基于S7―200PLC步进电机运动控制系统设计

摘 要：步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的机构。本文选用了西门子S7-200 PLC作为控制器，选用两相56系列的DM5676A型步进电机作为控制对象，结合触摸屏机通信，得到了一个较为合理的步进电机运动控制系统，平稳可靠地实现步进电机的启动、停止、正反转、加减速等速度控制功能以及人机交互和远程控制功能。

【关键词】PLC 高速脉冲信号 步进电机 调速

以PLC为控制器的机器人控制系统，实际可以简化为用PLC对步进电机控制的系统。通过对步进电机运动的控制，可以实现工业机器人的各种动作。为此本论文将以此为切入点，设计出一套基于PLC的步进电机运动控制系统，实现对步进电机的智能控制。

1 系统的方案设计

本系统设计实现三个主要功能：对步进电机的运动控制，包括对电机的起停控制，速度控制，转向控制等；实时了解系统运行状况，实现人机交互功能；实现远程控制功能。结合控制系统功能要求，设计出基于PLC的运动控制系统，该控制系统主要有六大模块组成，系统的功能框图如图1所示。

实现方案设计：

速度控制：通过PLC发出的高速脉冲来实现对电机的速度控制；方向控制：通过控制输出的高速脉冲信号的高低电平到步进电机控制器的方向信号端，从而来控制步进电机的转动方向；人机交互：添加触摸屏，实现对步进电机运动的可视化控制，通过采样，建立实时速度反馈曲线，实现对系统的监控；远程控制：添加通信模块，连接工业以太网，在PC端通过PLC编程软件可以对PLC进行远程的组态、编程、诊断等，能够实现远程控制功能。

2 硬件设计

2.1 硬件选型

S7-200CPU226型号PLC结构紧凑、扩展性强，具有丰富的功能单元，可满足中小复杂的控制系统要求，故本设计中选用此型号作为系统控制器。

结合步进电机的成本性能要求，选用两相56系列的DM5676A型步进电机，这种步进电机机构简单、响应快、距角小、步进频率高、经久耐用、力矩-惯性比高等。 选用与DM5676A型步进电机配套的DMD403步进电机驱动器。

在人机交互界面的选型时，选择配套的台达DOP-B07S201触摸屏。

选用CP 243-1通信模块，来实现对系统的远程控制。

2.2 I/O分配及硬件接线

设计控制系统中有7个数字量输入和3个数字量输出，通过对控制系统各硬件部分进行详细分析，对PLC进行I/O分配[2]，见表1。

系统PLC输出信号到步进电机驱动器，再到步进电机端，从而实现对步进电机的运动控制，这是运动控制的主控部分；同时添加触摸屏技术，用DOP-B07S20触摸屏[3]，在计算机中进行画面组态；用通信模块CP 243-1 LED、工业以太网以及远程控制器计算机等实现远程操作技术。从而确定该步进电机控制系统硬件接线图，如图2所示。

3 软件设计

软件编程：采用西门STEP 7-Micro/WIN软件编程实现设计功能。本系统程序有一个主程序和两个子程序，主程序中包括九个功能程序，其中换向和加减速实现如下：

换向程序：用到了两个计数器C0和C1，C0初值为2，C1初值为1。当按下一次换向按钮时，C1输出点接通，输出端Q0.1输出高电平“1”， 方向脉冲使得步进电机按相应的转向转动。当再按一次换向按钮时，计数器C0输出点接通，并对自身及计数器C1复位， 从而使得输出Q0.0输出低电平“0”，电机换向。

加减速控制程序：用到加法和减法指令。首先将周期变化值“50”传入VW10设置指令中，按下加速指令接通I0.3，执行子程序SBR-2减法指令，每按一次，高速脉冲的周期为VW200= VW200―VW10，步进电机的速度就相应的增加。按下减速指令时接通I0.4，执行子程序SBR-1加法指令，每按一次，高速脉冲的周期为VW200= VW200+VW10。步进电机的速度就相应的减小。

触摸屏组态：利用Screen Editor软件，对组态软件变量与PLC的地址分配，在触摸屏上编写系统控制按钮以及状态指示灯。

4 总结

本文设计的运动控制系统，通过调试运行，可以实现预先设定的运动控制功能及触摸屏的人机交互功能，说明该设计方案是可行的。本文设计的系统在可以广泛应用工业机器人的控制系统，具有较大的现实意义。

参考文献

[1]岂兴明，苟小卫，罗冠龙.PLC与步进伺服快速入门与实践[M].北京：人民邮电出版社，2011.

[2]王彦军，李增生.基于PLC的步进电机控制[J].科学技术与工程，2011（5）.

[3]严盈富.触摸屏与PLC入门[M].北京：人民邮电出版社，2007.

作者简介

赵庆龙（1989-），男，四川成都人，职务：机械工程硕士研究生。

作者单位

西南交通大学机械工程学院 四川省成都市 610031