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摘要：以步進電機為監控對象，利用PLC、觸摸屏實現了對單軸精確定位系統控制。根據實驗系統的控制要求，進行了硬件設計和軟件設計。實驗結果表明，單軸定位系統實現了位置的精確定位，誤差為±1mm。實驗系統穩定性和精確度較高。

關鍵詞：S7-200smart；觸摸屏；定位；步進驅動

引言

PLC控制技術作為自動化、機械電子工程專業的核心課程，要求學生不僅能夠掌握其工作原理，而且要能與其他控制技術集成應用。當前PLC實踐教學的現狀是普遍采用一成本較低的PLC實驗箱，這種實驗箱沒有真實的被控對象，常用LED亮滅來模擬輸出控制對象動作，由于學生無法觀察到實際的運行效果，很難將程序和工業的現場聯系起來，學生只是憑空想象控制對象動作，在很大程度上影響了學生的學習興趣。另外，這種實驗箱只能仿真一些簡單的控制模型，復雜的控制系統無法實現。工業控制中對采用步進電機或伺服電機進行精確定位技術應用很廣泛[1]，本文將PLC技術和HMI技術相結合，設計了一套步進電機單軸定位精確定位系統。

1步進電機單軸精確定位系統設計方案

實驗系統設計方案如圖1所示，PLC通過步進驅動器實現對步進電機的位移和速度控制，步進電機驅動螺母絲杠，實現水平方向的定位。觸摸屏作為上位機，實現人機交互作用[2]。在實驗平臺上有兩個限位開關，分別在起點和終點，主要為了防止滾珠絲杠螺母副運動時撞到軸承座上去。在距離起點限位開關5cm處還設置了一個光電開關，以光電開關作為滾珠絲杠螺母副運動的起點，這樣主要是為了消除限位開關作為起點時的機械誤差。滾珠絲杠和步進電機軸通過聯軸器同軸安裝[3]。具體如圖2所示。

2實驗硬件系件設計

本實驗系統采用西門子s7-200SmartST30PLC，步進電機選擇86BYG250D-114，驅動器選擇普菲德DM860H帶風扇驅動器。絲桿為冷軋C7精度滾珠絲杠，型號為2005，20代表滾珠絲杠的直徑為20mm，05表示滾珠絲杠的導程為5mm。行程限位開關選擇德力西的LXJM1-8108。光電開關，選用E3F-DS30P1CHE18-30PA-B710，三線PNP常開。輸入電壓為6～36VDC；消耗電流為300mA；可檢測的距離為5～30cm可調[4]。將各器件連接，如圖3所示。

3實驗系統軟件設計

單軸定位系統程序流程為：先輸入定位坐標值，方向設計，程序計算所需脈沖數，設定運行速度，通過光電開關進行限位控制[5]，程序流程圖如圖4所示。圖5為脈沖計算子程序，在該子程序中，上位機輸入一個距離，用這個距離和上一次距離進行比較，當本次距離小于前次距離，就用前次減去本次距離得到距離差值。若本次距離大于前次距離，則用本次距離減去前次距離得到距離差值。圖6為運動子程序，因為滾珠絲杠的螺距為5mm，步進驅動器的細分設置為400，即400個脈沖電機轉一圈，即1mm需要80個脈沖。所以最后用距離差值乘以80得到脈沖數量。S7-200系列PLC內部有兩個高速脈沖發生器，通過設置可讓它們產生占空比為50%、周期可調的方波脈沖（PTO脈沖），要讓高速脈沖發生器產生符合要求的脈沖，需對其進行有關控制及參數設置[6]。高速脈沖要的控制采用一個SM控制字節，用來控制脈沖輸出類型，脈沖的時間單位等信息。高速脈沖發生器采用SM存儲器來設置脈沖的個數、脈沖的寬度、脈沖的周期等參數。根據運動子程序參考表，SM67.0為1更新頻率/周期，SM67.1為0，SM67.2為0，SM67.3為0，SM67.4為0，SM67.5為0，SM67.6為1選擇PTO模式，SM67.7為1PWM啟動使能。即把16#C1賦值給SMB67。

4定位控制畫面

觸摸屏人機界面如圖7所示。該畫面中，用戶可以選擇低速中速或者高速，還可以運行到起點處。按下緊急停止按鈕后，電機會立馬停止。左下角的HOME鍵按下后可以回到開機畫面[7-8]。

5結論

采用本系統改進PLC的實驗教學，有利于掌握PLC的結構特點與使用方法，有利于促進理論與實際相結合、促進多種控制技術相整合能力，從而提升學生的創新應用能力。

參考文獻：

［1］祝寧，于海生，吳賀榮，等.基于S7-200及WinCC6.0的PLC綜合實驗系統研制［J］.青島大學學報（工程技術版），2012，27（01）：53-58.

［2］毛昀，楊峰.基于PLC的步進電機控制系統設計［J］.工業儀表與自動化裝置，2014（04）：87-89.

［3］范超毅，范巍.步進電機的選型與計算［J］.機床與液壓，2008（05）：310-313.

［4］楊友進.S7-200Smart的步進電機控制研究［J］.電工技術，2018（6）：23-24.

［5］吉順平.可編程控制器原理及應用［M］.北京：機械工業出版社，2012.

［6］向曉漢.S7-200SMARTPLC完全精通教程［M］.北京：機械工業出版社，2015.

［7］韓兵.觸摸屏應用及技術［D］.南昌：南昌大學，2007.

［8］陳曉東.西門子人機界面組態與應用技術［M］.北京：機械工業出版社，2013.

作者：王卓君 單位：三江學院