作者介紹了應(yīng)用步進電動機進行鋼管留端處理的新方法，使用S7-200PLC進行步進電動機控制的兩種方式，同時這種思路也可以為其他鋼管生產(chǎn)提供參考借鑒。

1.概述

隨著自動化水平的不斷提高，越來越多的工業(yè)場合需要精確的位置控制。位置控制的精確性主要取決于步進驅(qū)動器和運動控制器的精度。高端的運動模塊可以對步進電動機系統(tǒng)進行非常復(fù)雜的運動控制。

2.系統(tǒng)說明

2.1 基本控制系統(tǒng)

鋼管外防腐的最后一道工序留端處理環(huán)節(jié)的新要求中，要把鋼管兩端除去一定距離的聚乙烯層，但保留環(huán)氧粉末層。為達到要求，我們在兩個行進的小車上分別安裝刀頭用于剃除聚乙烯層，要求對小車和刀頭的行進位置進行判斷，以確定去除的長度和深度。使用PLC通過驅(qū)動器控制步進電動機，可以精確的控制小車及刀的位置，實現(xiàn)工藝要求。

2.2 實現(xiàn)方式分析

200PLC對步進電動機的控制可以通過兩種方法實現(xiàn)。

(1)自帶高速輸出點控制步進電動機

高速脈沖輸出功能即在PLC的指定輸出點上實現(xiàn)脈沖輸出（PTO）和脈寬調(diào)制（PWM）功能。S7-200PLC配有兩個PTO/PWM發(fā)處理器，它們可以產(chǎn)生一個高速脈沖串或者一個脈沖調(diào)制波形。一個發(fā)生器輸出點是Q0.0，另一個發(fā)生器輸出點是Q0.1。當Q0.0和Q0.1作為高速輸出點時，其普遍輸出點被禁用，而當不作為PTO/PWM發(fā)處理器時，Q0.0和Q0.1可作為普通輸出點使用。

對于初學(xué)者，大多感覺利用PLC的高速輸出點對步進電動機進行控制比較麻煩，特別是控制字不容易理解。西門子S7-200PLC的編程軟件STEP7-MicroWIN中提供了位置控制向?qū)В梦恢孟驅(qū)?，能方便、簡單的編寫程序?/p>

位置控制模塊向?qū)г谲浖鞑藛蔚摹肮ぞ摺薄拔恢每刂葡驅(qū)А弊硬藛沃屑せ睿趶棾龅慕缑嬷羞M行時間基準、電動機速度加速和減速時間、內(nèi)存地址等的設(shè)置。設(shè)置完成后會生成3個子程序，PTOx_CTRL、PTOx_RUN、PTOx_MAN。

PTOx_CTRL：控制子程序，啟用和初始化與步進電動機或伺服電動機合用的PTO輸出，在程序中只使用一次，并且確定在每次掃描時得到執(zhí)行。始終用SM0.0作為EN的輸入。

PTOx_RUN：運行輪廓子程序，命令PLC執(zhí)行存儲于配置/輪廓表的特定輪廓中的運動操作。開啟EN位會啟用此子程序。

PTOx_MAN：手動模式子程序，將PTO輸出置于手動模式。允許電動機啟動、停止和按不同的速度運行。當PTOx_MAN子程序已啟用時，任何其他PTO子程序都無法執(zhí)行。

利用指令向?qū)Ь帉懗绦?，程序簡潔、容易編寫，特別是控制步進電動機加速啟動或減速停止，顯得非常方便，且能很好地避開步進電動機失步。

(2)使用定位模塊進行控制步進電動機

相對于集成在PLC的高速輸出點，定位模塊EM253的功能強大，定位精度高，使用更加方便，且能彌補集成高速輸出點的以下不足：

①PLC要用其高速輸出點控制步進電動機，要具備兩個條件，一是PLC必須要有高速輸出點，二是輸出點必須晶體管輸出。例如繼電器輸出的PLC即使有高速輸出點也不能控制步進電動機。

②PLC集成的高速輸出點的頻率不夠高，以CPU226為例，其最高頻率只有20kHz，使用范圍有限，而定位模塊EM223的最高頻率能達到200kHz。

③從示波器觀測波形可以看出，定位模塊高速脈沖的波形品質(zhì)明顯優(yōu)于PLC內(nèi)部集成的高速輸出點，因此對于要求較高的控制系統(tǒng)必須使用定位模塊。

綜合考慮以上兩種方法的優(yōu)缺點，本例中，兩個小車的行進距離較長，同時需要比較精確的定位，而刀頭的運動距離短，在實現(xiàn)功能的同時節(jié)省成本，我們采用S7-200PLC自帶的兩個高速脈沖輸出點方式，通過驅(qū)動器控制步進電動機實現(xiàn)兩個行走小車的動作，高速脈沖輸出方式可以輕松實現(xiàn)一些簡單的位置與速度控制，具有硬件要求簡單、可取代EM253并節(jié)省系統(tǒng)硬件配置等功能，此方式PLC可生成一個50％占空比脈沖串，用于步進電動機速度和位置的控制。利用定時器編寫程序輸出脈沖通過驅(qū)動器控制步進電動機實現(xiàn)兩個刀頭的動作，實現(xiàn)工藝要求。

3.程序說明

系統(tǒng)分為手動和自動兩部分。手動部分通過人工控制兩個小車和刀頭的移動，自動部分通過光電傳感器和壓力傳感器檢測小車和刀頭的位置，改變脈沖輸出頻率控制小車和刀頭的行進速度。

（1）硬件結(jié)構(gòu)

本例中采用常州110BYG550D型和110BYG550E步進電動機各兩個，分別用于控制兩個行走小車和兩個刀頭，控制過程中，將步進電動機驅(qū)動器的工作模式設(shè)定在脈沖+方向下;一個西門子S7-200PLC，PLC自帶兩個高速脈沖輸出點，Q0.0和Q0.1發(fā)送脈沖信號，控制電機的轉(zhuǎn)速和目標位置。Q0.2和Q0.6發(fā)送方向信號，控制電機的運動方向。Q0.5和Q1.3為手動脈沖輸出點。部分符號地址如圖1所示：

圖1

(2)軟件設(shè)計

工藝要求平臺上的鋼管滾動到限定位置停止后，定位油缸回落，鋼管旋轉(zhuǎn)裝置油缸升起，將鋼管升起離開平臺；小車步進電動機快速進給，當小車上安裝的鋼管位置接近開關(guān)檢測到鋼管后一定時間（限位裝置即將與鋼管端口接觸）時，步進電動機慢速行進，直至壓力傳感器滿足設(shè)定壓力值后停止轉(zhuǎn)動。

當小車停止運動后，鋼管開始旋轉(zhuǎn)，氣缸電磁閥導(dǎo)通，刀具與鋼管表面接觸，此時小車步進電動機開始運轉(zhuǎn)，留端處理加工開始，直至到旋鈕設(shè)定位置并配備極限限位傳感器防止刀具脫位。氣缸電磁閥關(guān)閉，汽缸回收，刀具離開鋼管表面，操作人員檢查端口處理情況，如果合格則整體回退，如果不合格，則手工進行控制車削。

在操作過程中為防止轉(zhuǎn)管時由于鋼管徑向運動產(chǎn)生切削誤差，設(shè)置壓力傳感器實時檢測扭矩刀架運動小車根據(jù)扭力進行隨動。

操作臺上設(shè)置一個三向開關(guān)控制刀頭的升降速，每扳動一次，控制刀頭的脈沖輸出頻率變化2ms。

S7-200PLC自帶輸出脈沖控制塊的初始化程序為：

LD SM0.0

= L60.0

LD M24.0

= L63.7

LD M24.1

= L63.6

LD L60.0

CALL PTO0_CTRL:SBR15, L63.7, L63.6, M25.0, MB23, VD1300

LDN 小車1自動手動:I0.7

LDN 小車1管接近信號:I0.1

O 小車1后退按鈕:I0.4

ALD

LDN 小車1自動啟動指示燈:Q2.2

A 小車1自動手動:I0.7

LD 小車1自動啟動指示燈:Q2.2

A M11.5

OLD

OLD

= L60.0

// 脈沖控制塊使能條件

LDN 小車1自動手動:I0.7

LD 小車1前進按鈕:I0.3

A 轉(zhuǎn)管油缸上限位:I1.6

A 轉(zhuǎn)管油缸上限位右:I4.2

AN 小車1管接近信號:I0.1

LDN 小車1定位:I0.0

A 小車1后退按鈕:I0.4

OLD

ALD

LDN 小車1自動啟動指示燈:Q2.2

A 小車1自動手動:I0.7

LD 小車1自動啟動指示燈:Q2.2

A M11.5

OLD

AN 小車1定位:I0.0

OLD

= L63.7

LD L60.0

//脈沖控制塊開始輸出條件

CALL PTO0_MAN:SBR17, L63.7, 1500, MB20, VD1250

//速度、錯誤位等初始化

利用定時器輸出脈沖（速度可調(diào)）的程序為：

LDN M10.2

TON T32, #手動脈沖時間:LW0

//設(shè)定脈沖頻率，單位毫秒

LDW< T32, 1

= #脈沖輸出:L2.0

LD T32

= M10.2

//按設(shè)定頻率輸出脈沖

3.結(jié)論

本例中第一次將步進電動機應(yīng)用在鋼管防腐的留端處理環(huán)節(jié)中，通過高速脈沖輸出方式對步進電動機進行控制，更加精確的實現(xiàn)了工藝要求。在以后的應(yīng)用中可以加入觸摸屏、工控機等上位設(shè)備，從而實現(xiàn)對步進電動機速度等更加簡單、直接、方便的控制，具體很高的可擴展性。

本文編自《電氣技術(shù)》，作者為王世靜。