在技术路线、工作重点、具体措施上有所差异，但体目标和方向是一致的。有句谚语：众人拾柴火焰高。面向未来，愿意与在座的各位同行一道，在基础研究、科技攻关、设备研制、工程建设、标准制定、人才培养等方面加强交流与合作，创新发展。
