基于PLC的步进电机加减速运行设计

基于PLC的步进电机加减速运行设计

摘要：步进电机属于一种把电脉冲转换成为角位移形式的电子器件，其能够通过控制脉冲的个数来相应地控制角位移量，进而可以达到有效的准确定位目的，同时控制脉冲频率可以对电机转动的速度与加速度参数进行有效的控制，从而可以达到加减速的控制目的。

关键词：步进电机；PLC；加减速

1.引言

步进电机在数字控制系统当中属于一种执行功能的电动机，其可以有效地改变输入脉冲的个数从而相应地控制步进电动机转子机械位移参数的大小变化，通过改变输入脉冲相应的通电相序，可以有效地控制步进电动机转子机械位移变化量的方向，有利于达到方向位置的控制目的。目前阶段在世界范围内主要的PLC 厂家所生产制造的PLC都具有专门形式的步进电机控制指令，能够非常方便地与步进电机搭建成有效的运动控制系统。PLC需要与步进电机配合达到特定的运动控制目标，同时需要在PLC内部实行一系列的设置或者编写一定功能的控制程序[1]。

2.硬件的设计

2.1.PLC的选取

本文的设计研究中PLC需要与步进电机配合达到特定的运动控制目的，在PLC系统内部进行一定的设置并且编写一定功能的控制程序。由于步进电机的控制需要使用高速脉冲进行控制，因此PLC应当是可以输出高速脉冲的晶体管输出形式，然而不能够使用继电器输出形式的PLC对步进电机进行控制，因为这种设计对于PLC系统的要求并不会显得太高，输入/输出点所需要使用的并不多，控制程序量较少，因此选择西门子S7-200CPU226型号的PLC就能够满足具体的要求。西门子S7系列的PLC具有体积小、速度高与标准化等优点，具备网络通信能力，可靠性较高[2]。

2.2.步进电机的选取

在选取步进电动机时需要考虑的主要是步进电动机的型号，根据实际的系统要求，需要确定步进电动机相应的电压值、电流值与有无定位转矩以及使用螺栓机构的具体定位装置，进而就能够更好地确定步进电动机的相数与拍数，本文的设计所选取的步进电机是57BYG250C型号，其具体的数据参数如表1所示。

表1 57BYG250C型步进电机的数据参数

型号相数相电流步距角保持转矩空载启动频率

57BYG250C 2 1.5A 1.8°1.0N·m 2kpps

2.3.步进电机驱动器的选取

步进电机的运行需要通过一个电子装置达到驱动目的，这种电子装置即为步进电机驱动器，其能够将控制系统所发出的脉冲信号转换成为步进电机相对应的角位移参数，或者可以描述为当控制系统每一次发出一个脉冲信号，通过驱动器的作用能够使步进电机相应地旋转一步距角，因此步进电机的转速和脉冲信号的频率是呈正比的关系。

通常情况下，对于两相四线类型的电机，能够直接与驱动器进行相连接，以两相混合式步进电动机驱动器作为例子，这主要是由电源输入部分、信号输入部分与输出部分所构成。各种型号驱动器的输入信号都是相同的，总共有三路具体信号，分别为步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR与脱机信号FREE。脱机信号FREE属于低电平有效，此时电机会处在无力矩状态。如果FREE端处于高电平或者悬空不接的状态时，电机仍然维持正常运行的状态。步进电机驱动器相应的具体电气技术数据如表2所示。

表2 步进电机驱动器的电气技术数据

驱动器型号相数类别细分数最大相电流工作电流

SH-2H057 2/4 混合式二相八拍 3.0A DC（24V-40V）

3.控制功能设计

手动模式可以控制步进电机的具体运行，通过PLC操作程序能够从外部输入具体的脉冲数值，而且可以有效地实现正反转的运行目的。系统运行所经过的路线根据相应的包络控制电机运行，在包络之中数值分析运行的脉冲总数是1000个脉冲，相应的起动频率是500Hz，最大脉冲频率是1000Hz，这要求PLC 控制系统中的高级指令PTO发生器应当包含三段管线，因为在包络之中的数值是使用周期而并非使用频率具体表示的，需要把频率数值转变成为周期数值[3]。

初始周期是2000μs，最高频率的周期是1000μs，然而对于第一段包络线而言，脉冲发生器调整脉冲周期相应的增量值为：

周期的增量值=（ECT-ICT）/Q

=（1000-2000）/110

=-9μs/周期

在上式中的ETC、ICT与Q分别表示这段最高频率的周期、初始周期与脉

冲数这三个参数。从以上的计算过程可得到给定了的初始频率、运行频率与行程。根据具体的公式能够计算出频率上升相应的斜率，基于这种原则，在操作子程序中设置外部给定的三个具体变量，分别为初始频率、运行频率与脉冲数，从而可以计算出各段相应的运行脉冲数，根据这原理可以达到对控制程序的设计目的。

4.PLC程序设计

PLC的I/O分配表如表3所示。

表3 系统的I/O分配表

PLC端实验板端注释

I0.0 SW0 停止

I0.1 SW1 启动

I0.2 SW2 加脉冲数

I0.3 SW3 减脉冲数

PLC端电机驱动器端注释

Q0.0 脉冲（CP）P LC输出脉冲

Q0.2 方向（DIR）电机运行方向控制

4.1.主程序

主程序在整个程序中属于支架部分，同时改变三个变量参数值的相应位置。设置网络1作为停止程序，由于停止指令的优先等级比较高，因此把停止指令设置在网络1。设置网络2作为启动指令，即是脉冲相应的计算输出。设置网络3与4分别为脉冲数的加、减指令，每次进行加、减的数值则为步进电机相应的行程。设置网络5为数据类型的转换操作，可以为后续计算继续使用。另外包含了2个调用子程序，即为脉冲相应的计算输出程序与停止程序。如果触点I0.2每进行一次闭合时，脉冲个数相应的设定值需要从0开始逐渐增加到1000，如果触点I0.3每进行一次闭合时，脉冲个数相应的设定值会从当前值减少到1000。如果触点I0.1闭合时，则会调用脉冲相应的计算输出程序，启动3段包络线从而控制电机运行。如果触点I0.0闭合，则会调用停止程序，进行电机的停止操作，对于控制系统达到复位目的。

4.2.脉冲的计算输出程序

脉冲相应的计算输出程序属于其中的一个子程序，其是根据具体的公式计算