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會員注冊S7-200SMART是西門子公司的一款小型PLC。本文介紹一種PLC直接控制步進(jìn)電機(jī)的方法，會附帶梯形圖程序。
現(xiàn)有能搜到的很多教程都是使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，然后用開發(fā)工具中使用向?qū)蒔WM子程序調(diào)用，這種方法因?yàn)楹啽憧煽浚彩悄壳皩?shí)際工程中使用最多的。還可以使用PTO，也是使用開發(fā)工具中的向?qū)С跏蓟Ｒ陨蟽煞N方法都可以搜到很多教程。只用定時器直接控制的很少有教程。本文介紹的直接控制就是不適用電機(jī)驅(qū)動器，僅依靠PLC的計(jì)時器來生成控制脈沖。
步進(jìn)電機(jī)簡述
既然是控制步進(jìn)電機(jī)，我們就要先了解步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)分為三大類：永磁式、反應(yīng)式、混合式。具體區(qū)別自行查閱即可，此處不贅述(別問，問就是懶的碼)。
四相步進(jìn)電機(jī)通過給四個定子線圈通電順序和時間的不同，從而形成強(qiáng)度和方向不同的旋轉(zhuǎn)磁場，吸引轉(zhuǎn)子以不同方向和速度旋轉(zhuǎn)。按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。本文介紹的就是八拍驅(qū)動的方法。
控制原理：
四相八拍電機(jī)的四相線圈分別用 A、B、C、D 表示。
當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時，其工作方式如下：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。
當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時，其工作方式如下：A→AD→D→DC→C→CB→B→BA→A。
設(shè)計(jì)要求：
設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的控制及實(shí)現(xiàn) 3 檔調(diào)速即快速、中速、慢速。控制模塊中的步進(jìn)電機(jī)工作方式為四相八拍電機(jī)的四相線圈分別用 A、B、C、D 表示。需要使用數(shù)碼管顯示電機(jī)檔位。
PLC梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)
此程序I/O配置分配情況如下表：
| I/O口 | 連接端口 | I/O口 | 連接端口 |
| I0.0 | 啟動 | Q0.3 | 步進(jìn)電機(jī)D相 |
| I0.1 | 停止 | Q1.0 | 數(shù)碼管A段 |
| I0.2 | 正轉(zhuǎn) | Q1.1 | 數(shù)碼管B段 |
| I0.3 | 反轉(zhuǎn) | Q1.2 | 數(shù)碼管C段 |
| I0.4 | 快速 | Q1.3 | 數(shù)碼管D段 |
| I0.5 | 慢速 | Q1.4 | 數(shù)碼管E段 |
| Q0.0 | 步進(jìn)電機(jī)A相 | Q1.5 | 數(shù)碼管F段 |
| Q0.1 | 步進(jìn)電機(jī)B相 | Q1.6 | 數(shù)碼管G段 |
| Q0.2 | 步進(jìn)電機(jī)C相 |
下面是使用s7-200 smart官方集成開發(fā)環(huán)境Step 7MicroWIN SMART軟件編程實(shí)現(xiàn)對四相八拍步進(jìn)電機(jī)控制的程序。工作原理及對此程序的解釋均以注釋的形式在下圖中給出。此處僅聲明程序中出現(xiàn)的變量的含義：VB10(存放電機(jī)轉(zhuǎn)速擋位的字節(jié)變量)、VW50(存放轉(zhuǎn)速的字變量，即脈沖寬度)、VB100(八拍進(jìn)給控制的字節(jié)變量)。
這里要提醒各位一個我在編程中忽略的問題：
在控制脈沖的程序部分我先是寫了如下的梯形圖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)輸出繼電器存在問題，沒有按照我程序輸出，但是軟件上顯示的是沒有問題，輸出繼電器均可正常輸出。我先是拆了試驗(yàn)箱，驗(yàn)證了步進(jìn)電機(jī)是沒有問題的，然后使用電源依次給定子線圈按照控制次序依次供電，發(fā)現(xiàn)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。故，肯定是程序存在問題。問題就是輸出繼電器線圈不能重復(fù)使用，如下圖：
解決方法就是使用一組中間繼電器來作為8拍的輸出，再用這些中間繼電器去控制真正的輸出ABCD四相的線圈。
后記
完成PLC直接控制步進(jìn)電機(jī)對我而言沒有太大難度。但這次設(shè)計(jì)也感觸頗深，本以為自己學(xué)的還行。調(diào)試半天找不出毛病，信誓旦旦地覺得自己的程序是沒有問題的。拆解實(shí)驗(yàn)箱，單獨(dú)調(diào)試步進(jìn)電機(jī)無果后，老師一語道破天機(jī)，輸出繼電器線圈不能重復(fù)使用，方覺自己的無知與渺小。學(xué)海無涯更無止境，一知半解貽笑大方。
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