隨著工業(yè)自動(dòng)化的提高，對(duì)工件的加工定位精度要求越來越高，此類設(shè)備的關(guān)鍵元器件就是用來驅(qū)動(dòng)定位的電機(jī)，那么這種電機(jī)的選型就很重要。伺服電機(jī)定位是正確，但價(jià)格昂貴，利潤(rùn)空間太小；普通異步電機(jī)價(jià)格低廉，但定位基本無精度；而步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來，它價(jià)格比伺服電機(jī)便宜多，定位性能比異步電機(jī)正確的多，因?yàn)樗邮盏氖敲}沖方波。

S7-200SMART是西門子公司開發(fā)出來專門針對(duì)于中國(guó)市場(chǎng)的一款性價(jià)比高的PLC可編程控制器，CPU模塊本體最多集成3路高速脈沖輸出，頻率高達(dá)100KHz,支持多種運(yùn)動(dòng)模式，可自由設(shè)置運(yùn)動(dòng)包絡(luò)，具有方便易用的向?qū)гO(shè)置功能，可快速實(shí)現(xiàn)設(shè)備調(diào)速，定位功能。

下面通過具體實(shí)例來介紹這兩者的連接，已實(shí)現(xiàn)客戶所需要的定位功能。

設(shè)備示意圖如圖1

工件行程S=|ST-S0|,絲杠節(jié)距是4mm，電機(jī)可以正反轉(zhuǎn)，就是工件可以從ST移動(dòng)到S0，也可以從S0移動(dòng)到ST。

一、硬件設(shè)計(jì)原理圖

1.電源：AC220V,50Hz

2.元器件：

3.電路原理圖如下圖2.所示

圖2

注：(1)市電供電輸入電壓?jiǎn)蜗嘟涣?20V,電流6A。由于步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器及PLC需要直流DC24V供電，所以需要轉(zhuǎn)換AC220/DC24V的電器元器件，本文直接選用開關(guān)電源作為轉(zhuǎn)換電壓元器件。

(2)為了防止接線不開靠，所以起動(dòng)按鈕接常開點(diǎn)，停止按鈕接常閉點(diǎn)。

(3)由于步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器采用差分式接口電路，可適用差分信號(hào)，單端共陰及共陽等接口，內(nèi)置高速光電耦合器，允許接收長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器，集電極開路和PNP輸出電路的信號(hào)。內(nèi)部要求供電是5V的，所以在CP與DIR信號(hào)輸入端加入2K的下拉電阻。

(4)本文所選的電機(jī)是二相4線型，所以接線比較方便，只要按照線的顏色接線，如果線的顏色不確定，那么就用萬用表測(cè)量阻值，如果兩根線之間有阻值，說明它們是一組，如果無阻值，不能接在一組，否則會(huì)燒壞電機(jī)。

(5)如果電機(jī)的初始方向與需要的方向不一致，可以交換A+/A-兩根線，或交換B+/B-兩根線。

二、工藝流程圖

如圖3所示

圖3

數(shù)據(jù)寄存器VD110、VD102的值可以通過文本顯示器設(shè)定或通過人機(jī)界面設(shè)定，在本文中不作介紹。

在整個(gè)運(yùn)行過程中，如果需要任意停車，單擊SB3按鈕，電機(jī)停止工作。如果再次起動(dòng)SB1、SB2按鈕，則按初始設(shè)置的值重新開始運(yùn)行。如需停電保持功能，則另編制程序完成，在本文中不作介紹。

由于本文只是示例，所以在工件行程的初始位置及結(jié)束位置沒有加行程開關(guān)，做具體項(xiàng)目時(shí)，需增加此保護(hù)裝置，以防止發(fā)生意外。

三、設(shè)定步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的撥碼值

步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵參數(shù)就是細(xì)分?jǐn)?shù)的設(shè)定，如果細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置過小，步進(jìn)電機(jī)可能抖動(dòng)；細(xì)分?jǐn)?shù)過大，與上位機(jī)的發(fā)送脈沖頻率沖突。所以，一般選擇中間值，在本文中選擇細(xì)分?jǐn)?shù)為20。

本文所選的電機(jī)步距角是1.8º的，那么細(xì)分?jǐn)?shù)是1時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要的脈沖數(shù)Y1=360º/1.8º=200個(gè)，當(dāng)細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)定為20，Y20=20*Y1=20*200=4000,即PLC發(fā)4000個(gè)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，也就是絲桿走一個(gè)節(jié)距4mm,所以工件走0.001mm需要1個(gè)脈沖，這樣脈沖數(shù)Y與工件行程S的對(duì)應(yīng)關(guān)系是Y=1000*S。

對(duì)于同一電機(jī)，電流設(shè)定值越大時(shí)，電機(jī)輸出力矩越大，但電流大時(shí)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱也比較嚴(yán)重。具體發(fā)熱量的大小不單與電流設(shè)定值有關(guān)，也與運(yùn)動(dòng)類型及停留時(shí)間有關(guān)。本文設(shè)定方式采用步進(jìn)電機(jī)額定電流值，但實(shí)際應(yīng)用中的最佳值應(yīng)在此基礎(chǔ)上調(diào)整。原則上如溫度很低（<40℃）則可視需要適當(dāng)加大電流設(shè)定值以增加電機(jī)輸出功率（力矩和高速響應(yīng)）。

步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器撥碼值為：01111011（12345678），SW123=011代表20細(xì)分?jǐn)?shù)，SW45=11為默認(rèn)值，SW678=011表示電流3A。

四、軟件

1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)windows7專業(yè)版

2、STEP7Micro/WINSMARTV2.1

五、程序

由于計(jì)算機(jī)已經(jīng)廣泛引用于現(xiàn)實(shí)工作、生活中，所以如何安裝計(jì)算機(jī)自身安裝軟件及“STEP7Micro/WINSMARTV2.1”軟件到計(jì)算機(jī)及在本文中不做介紹，如有不懂處，可以在“西門子工業(yè)自動(dòng)化”官網(wǎng)中查詢，本段落只是配以圖片來詳細(xì)介紹，如何應(yīng)用STEP7Micro/WINSMARTV2.1軟件來編制西門子S7-200SMART的程序，實(shí)現(xiàn)“工藝流程圖”所需要的動(dòng)作。

1、先打開軟件，新建項(xiàng)目，更改項(xiàng)目名稱，雙擊“CPU”，可出現(xiàn)CPU的屬性菜單，選擇CPU型號(hào)及I/O點(diǎn)等性能，如圖4所示：

圖4

2、單擊下拉菜單的向?qū)Вp擊“運(yùn)動(dòng)”，出現(xiàn)“運(yùn)動(dòng)控制向?qū)?rdquo;頁面，如圖5所示：

圖5

3、根據(jù)“運(yùn)動(dòng)控制向?qū)?rdquo;的提示，修改參數(shù)“測(cè)量系統(tǒng)”選擇“相對(duì)脈沖”；“方向控制：相位”選擇“單相”；“輸入”欄不修改，“輸出欄”的“電機(jī)速度”、“點(diǎn)動(dòng)”、“電機(jī)時(shí)間”等可以根據(jù)需要修改，此處暫不修改，“輸出欄的”的“存儲(chǔ)區(qū)：VB”值一定要記住，在以后自己編制的程序中不能再用這些VB，它們已經(jīng)被內(nèi)部使用。

4、在程序塊中插入子程序（高速輸出），并打開此子程序塊，在里面調(diào)用“向?qū)?rdquo;生成的專用程序塊，如圖6所示：

圖6

當(dāng)PLC上電完成后，始終接通點(diǎn)常通，停止按鈕處于復(fù)位狀態(tài)（常閉），專用模塊“AXIS0_CTRL”使能，并接通。“AXIS0_CTRL”子例程（控制）啟用和初始化運(yùn)動(dòng)軸，方法是自動(dòng)命令運(yùn)動(dòng)軸每次CPU更改為RUN模式時(shí)加載組態(tài)/曲線表。也就是說，只有這個(gè)“AXIS0_CTRL”接通后，與此軸驅(qū)動(dòng)有關(guān)的別的專用模塊才能使能工作。

當(dāng)單機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SB1時(shí)，I0.0接通，即“CPU_輸入0”接通，這時(shí)“AXIS0_GOTO”起動(dòng)，“AXIS0_GOTO”子例程命令運(yùn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)到所需位置，為了確保僅發(fā)送了一個(gè)GOTO命令，此處選擇的自復(fù)位按鈕開啟START參數(shù)，也就是說“SB1，SB2”按鈕都是自復(fù)位型的。

“AXIS0_GOTO”模塊已啟動(dòng)，PLC就開始按設(shè)定的VD102頻率數(shù)發(fā)射脈沖，當(dāng)發(fā)射的脈沖數(shù)到VD100值時(shí)，自動(dòng)停止，這是M0.0接通，表示“AXIS0_GOTO”模塊工作結(jié)束，在下一個(gè)起動(dòng)命令來之前，M0.0一直是1，保持不變的。

如果運(yùn)行過程中出現(xiàn)錯(cuò)位，MB2≠0，這是可以查看西門子的“STEP7Micro/WINSMARTV2.1在線幫助”，這個(gè)過程比較繁瑣，在此處就不多做說明。

MD4的值時(shí)當(dāng)前的運(yùn)行脈沖數(shù)，MD8的值時(shí)當(dāng)前的運(yùn)行脈沖速度，這兩個(gè)值都是實(shí)時(shí)值，PLC自動(dòng)產(chǎn)生的，不能修改，只能運(yùn)用。

這樣，一個(gè)簡(jiǎn)單的高速輸出運(yùn)動(dòng)程序就做完了，如果還需要“手動(dòng)模式”、“點(diǎn)動(dòng)”、“特定曲線執(zhí)行運(yùn)動(dòng)操作”等功能，還可以調(diào)用它們相對(duì)應(yīng)的專用模塊來完成，在此文中不多做說明，有興趣可以自己聯(lián)系。

注：如果對(duì)專用程序塊性能不清楚時(shí)，把光標(biāo)移動(dòng)到程序快處，單擊鍵盤的F1功能鍵，會(huì)出現(xiàn)幫助畫面，即“STEP7Micro/WINSMARTV2.1在線幫助”畫面。此畫面中會(huì)介紹程序塊的用途，用法，每個(gè)輸入、輸出點(diǎn)的數(shù)據(jù)類型。

5、在主程序塊中調(diào)用“高速輸出”程序，并編寫脈沖數(shù)與工件行程之間程序及電機(jī)反轉(zhuǎn)的程序，如圖7所示：

由于“高速輸出”程序要隨時(shí)使用，所以在主程序中用始終接通點(diǎn)調(diào)用它，這表示一直調(diào)用。

在第三段中說過“脈沖數(shù)Y與工件行程S的對(duì)應(yīng)關(guān)系是Y=1000*S”，再次程序段中用VD100代替Y,VD110代替S,所以VD100*(MUL_DL)1000=VD100。

當(dāng)按鈕SB2單擊是，表示需要電機(jī)反轉(zhuǎn)，那么就的Q0.1接通，而SB2是自復(fù)位按鈕，只是就得Q0.1的自鎖功能；當(dāng)脈沖命令執(zhí)行完或緊急停車時(shí)，Q0.1都得停止工作，所以選用M0.0與I0.2的反狀態(tài)。

這樣主程序就編制完畢，就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝流程所需的動(dòng)作。如果不習(xí)慣把專用程序放置于子程序中，也可以直接放置于主程序中，就不需要調(diào)用子程序指令，但這樣程序多的時(shí)候檢查錯(cuò)誤就比較麻煩。

圖7

六、小結(jié)

7-200SMART可編程控制器與斯達(dá)特步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器（步進(jìn)電機(jī)）完美整合，為客戶帶來高性價(jià)比的小型自動(dòng)化解決方案，滿足定位功能，具有廣闊的前景。