PLC脉冲量控制程序设计分析

国家职业技能鉴定技师/高级技师论文PLC脉冲量控制程序设计分析姓名：齐学泉职业：维修电工身份证号：120110198709042411所在单位：天津市荣鑫精密模塑有限公司目录摘要第一章项目介绍第二章控制系统的构成2.1使用西门子PLC控制2.1.1PLC的概述2.2利用步进电机和步进电机驱动器控制2.2.1步进电机的概述2.2.2步进电机驱动器概述第三章控制硬件设计3.1西门子PLC的选用3.1.1西门子PLC选型3.2步进电机与步进电机驱动器的选用3.2.1步进电机选型3.2.2步进电机驱动器选型第四章系统程序设计4.1I/O分配4.2设计梯形图程序4.3控制程序分析步进电机控制薄膜卷绕机摘要脉冲量控制先是用于技术切削机床的运动控制，而今也已用到其他设备、机械手，甚至整个生产线传动的多方面控制，成为当今自动化技术的一个重要支柱。当今自动化的又一支柱的PLC，也可处理脉冲量。目前，他不仅有输入、输出脉冲来那个的接口或模块，而且还有很多处理脉冲量的设定与指令，很强大的脉冲量的处理功能，可经济有效地通过脉冲量的处理，进行运动控制。本文设计根据步进电动机输入脉冲信号，每改点一次励磁状态就前进一定角度或长度。它是一种受脉冲信号控制的无刷式直流电动机，也可看作是在一定频范围内转速与控制脉冲频率同步的同步电动机。关键词西门子PLC步进电机脉冲输出第一章项目介绍在自动化生产线传动的生产过程中，有一种薄膜卷绕机，设备采用机械式计数，卷绕动力采用离合器传动，元件卷绕的起动、停止、圈数控制等均由人工操作控制，因此产品存在着参数、精度、产品质量与生产效率等有着因人而异的不足之处。由于卷制的材料是10几微米的薄膜，要求卷轴平稳起动，均匀加速、张力平稳；在卷绕过程中在某些位置需要停顿，作一些必要的处理，再继续卷绕；和起动一样，停顿或停止时，必须均匀减速，保持张力平稳；要求最后圈数准确。第二章系统的控制构成2.1利用西门子PLC控制2.1.1PLC的概述利用PLC技术可以方便的实现对电机速度和位置的控制，方便的进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作，对步进电机也具有良好的控制能力。2.2利用步进电机和步进电机驱动器控制2.2.1步进电机的概述步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。步进电机是将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件，每当对其施加一个电脉冲时，输出轴便转过一个固定的角度。对于步进电机的转向控制：如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。对于步进电机的速度控制，给它发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它就会再转一步，两个脉冲的间隔越短，步进电机转的就越快。2.2.2步进电机驱动器概述步进电机驱动器是根据步进电机的相数、电流以及适配关系来选用驱动器的型号。第三章系统硬件设计3.1西门子PLC的选用3.1.1西门子PLC选型选用西门子PLCS7-200CPU-226DC/DC/DC型S7-200CPU-226DC/DC/DC型有如下特性：高速计数器单相30kHz（6路），双相20kHz（4路），脉冲输出（DC）20kHz（2路）。3.2步进电机与步进电机驱动器的选用3.2.1步进电机选型1步进电机的控制步进电机通常设有加速、减速控制及正反转控制等控制方式。步进电机脉冲频率的变化规律：步进电机在启动和停止时有一个加速及减速的过程，且加速速度越小则冲击越小，动作越平稳，所以步进电机动作一般要经历以下变化过程：加速-恒速（高速）-减速-恒速（低速）-停止。因步进电机转速与脉冲频率成正比，所以输入步进电机的脉冲频率也要经历一个类似的变化过程。2步进电机的选型步进电机启动时要使脉冲升频，停车时使脉冲降频。由于步进电机驱动器输入脉冲200Hz时处于震荡区内，容易损坏内部器件，而在200Hz以下运转速度较慢，效率较低，故采用350Hz作为脉冲低频起点，轻载时高频脉冲可达到6.8KHz。本设计选用受控电机为2HB86-65型两相混合式步进电机。型号步距角保持转矩（Nm）相电阻（欧）转子惯性（g.cm2）2HB86-651.8。2.21.410003.2.2步进电机驱动器选型1步进电机驱动器控制在对步进电机进行控制时，常常会采用步进电机驱动器对其进行控制。步进电机驱动器采用超大规模的硬件集成电路，具有高度的抗干扰性以及快速的响应性，不易出现死机或丢布现象。使用步进电机驱动器控制步进电机，可以不考虑各相的时序问题，由驱动器处理，只要考虑输出脉冲的频率以及步进电机的方向。本设计采用的是YKA2608MG型细分驱动器。它是一款经济、小巧的步进驱动器，是等角度恒力矩细分高性能步进驱动器。该驱动器内部采用双极恒流斩波方式，使电机噪音减小，电机运行更平稳，驱动电源电压的增加使得电机的高速性能和驱动能力大为提高，而步进脉冲停止超过100ms时，线圈电流自动减半，使驱动器的发热可减少50%，也使得电机的发热减少。第四章系统程序设计4.1I/O分配I：I0.0停止O：Q0.0步进电机输出信号I0.1启动正转Q0.3高速脉冲输出I0.2点动正转I0.3点动反转M0.0启动模式M0.1点动模式M0.4点动正转M0.5点动反转sm0.0始终接通为ONSMB67用于监视和控制脉冲串（PTO）和脉宽调制(PWM)功能SMW70PWM0脉冲宽度值：字数据类型（0至65,535个时基单位）SMD72PTO0脉冲计数值：双字整数（1至232-1）4.2设计梯形图程序主程序SBR-0INT-0INT-14.3控制程序分析为了满足生产的需要，卷绕及设置有正转启动旋转，点动正转、反转旋转。正转启动来满足设备正常完成卷绕任务要求，点动正反转旋转是在卷绕过程中出现异常状况下紧急处理的需要，间断性的手工操作，以满足产品的正常生产。在主程序中，利用SM0.0始终接通为ON来调用子程序（SBR_0）。在子程序SBR_0中，控制步进电机正反转旋转，按动启动按钮I0.1，启动模式M0.0线圈得电，M0.0常开触点闭合自锁。按动点动正转I0.2或点动反转I0.3，点动模式M0.1线圈得电，M0.1常开触点闭合自锁。启动模式M0.0和点动模式M0.1有互锁功能。M0.1点动模式得电，按动点动反转按钮I0.3,点动反转线圈M0.5得电，M0.3置位。M0.1点动模式得电，按动点动正转按钮I0.2,点动正转线圈M0.4得电，M0.3复位。当SM0.0上电得电时，将16进制数87（2进制：10000111）传送到SMB67中，SM67.0：PTO0/PWM0更新周期：1=写新的周期值SM67.1：PWM0更新脉冲宽度值：1=写新的脉冲宽度SM67.2：PTO0更新脉冲量：1=写新的脉冲量SM67.3：PTO0/PWM0基准时间单元：0=1μs，1=1msSM67.4：同步更新PWM0：0=异步更新，1=同步更新SM67.5：PTO0操作：0=单段操作（周期和脉冲数存在SM存储器中），1=多段操作（包络表存在V存储器区）SM67.6：PTO0/PWM0模式选择：0=PTO，1=PWMSM67.7：PTO0/PWM0有效位：1=有效将3000ms传送到SMW70中，设定脉冲周期将6传送到SMD72中，设定产生了6个脉冲数把中断程序0分配给中断事件1：下降沿，I0.0允许中断按下I0.1正转启动时，把中断程序1分配给中断事件19：PTO0完成中断当按动启动模式或点动正转，反转模式，启用脉冲输出Q0.0，控制脉冲串输出(PTO)和脉宽调制（PWM）的周期和个数。允许中断中断程序0（INT0）中，把16进制数05传送到SMB67，启用脉冲输出Q0.0，分配给中断事件1中。中断程序1（INT1）中，将16进制数87传送到SMB67中，将3000ms传送到SMW70中，设定脉冲周期将6传送到SMD72中，设定产生了6个脉冲数，启用脉冲输出Q0.0，分配给中断事件19中。结论在这次技师论文中，论述了基于西门子PLC的脉冲量控制系统的设计方法，包括了硬件的选型，软件的设计，步进电机等方面，实现了用脉冲信号输出功能来控制步进电机的平稳和精确的运动。这次的设计在理论的基础上，结合实际工作中的经验和问题，综合起来的成果，对以后的工作中积累了经验。参考文献宋伯生PLC变成使用指南机械工业出版社2007西门子S7-200可编程控制器系统手册2004徐铁PLC应用技术中国劳动社会保障出版社2007宣财鑫西门子PLC的脉冲控制步进电机技术计算机应用步进电机、伺服电机及其驱动控制产品手册2011