在步進(jìn)電機(jī)定位控制中的應(yīng)用
plc輸出的集成脈沖可通過(guò)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行定位控制。關(guān)于定位控制，調(diào)節(jié)和控制操作之間存在一些區(qū)別。步進(jìn)電機(jī)不需要連續(xù)的位置控制，而在控制操作中得到應(yīng)用。在以下的程序例子中，借助于cpu214所產(chǎn)生的集成脈沖輸出，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)的位置控制。雖然這種類型的定位控制不需要參考點(diǎn)，本例還是粗略地描述了確定參考點(diǎn)的簡(jiǎn)單步驟。因?yàn)閷?shí)際上它總是相對(duì)一根軸確定一個(gè)固定的參考點(diǎn)，因此，用戶借助于一個(gè)輸入字節(jié)的對(duì)偶碼（dual coding）給cpu定位角度。用戶程序根據(jù)該碼計(jì)算出所需的定位步數(shù)，再由cpu輸出相關(guān)個(gè)數(shù)的控制脈沖。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3 硬件配置
如表1所示。
4 軟件結(jié)構(gòu)
4.1 plc的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)
plc的部分輸入信號(hào)與輸出信號(hào)，以及標(biāo)志位如表2所示。
4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
plc的程序框圖如圖2所示。
4.3 初始化
在程序的*個(gè)掃描周期（sm0.1=1），初始化重要參數(shù)。選擇旋轉(zhuǎn)方向和解除聯(lián)鎖。
4.4 設(shè)置和取消參考點(diǎn)
如果還沒(méi)有確定參考點(diǎn)，那么參考點(diǎn)曲線應(yīng)從按“start”按扭（i1.0）開始。cpu有可能輸出zui大數(shù)量的控制脈沖。在所需的參考點(diǎn)，按“設(shè)置/取消參考點(diǎn)”開關(guān)（i1.4）后，首先調(diào)用停止電機(jī)的子程序。然后，將參考點(diǎn)標(biāo)志位m0.3置成1，再把新的操作模式“定位控制激活”顯示在輸出端q1.0。
如果i1.4的開關(guān)已激活，而且“定位控制”也被激活（m0.3=1），則切換到“參考點(diǎn)曲線”參考點(diǎn)曲線。在子程序1中，將m0.3置成0，并取消“定位控制激活”的顯示（q1.0=0）。此外，控制還為輸出zui大數(shù)量的控制脈沖做準(zhǔn)備。當(dāng)再次激活i1.4開關(guān)，便在兩個(gè)模式之間切換。如果此信號(hào)產(chǎn)生，同時(shí)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，那么電機(jī)就自動(dòng)停止。
實(shí)際上，一個(gè)與驅(qū)動(dòng)器連接的參考點(diǎn)開關(guān)將代替手動(dòng)操作切換開關(guān)的使用，所以，參考點(diǎn)標(biāo)志能解決模式切換。
4.5 定位控制
如果確定了一個(gè)參考點(diǎn)（m0.3=1）而且沒(méi)有聯(lián)鎖，那么就執(zhí)行相對(duì)的定位控制。在子程序2中，控制器從輸入字節(jié)ibo讀出對(duì)偶碼方式的定位角度后，再存入字節(jié)mb11。與此角度有關(guān)的脈沖數(shù)，根據(jù)下面的公式計(jì)算:
n=φ/360°×s
式中:n-控制脈沖數(shù)
φ-旋轉(zhuǎn)角度
s-每轉(zhuǎn)所需的步數(shù)
該程序所使用的步進(jìn)電機(jī)采用半步操作方式（s=1000）。在子程序3中循環(huán)計(jì)算步數(shù)，如果現(xiàn)在按“start”按鈕（i1.0），cpu將從輸出端q0.0輸出所計(jì)算的控制脈沖個(gè)數(shù)，而且電機(jī)將根據(jù)相應(yīng)的步數(shù)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在內(nèi)部將“電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)”的標(biāo)志位m0.1置成1。
在完整的脈沖輸出之后，執(zhí)行中斷程序0，此程序?qū)0.1置成0，以便能夠再次起動(dòng)電機(jī)。
4.6 停止電機(jī)
按“stop”（停止）按扭（i1.1），可在任何時(shí)候停止電機(jī)。執(zhí)行子程序0中與此有關(guān)的指令。
5 程序和注釋
//標(biāo)題:用脈沖輸出進(jìn)行定位控制
//主程序
ld sm0.1
//僅掃描周期sm0.1才為1。
r m0.0，128
//md0至md12復(fù)位
atch 0，19
//把中斷程序0分配給中斷事件19（脈沖串終止）
eni
//允許中斷
//脈沖輸出功能的初始化
movw 500，smw68
//脈沖周期t=500us
movw 0,smw70
//脈沖寬度為0（脈沖調(diào)制）
movd 429496700，smd72
//為參考點(diǎn)設(shè)定的zui大脈沖數(shù)
//設(shè)置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)
ldn m0.1 //若電機(jī)停止
a i1.5 //且旋轉(zhuǎn)方向開關(guān)=1
s q0.2，1 //則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（q0.2=1）
//設(shè)置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)
ldn m0.1 //若電機(jī)停止
an i1.5 //且旋轉(zhuǎn)方向開關(guān)=0
r q0.2，1 //則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（q0.2=0）
//聯(lián)鎖
ld i1.1
//若按“stop”（停止）按鈕
s m0.2，1 //則激活聯(lián)鎖（m0.2=1）
//解除聯(lián)鎖
ldn i1.1
//若“start”（啟動(dòng)）按鈕松開
an i1.0
//且“stop”（停止）按鈕松開
r m0.2，1 //則解除聯(lián)鎖（m0.2=0）
//確定操作模式（參考點(diǎn)定位控制）
ld i1.4
//若按“設(shè)置/取消參考點(diǎn)”按鈕
eu //上升沿
call 1 //則調(diào)用子程序1
//啟動(dòng)電機(jī)
ld i1.0
//若按“start”（啟動(dòng)）按鈕
eu //上升沿
an m0.1 //且電機(jī)停止
an m0.2 //且無(wú)聯(lián)鎖
ad≥ smd72，1
//且步數(shù)≥1，則
movb 16#85，smb67
//置脈沖輸出功能（pto）的控制位
pls 0 //啟動(dòng)脈沖輸出（q0.0）
s m0.1，1
//“電機(jī)運(yùn)行”標(biāo)志位置位（m0.1=1）
//定位控制
ld m0.3
//若已激活“定位控制” 操作模式
an m0.1 //且電機(jī)停止
call 2 //則調(diào)用子程序2
//停止電機(jī)
ld i1.1
//若按“stop”（停止）按鈕
eu //上升沿
a m0.1 //且電機(jī)運(yùn)行，則
call 0 //則調(diào)用子程序0
mend //主程序結(jié)束
//子程序1
sbr 0 //子程序0停止電機(jī)
movb 16#cb，smb67
//激活脈寬調(diào)制
pls 0 //停止輸出脈沖到q0.0
r m0.1，1
//“電機(jī)運(yùn)行”標(biāo)志位復(fù)位（m0.1=0）
ret //子程序0結(jié)束
sbr1
//子程序1，“確定操作模式”
ld m0.1 //若電機(jī)運(yùn)行
call 0
//則調(diào)用子程序0，停止電機(jī)
//申請(qǐng)“參考點(diǎn)曲線”
ld m0.3
//若已激活“定位控制”，則
r m0.3，1
//參考點(diǎn)標(biāo)志位;復(fù)位（m0.3=0）
r q1.0，1
//取消“定位控制激活”信息（q1.0=0）
movd 429496700，smd72
//為新的“參考點(diǎn)曲線”設(shè)定zui大的脈沖數(shù)。
cret
//條件返回到主程序。
//申請(qǐng)“定位控制”
ldn m0.3
//若未設(shè)置參考點(diǎn)（m0.3=0），則
s m0.3，1
//參考點(diǎn)標(biāo)志位置位（m0.3=1）
s q1.0，1
//輸出“定位控制激活”信息（q1.0=1）
ret //子程序1結(jié)束
//子程序2
sbr2 //子程序2，“定位控制”
movb ib0，mb11
//把定位角度從ibo拷到md8的zui低有效字節(jié)mb11。
r m8.0，24
//mb8至mb10清零
div 9，md8
//角度/9=q1+r1
movw mw8，mw14
//把r1存入md12
mul 25，md8
//q1×25→md8
mul 25，md12
div 9，md12
// r1×25／9= q2+r2
call 3
//在子程序3中循環(huán)步數(shù)
movw 0，mw12 //刪除r2
+d md12，md8
//把步數(shù)寫入md8
movd md8，smd72
//把步數(shù)傳到smd72
ret //子程序2結(jié)束
//子程序3
sbr3 //子程序3，“循環(huán)步數(shù)”
ldw≥mw12，5 //如果r2≥5／9，則
incw mw14 //步數(shù)增加1。
ret
//子程序3結(jié)束
//中斷程序0，“脈沖輸出終止”
int0 //中斷程序0
r m0.1，1
//“電機(jī)運(yùn)行”標(biāo)志位復(fù)位（m0.1=0）
ret //子程序0結(jié)束
6 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)硬件和軟件的合理設(shè)計(jì)，用較為價(jià)廉的西門子s7-200系列plc作為核心控制部件，構(gòu)成的定位系統(tǒng)能夠達(dá)到定位的目的。
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2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3 硬件配置
如表1所示。
4 軟件結(jié)構(gòu)
4.1 plc的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)
plc的部分輸入信號(hào)與輸出信號(hào)，以及標(biāo)志位如表2所示。
4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
plc的程序框圖如圖2所示。
4.3 初始化
在程序的*個(gè)掃描周期（sm0.1=1），初始化重要參數(shù)。選擇旋轉(zhuǎn)方向和解除聯(lián)鎖。
4.4 設(shè)置和取消參考點(diǎn)
如果還沒(méi)有確定參考點(diǎn)，那么參考點(diǎn)曲線應(yīng)從按“start”按扭（i1.0）開始。cpu有可能輸出zui大數(shù)量的控制脈沖。在所需的參考點(diǎn)，按“設(shè)置/取消參考點(diǎn)”開關(guān)（i1.4）后，首先調(diào)用停止電機(jī)的子程序。然后，將參考點(diǎn)標(biāo)志位m0.3置成1，再把新的操作模式“定位控制激活”顯示在輸出端q1.0。
如果i1.4的開關(guān)已激活，而且“定位控制”也被激活（m0.3=1），則切換到“參考點(diǎn)曲線”參考點(diǎn)曲線。在子程序1中，將m0.3置成0，并取消“定位控制激活”的顯示（q1.0=0）。此外，控制還為輸出zui大數(shù)量的控制脈沖做準(zhǔn)備。當(dāng)再次激活i1.4開關(guān)，便在兩個(gè)模式之間切換。如果此信號(hào)產(chǎn)生，同時(shí)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，那么電機(jī)就自動(dòng)停止。
實(shí)際上，一個(gè)與驅(qū)動(dòng)器連接的參考點(diǎn)開關(guān)將代替手動(dòng)操作切換開關(guān)的使用，所以，參考點(diǎn)標(biāo)志能解決模式切換。
4.5 定位控制
如果確定了一個(gè)參考點(diǎn)（m0.3=1）而且沒(méi)有聯(lián)鎖，那么就執(zhí)行相對(duì)的定位控制。在子程序2中，控制器從輸入字節(jié)ibo讀出對(duì)偶碼方式的定位角度后，再存入字節(jié)mb11。與此角度有關(guān)的脈沖數(shù)，根據(jù)下面的公式計(jì)算:
n=φ/360°×s
式中:n-控制脈沖數(shù)
φ-旋轉(zhuǎn)角度
s-每轉(zhuǎn)所需的步數(shù)
該程序所使用的步進(jìn)電機(jī)采用半步操作方式（s=1000）。在子程序3中循環(huán)計(jì)算步數(shù)，如果現(xiàn)在按“start”按鈕（i1.0），cpu將從輸出端q0.0輸出所計(jì)算的控制脈沖個(gè)數(shù)，而且電機(jī)將根據(jù)相應(yīng)的步數(shù)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在內(nèi)部將“電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)”的標(biāo)志位m0.1置成1。
在完整的脈沖輸出之后，執(zhí)行中斷程序0，此程序?qū)0.1置成0，以便能夠再次起動(dòng)電機(jī)。
4.6 停止電機(jī)
按“stop”（停止）按扭（i1.1），可在任何時(shí)候停止電機(jī)。執(zhí)行子程序0中與此有關(guān)的指令。
5 程序和注釋
//標(biāo)題:用脈沖輸出進(jìn)行定位控制
//主程序
ld sm0.1
//僅掃描周期sm0.1才為1。
r m0.0，128
//md0至md12復(fù)位
atch 0，19
//把中斷程序0分配給中斷事件19（脈沖串終止）
eni
//允許中斷
//脈沖輸出功能的初始化
movw 500，smw68
//脈沖周期t=500us
movw 0,smw70
//脈沖寬度為0（脈沖調(diào)制）
movd 429496700，smd72
//為參考點(diǎn)設(shè)定的zui大脈沖數(shù)
//設(shè)置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)
ldn m0.1 //若電機(jī)停止
a i1.5 //且旋轉(zhuǎn)方向開關(guān)=1
s q0.2，1 //則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（q0.2=1）
//設(shè)置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)
ldn m0.1 //若電機(jī)停止
an i1.5 //且旋轉(zhuǎn)方向開關(guān)=0
r q0.2，1 //則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（q0.2=0）
//聯(lián)鎖
ld i1.1
//若按“stop”（停止）按鈕
s m0.2，1 //則激活聯(lián)鎖（m0.2=1）
//解除聯(lián)鎖
ldn i1.1
//若“start”（啟動(dòng)）按鈕松開
an i1.0
//且“stop”（停止）按鈕松開
r m0.2，1 //則解除聯(lián)鎖（m0.2=0）
//確定操作模式（參考點(diǎn)定位控制）
ld i1.4
//若按“設(shè)置/取消參考點(diǎn)”按鈕
eu //上升沿
call 1 //則調(diào)用子程序1
//啟動(dòng)電機(jī)
ld i1.0
//若按“start”（啟動(dòng)）按鈕
eu //上升沿
an m0.1 //且電機(jī)停止
an m0.2 //且無(wú)聯(lián)鎖
ad≥ smd72，1
//且步數(shù)≥1，則
movb 16#85，smb67
//置脈沖輸出功能（pto）的控制位
pls 0 //啟動(dòng)脈沖輸出（q0.0）
s m0.1，1
//“電機(jī)運(yùn)行”標(biāo)志位置位（m0.1=1）
//定位控制
ld m0.3
//若已激活“定位控制” 操作模式
an m0.1 //且電機(jī)停止
call 2 //則調(diào)用子程序2
//停止電機(jī)
ld i1.1
//若按“stop”（停止）按鈕
eu //上升沿
a m0.1 //且電機(jī)運(yùn)行，則
call 0 //則調(diào)用子程序0
mend //主程序結(jié)束
//子程序1
sbr 0 //子程序0停止電機(jī)
movb 16#cb，smb67
//激活脈寬調(diào)制
pls 0 //停止輸出脈沖到q0.0
r m0.1，1
//“電機(jī)運(yùn)行”標(biāo)志位復(fù)位（m0.1=0）
ret //子程序0結(jié)束
sbr1
//子程序1，“確定操作模式”
ld m0.1 //若電機(jī)運(yùn)行
call 0
//則調(diào)用子程序0，停止電機(jī)
//申請(qǐng)“參考點(diǎn)曲線”
ld m0.3
//若已激活“定位控制”，則
r m0.3，1
//參考點(diǎn)標(biāo)志位;復(fù)位（m0.3=0）
r q1.0，1
//取消“定位控制激活”信息（q1.0=0）
movd 429496700，smd72
//為新的“參考點(diǎn)曲線”設(shè)定zui大的脈沖數(shù)。
cret
//條件返回到主程序。
//申請(qǐng)“定位控制”
ldn m0.3
//若未設(shè)置參考點(diǎn)（m0.3=0），則
s m0.3，1
//參考點(diǎn)標(biāo)志位置位（m0.3=1）
s q1.0，1
//輸出“定位控制激活”信息（q1.0=1）
ret //子程序1結(jié)束
//子程序2
sbr2 //子程序2，“定位控制”
movb ib0，mb11
//把定位角度從ibo拷到md8的zui低有效字節(jié)mb11。
r m8.0，24
//mb8至mb10清零
div 9，md8
//角度/9=q1+r1
movw mw8，mw14
//把r1存入md12
mul 25，md8
//q1×25→md8
mul 25，md12
div 9，md12
// r1×25／9= q2+r2
call 3
//在子程序3中循環(huán)步數(shù)
movw 0，mw12 //刪除r2
+d md12，md8
//把步數(shù)寫入md8
movd md8，smd72
//把步數(shù)傳到smd72
ret //子程序2結(jié)束
//子程序3
sbr3 //子程序3，“循環(huán)步數(shù)”
ldw≥mw12，5 //如果r2≥5／9，則
incw mw14 //步數(shù)增加1。
ret
//子程序3結(jié)束
//中斷程序0，“脈沖輸出終止”
int0 //中斷程序0
r m0.1，1
//“電機(jī)運(yùn)行”標(biāo)志位復(fù)位（m0.1=0）
ret //子程序0結(jié)束
6 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)硬件和軟件的合理設(shè)計(jì)，用較為價(jià)廉的西門子s7-200系列plc作為核心控制部件，構(gòu)成的定位系統(tǒng)能夠達(dá)到定位的目的。
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