步进电机的PLC控制梯形图程序设计.pdf

1、收 稿 日 期 :2007 - 03 - 14作 者 简 介 :叶 真 (1955 - ) ,女 ,副 教 授 。文 章 编 号 :1671 - 7333(2007) 02 - 0083 - 04步 进 电 机 的 PLC控 制 梯 形 图 程 序 设 计叶 真(上 海 应 用 技 术 学 院 机 械 与 自 动 化 工 程 学 院 ,上 海 200235)摘 要 : 可 编 程 序 控 制 器 ( PLC)对 步 进 电 机 的 控 制 程 序 ,可 以 有 多 种 设 计 方 法 。 本 文 提 出 了 以SIEMENS SIMA TIC S7 - 200 的 “ 移 位 指 令 ” 作

2、为 步 进 控 制 梯 形 图 程 序 的 主 体 以 及 将 程 序 模 块化 的 设 计 思 路 和 方 法 ,得 到 的 梯 形 图 程 序 简 捷 、 清 晰 、 柔 性 ,调 试 结 果 完 全 满 足 控 制 要 求 。关 键 词 : 步 进 电 机 ; PLC ; 梯 形 图 ; 移 位 指 令 ; 模 块 化中 图 分 类 号 : TP 271 文 献 标 识 码 :ADesign of PLC Ladder Controlling on the Stepping MotorY E Zhen(School of Mechanical and Automation Enginee

3、ring , Shanghai Institute of Technology , Shanghai 200235 , China)Abstract : The PLC program controlling on the stepping motor can be designed by diverse means. The paperputs forward the design thinking and method. The ladder program is programmed with“ SHIFT” instruc2tion of SIMA TIC S7 - 200 as th

4、e keystone of controlling step - by - step and by means of program modu2larization. Thus the ladder is compact ,clear and flexible , and quite meets the control requirements.Key words : stepping motor ; PLC ; ladder ; SHIFT ; modularization在 可 编 程 序 控 制 器 ( PLC) 对 各 种 工 业 、 物 流等 生 产 流 水 线 的 控 制 中 ,一

5、 个 常 见 的 环 节 ,就 是 对步 进 电 机 的 控 制 。 PLC 对 步 进 电 机 的 控 制 程 序设 计 可 有 多 种 方 法 ,所 选 应 用 指 令 的 不 同 、 程 序 设计 思 路 的 不 同 ,可 使 程 序 的 长 短 、 复 杂 程 度 、 柔 性化 程 度 有 较 大 的 差 别 。 本 文 以 三 相 六 拍 步 进 电 机控 制 为 例 , 采 用 SIEMENS S7 - 200 PLC 的SIMA TIC 指 令 系 统 ,介 绍 以 “ 移 位 指 令 ” 为 步 进 控制 程 序 主 体 的 设 计 思 路 和 方 法 ,并 分 析 其 相 对

6、 于其 他 应 用 指 令 及 编 程 方 法 之 长 处 。1 程 序 设 计 的 基 本 思 路在 进 行 程 序 设 计 时 ,首 先 应 明 确 对 象 的 具 体控 制 要 求 。 由 于 CPU 对 程 序 的 串 行 扫 描 工 作 方式 ,会 造 成 输 入 / 输 出 的 滞 后 ,而 由 扫 描 方 式 引 起的 滞 后 时 间 ,最 长 可 达 两 个 多 扫 描 周 期 1 ,程 序越 长 ,这 种 滞 后 越 明 显 ,则 控 制 精 度 就 越 低 。 因此 ,在 实 现 控 制 要 求 的 基 础 上 ,应 使 程 序 尽 量 简捷 、 紧 凑 。 另 一 方 面

7、 ,同 一 个 控 制 对 象 ,根 据 生 产的 工 艺 流 程 的 不 同 ,控 制 要 求 或 控 制 时 序 会 发 生变 化 ,此 时 ,要 求 程 序 修 改 方 便 、 简 单 ,即 要 求 程 序有 较 好 的 柔 性 。 以 SIMA TIC 移 位 指 令 为 步 进 控制 的 主 体 进 行 程 序 设 计 ,可 较 好 地 满 足 上 述 设 计要 求 。1. 1 三 相 六 拍 步 进 电 机 的 控 制 要 求对 三 相 六 拍 步 进 电 机 的 控 制 ,主 要 为 两 个 方第 7 卷 第 2 期2007 年 6 月 上 海 应 用 技 术 学 院 学 报JO

8、URNAL OF SHAN GHAI INSTITU TE OF TECHNOLOGYVol. 7 No. 2J un. 2007面 :三 相 绕 组 的 接 通 与 断 开 顺 序 控 制 以 及 步 进 速度 的 控 制 。 即 :正 转 顺 序 : A AB B B C C CA A ;反 转 顺 序 : A A C C CB B BA A 以 及 每 个 步 距 角 (每 个 箭 头 ) 的 行 进 速度 。 围 绕 这 两 个 主 要 方 面 ,可 提 出 具 体 的 控 制 要求 如 下 :(1) 可 正 转 起 动 或 反 转 起 动 ;(2) 运 行 过 程 中 ,正 反 转

9、可 随 时 不 停 机 切 换 ;(3) 步 进 速 度 可 分 为 高 速 (0. 05 s) 、 中 速 (0. 1s) 、 低 速 (0. 5 s)三 档 ,并 可 随 时 手 控 变 速 ;(4) 停 止 时 ,应 对 移 位 寄 存 器 清 零 ,使 每 次 起动 均 从 A 相 开 始 。1. 2 控 制 程 序 框 图 及 软 件 模 块由 上 述 具 体 控 制 要 求 ,可 作 出 步 进 电 机 在 起动 运 行 时 的 程 序 框 图 ,如 图 1 所 示 。 以 工 作 框 图为 基 本 依 据 ,结 合 考 虑 控 制 的 具 体 要 求 ,首 先 可 将梯 形 图

10、程 序 分 成 4 个 模 块 进 行 编 程 ,即 模 块 1 :步进 速 度 选 择 ;模 块 2 :起 动 、 停 止 和 清 零 ;模 块 3 :移位 步 进 控 制 功 能 模 块 ;模 块 4 : A 、 B 、 C 三 相 绕 组对 象 控 制 。 然 后 ,将 各 模 块 进 行 连 接 ,最 后 经 过 调试 、 完 善 、 实 现 控 制 要 求 。图 1 步 进 电 机 控 制 程 序 框 图2 梯 形 图 程 序 设 计2. 1 输 入 / 输 出 编 址控 制 步 进 电 机 的 各 输 入 开 关 及 控 制 A 、 B 、 C三 相 绕 组 工 作 的 输 出 端

11、 在 PLC 中 的 I/ O 编 址 如表 1 所 示 。表 1 输 入 / 输 出 编 址输 入 端 输 出 端I0. 0 步 进 电 机 正 转 起 动 按 钮 Q0. 0 控 制 A 相 绕 组I0. 1 步 进 电 机 反 转 起 动 按 钮 Q0. 1 控 制 B 相 绕 组I0. 2 停 止 及 清 零 按 钮 Q0. 2 控 制 C 相 绕 组I1. 0 低 速 开 关I1. 1 中 速 开 关I1. 2 高 速 开 关2. 2 状 态 真 值 表采 用 移 位 指 令 进 行 步 进 控 制 。 首 先 指 定 移 位寄 存 器 MB0 (8 位 ) ,按 照 三 相 六 拍

12、 的 步 进 顺 序 ,移位 寄 存 器 的 初 值 见 表 2。表 2 移 位 寄 存 器 初 值 1M0. 7 M0. 6 M0. 5 M0. 4 M0. 3 M0. 2 M0. 1 M0. 00 0 1 0 0 0 0 0每 右 移 1 位 ,电 机 前 进 一 个 步 距 角 (一 拍 ) ,完成 六 拍 后 重 新 赋 初 值 。 其 中 M0. 6 和 M0. 7 始 终为 “ 0” 。 据 此 ,可 作 出 移 位 寄 存 器 输 出 状 态 及 步 进电 机 正 反 转 绕 组 的 状 态 真 值 表 ,如 表 3 所 示 。 从而 得 出 三 相 绕 组 的 控 制 逻 辑

13、关 系 式 :正 转 时A 相 Q0. 0 = M0. 5 + M0. 4 + M0. 0B 相 Q0. 1 = M0. 4 + M0. 3 + M0. 2C 相 Q0. 2 = M0. 2 + M0. 1 + M0. 0反 转 时A 相 Q0. 0 = M0. 5 + M0. 4 + M0. 0B 相 Q0. 1 = M0. 2 + M0. 1 + M0. 0C 相 Q0. 2 = M0. 4 + M0. 3 + M0. 2表 3 移 位 寄 存 器 输 出 状 态 及 步 进 电 机 绕 组 状 态 真 值 表 2移 位 寄 存 器 MB0 正 转 反 转M0. 5 M0. 4 M0. 3

14、 M0. 2 M0. 1 M0. 0 A B C A B C0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 00 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 10 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 10 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 10 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 00 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 048 上 海 应 用 技 术 学 院 学 报 第 7 卷 2. 3 梯 形 图 程 序根 据 程 序 模 块 及 三 相 绕 组 的 控 制 逻 辑 关 系 ,即 可 编 写 出 梯 形 图 控 制 程 序 ,如 图

15、2 所 示 。 其 中Network1 3 对 应 模 块 1 ;Network4 6 对 应 模 块2 ;Network7 12 对 应 模 块 3 ;Network13 16 对应 模 块 4。必 须 注 意 ,在 进 行 各 模 块 的 连 接 时 ,应 充 分 考虑 各 模 块 功 能 之 间 的 联 锁 关 系 、 CPU 串 行 扫 描 的工 作 方 式 对 各 指 令 执 行 结 果 的 影 响 以 及 可 随 时 进行 正 反 转 切 换 和 步 进 变 速 的 要 求 。 经 过 调 试 、 运行 ,该 程 序 完 全 满 足 控 制 要 求 。图 2 步 进 电 机 梯 形

16、 图 控 制 程 序3 程 序 的 分 析 与 比 较3. 1 简 捷 性如 前 所 述 ,步 进 电 机 的 控 制 程 序 设 计 ,可 有 多种 方 法 , 比 如 , 用 SIMA TIC 顺 控 指 令 ( SCR、SCRT、 SCRE)编 程 ,程 序 没 有 复 杂 的 逻 辑 关 系 ,设计 比 较 方 便 ,但 由 于 每 一 次 步 进 切 换 都 须 经 过 对状 态 的 开 始 、 转 换 和 结 束 处 理 ,会 令 程 序 的 网 络 数大 大 增 加 3 ;或 可 用 许 多 的 定 时 器 实 现 各 步 距 角的 时 间 控 制 ,以 及 变 速 时 间 间

17、隔 的 设 置 等 ,则 程 序冗 长 、 松 散 ;也 可 以 用 定 时 器 结 合 比 较 指 令 控 制 各步 进 时 段 ,但 会 使 各 网 络 变 得 复 杂 ,彼 此 之 间 的 逻辑 关 系 不 甚 清 晰 ,程 序 也 会 比 较 长 。 比 如 ,仅 作 两档 转 速 控 制 ,程 序 便 需 约 20 个 网 络 ,若 再 以 加 法 、减 法 指 令 配 合 对 两 档 转 速 进 行 调 速 ,则 程 序 还 要增 加 3 4 个 网 络 ;有 的 程 序 甚 至 可 达 约 30 个 网络 ,而 以 移 位 指 令 作 为 步 进 控 制 的 主 体 编 程 ,获

18、 得的 程 序 简 捷 、 清 晰 ,仅 需 15 个 网 络 即 可 实 现 ,且 程序 模 块 间 的 逻 辑 关 系 十 分 明 确 。3. 2 柔 性 化3. 2. 1 步 进 速 度 的 变 化以 移 位 指 令 作 为 步 进 控 制 主 体 编 程 的 另 一 长处 ,就 是 程 序 的 柔 性 好 ,非 常 容 易 修 改 。 在 1. 1 中提 到 :对 步 进 电 机 的 控 制 主 要 是 两 个 方 面 ,三 相 绕组 接 通 、 断 开 的 顺 序 控 制 和 步 进 速 度 的 控 制 。 前者 一 般 不 变 ,而 后 者 却 可 多 变 。比 如 ,本 文 例

19、子 中 ,如 果 要 求 电 机 在 运 行 过 程中 步 进 速 度 可 任 意 加 、 减 ,而 不 是 仅 有 三 档 速 度 ,此 时 任 何 变 速 实 际 上 只 是 改 变 移 位 指 令 的 执 行 速度 ,即 改 变 移 位 脉 冲 的 发 生 周 期 (VW100) ,其 他所 有 网 络 均 可 不 变 。 所 以 ,只 需 将 程 序 模 块 1“ 步进 速 度 选 择 (Network1 3)” 作 如 下 修 改 便 可 实现 ,如 图 3 所 示 。图 3 程 序 模 块 1 的 修 改58 第 2 期 叶 真 :步 进 电 机 的 PLC 控 制 梯 形 图 程

20、 序 设 计 其 中 ,原 低 速 开 关 I1. 0 变 为 步 进 基 速 赋 值 开关 (Network1) ;原 中 速 开 关 I1. 1 变 为 减 速 开 关 ,每 次 I1. 1 从 “ 0” “ 1” ,步 进 速 度 减 慢 0. 01s ,即 以加 法 指 令 实 现 转 过 每 步 距 角 所 需 时 间 增 加 0. 01s(Network2) ;原 高 速 开 关 I1. 2 变 为 加 速 开 关 ,每次 I1. 2 从 “ 0” “ 1” ,经 减 法 指 令 使 转 过 每 步 距 角所 需 时 间 减 少 0. 01s (Network3) ,每 次 加 速

21、 或 减速 的 幅 度 可 按 需 要 任 意 修 改 设 定 。而 如 果 用 其 他 方 法 编 程 ,比 如 以 定 时 器 、 比 较 指令 等 编 程 ,则 每 变 化 一 次 速 度 ,所 有 的 定 时 器 和 比 较时 段 都 须 作 出 相 应 的 调 整 ,为 程 序 修 改 带 来 不 便 。3. 2. 2 从 三 相 六 拍 到 五 相 十 拍如 果 控 制 对 象 为 五 相 十 拍 的 步 进 电 动 机 ,则 依据 三 相 六 拍 的 编 程 思 路 ,只 需 在 模 块 3 中 ,将 8 位(字 节 )移 位 寄 存 器 改 为 16 位 (字 )移 位 寄 存

22、 器 。 比如 :取 寄 存 器 MW3 = MB3 + MB4 ,其 初 值 见 表 4。表 4 移 位 寄 存 器 初 值 2M3. 7 M3. 6 M3. 5 M3. 4 M3. 3 M3. 2 M3. 1 M3. 0 M4. 7 M4. 6 M4. 5 M4. 4 M4. 3 M4. 2 M4. 1 M4. 00 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0移 位 指 令 相 应 由 “ SHR - B” 修 改 为 “ SHR -W” ,然 后 根 据 五 相 十 拍 步 进 电 动 机 的 工 作 顺 序 :正 转 ABC BC BCD CD CDE DE DEA E

23、A EAB AB ABC反 转 ABC BA BAE AE AED ED EDC DC DCB CB CBA作 出 移 位 寄 存 器 输 出 状 态 及 步 进 电 机 绕 组 状 态 真值 表 ,得 出 五 相 绕 组 控 制 逻 辑 关 系 式 ,最 后 ,在 模块 4 (对 象 控 制 )中 增 加 控 制 对 象 D、 E 和 修 改 控 制逻 辑 关 系 ,便 可 非 常 方 便 地 完 成 五 相 十 拍 的 梯 形图 控 制 程 序 。另 外 ,需 注 意 ,在 修 改 程 序 时 ,图 2 中 Net2work6 和 Network7 的 传 送 指 令 亦 应 相 应 地

24、改 为字 传 送 指 令 “ MOV - W (MW3)” 以 及 Network12计 数 器 指 令 的 “ PT” 相 应 改 为 10。4 结 语(1) 在 进 行 PLC 梯 形 图 控 制 程 序 设 计 时 ,首先 应 十 分 明 确 现 场 所 有 对 象 及 其 控 制 要 求 ,在 满足 控 制 要 求 的 基 础 上 ,应 尽 可 能 使 程 序 简 捷 、 清晰 。(2) 在 对 步 进 电 机 进 行 控 制 时 ,以 移 位 指 令作 为 步 进 控 制 的 主 体 编 程 ,不 仅 可 使 程 序 简 捷 、 清晰 ,并 具 有 较 好 的 柔 性 。(3) 利

25、用 本 文 所 介 绍 的 三 相 六 拍 步 进 电 机 梯形 图 控 制 程 序 的 设 计 方 法 ,可 以 方 便 地 得 出 五 相十 拍 步 进 电 机 的 控 制 程 序 ,亦 可 将 “ 程 序 模 块 化 ”的 设 计 思 路 应 用 于 其 他 的 控 制 程 序 设 计 中 。参 考 文 献 :1 廖 常 初 . PLC编 程 及 应 用 M .北 京 :机 械 工 业 出 版社 ,2004.2 郁 汉 琪 . 机 床 电 气 及 可 编 程 序 控 制 器 实 验 、 课 程 设计 指 导 书 M .北 京 :高 等 教 育 出 版 社 ,2001.3 汤 以 范 . 电 气 与 可 编 程 序 控 制 器 技 术 M .北 京 :机械 工 业 出 版 社 ,2004.4 宋 伯 生 . PLC顺 序 控 制 程 序 工 程 方 法 J .电 气 时 代 ,2006 , (9) :134 - 137.68 上 海 应 用 技 术 学 院 学 报 第 7 卷