抚顺西门子S7-300代理商

1  引言
    某进口设备大面积的严重损坏。经过修理，更换了一大批电子元件，才勉强恢复原有的技术指标。但其工作已不是很可靠。由于该设备已停产，并且没有相关的代替设备.为配合生产需要，我们投入了对该设备的研制。原设备完全由晶体管电路构成，考虑到研制周期及可靠性等因素。我们决定采用plc(fx2n-32t) 和触摸屏(mt506s)控制技术重新进行设计。

2  功能概述
    该设备实质上就是一台专用的测控步进电机装置的设备。步进电机装置由步进电机及其相关电路组成。该设备功能包括:距离(工作步数)设定、启动、位置显示及清零，(自动、手动)连续或单次运行，(自动、手动)回原点，步进电机欠电流检测报警，原点到位显示等。

3  装置原理介绍
3.1  系统工作原理
    系统工作原理如图1所示。图中触摸屏作为人机界面,用来显示并进行操作;plc作为控制器,接收触摸屏的设定数据并进行逻辑处理,再控制步进电机。步进电机装置是受控对象，不能进行修改。它包括多种电源形式:步进电机工作在－24v三相双三拍直流矩形波的供电方式，还包括＋12v、－12v、+5v等电压和极性不同的信号。为了使多种信号的检测和驱动、步进电机装置相匹配，增加了信号的转换电路。

图1   系统工作原理框图

3.2  转换电路原理
    信号转换电路的部分电路，如图2，3所示。
    图2中,当5v或0v信号到达电阻r1后，通过光电耦合器使plc输入1信号接通，此时电机回原点运行的过程中开始计数,记录运行步数。当+12v信号到达“±12v信号”后, 首先点亮发光管d6，然后通过光电耦合器u1-3使plc输入3接通，指示到达原点，电机停止运行;当-12v信号到达“±12v信号”后,通过光电耦合器u1-2使plc输入2接通，超出设定极限。当-12v信号到达“-12v信号2”通过光电耦合器u1-3使plc输入接通，指示到达原点，电机停止运行。

图2    信号转换电路

图3   步进电机驱动电路

3.3  电流检测原理
    在步进电机驱动器中，内置了电流检测电路。电机发生断电或欠电流运行时，发出报警信号，使系统停止运行。检测原理是利用三相双三拍步进电机的工作特性，在任意时刻均有两相得电。只要检测任意时刻流过公共地线的电流大于相应额定电流的2/3即可认为工作正常，如小于相应额定电流的2/3，则认为欠电流运行。电路原理和时序图，如图3，4所示。
    图3中，r是电流检测电阻，c用于消除竞争。在图4中in表示三相双三拍电机流过公共点电流检测电阻的额定工作电流;in表示检测电流的门限，in= 2/3in;i表示电机的实际工作电流。alm表示欠电流报警。系统运行后，当i≥in时，alm报警，直到故障排除，系统复位后报警解除。图4中的细实线表示alm未报警时的时序图。

图4    电流波形图

3.4  触摸屏的软件设计
    (1) 首页:打开电源开关后，提示输入登录密码。正确输入密码后，自动进入首页。设备进入准备状态。
    (2) 输入窗口:输入窗口主要用于设定并进行操作。包括键盘和主要操作控件，操作者可以直接对设备进行操作。
    (3) 配方数据窗口:对于经常用到的操作数据，可以按照提供的格式存放到配方卡记忆体里面,当需要时把它调出来，而不需要临时输入数据，可以大大地提高操作效率。
    (4) 控制窗口:控制窗口主要用于对设备的基本功能的操作和显示。包括一个隐藏的小键盘窗口，可以在需要设定数据时弹出。
    (5) 元件检查窗口:用于对plc内部关键元件的监测，以便出错时查找故障。
    (6) 梯形图检查窗口:用于对plc梯形图的实时监控(由于mt506s不具备直接显示plc内部梯形图的功能，故采用了单独制作显示plc各元件的方法组合成关键部分梯形图)。

3.5  plc的软件设计
    plc程序流程图如图5所示。
    系统初始化后,完成了距离设定,选择运行方式后.再看系统是否有故障或是否到达原点。当完全准备妥后，分别执行自动或手动操作。在按设定距离执行自动往返运行的过程中，当中间执行断开操作后，系统保持运行方向，运行到设定距离，保持显示，然后停止运行;当执行复位操作后，系统首先运行显示归零(计数清零)，然后停止运行。在执行手动运行中，当到达设定距离后，系统保持显示，并停止运行;当运行中执行断开操作，方向不变，到达设定距离后，系统保持显示并停止运行;当执行复位操作，则运行显示归零(计数清零)，然后停止运行。

图5    plc程序流程框图

4  结束语
    控制器采用触摸屏和plc来实现,缩短了开发周期，提高了运行的可靠性，尤其适合此类要求工程周期短，可靠性高，批量小的设备开发。另外，软件的灵活性还有利于设备的改造和升级。

1  引言

    plc输出的集成脉冲可通过步进电机进行定位控制。关于定位控制，调节和控制操作之间存在一些区别。步进电机不需要连续的位置控制，而在控制操作中得到应用。在以下的程序例子中，借助于cpu214所产生的集成脉冲输出，通过步进电机来实现相对的位置控制。虽然这种类型的定位控制不需要参考点，本例还是粗略地描述了确定参考点的简单步骤。因为实际上它总是相对一根轴确定一个固定的参考点，因此，用户借助于一个输入字节的对偶码(dual coding)给cpu指定定位角度。用户程序根据该码计算出所需的定位步数，再由cpu输出相关个数的控制脉冲。

2  系统结构

    如图1所示。

图1     系统结构

3  硬件配置
    如表1所示。

4  软件结构

4.1  plc的输入信号与输出信号
    plc的部分输入信号与输出信号，以及标志位如表2所示。 
4.2  系统软件设计
    plc的程序框图如图2所示。

4.3  初始化
    在程序的个扫描周期(sm0.1=1)，初始化重要参数。选择旋转方向和解除联锁。

4.4  设置和取消参考点
    如果还没有确定参考点，那么参考点曲线应从按“start”按扭(i1.0)开始。cpu有可能输出大数量的控制脉冲。在所需的参考点，按“设置/取消参考点”开关(i1.4)后，首先调用停止电机的子程序。然后，将参考点标志位m0.3置成1，再把新的操作模式“定位控制激活”显示在输出端q1.0。

    如果i1.4的开关已激活，而且“定位控制”也被激活(m0.3=1)，则切换到“参考点曲线”参考点曲线。在子程序1中，将m0.3置成0，并取消“定位控制激活”的显示(q1.0=0)。此外，控制还为输出大数量的控制脉冲做准备。当再次激活i1.4开关，便在两个模式之间切换。如果此信号产生，同时电机在运转，那么电机就自动停止。

    实际上，一个与驱动器连接的参考点开关将代替手动操作切换开关的使用，所以，参考点标志能解决模式切换。

4.5  定位控制
    如果确定了一个参考点(m0.3=1)而且没有联锁，那么就执行相对的定位控制。在子程序2中，控制器从输入字节ibo读出对偶码方式的定位角度后，再存入字节mb11。与此角度有关的脉冲数，根据下面的公式计算:
  n=φ/360°×s
式中:n-控制脉冲数
    φ-旋转角度
    s-每转所需的步数
该程序所使用的步进电机采用半步操作方式(s=1000)。在子程序3中循环计算步数，如果现在按“start”按钮(i1.0)，cpu将从输出端q0.0输出所计算的控制脉冲个数，而且电机将根据相应的步数来转动，并在内部将“电机转动”的标志位m0.1置成1。
在完整的脉冲输出之后，执行中断程序0，此程序将m0.1置成0，以便能够再次起动电机。

4.6  停止电机

1 引言
某进口设备大面积的严重损坏。经过修理，更换了一大批电子元件，才勉强恢复原有的技术指标。但其工作已不是很可靠。由于该设备已停产，并且没有相关的代替设备.为配合生产需要，我们投入了对该设备的研制。原设备完全由晶体管电路构成，考虑到研制周期及可靠性等因素。我们决定采用PLC(Fx2N-32T)和触摸屏(MT506S)控制技术重新进行设计。

2 功能概述
该设备实质上就是一台专用的测控步进电机装置的设备。步进电机装置由步进电机及其相关电路组成。该设备功能包括:距离(工作步数)设定、启动、位置显示及清零，(自动、手动)连续或单次运行，(自动、手动)回原点，步进电机欠电流检测报警，原点到位显示等。

3 装置原理介绍
3.1 系统工作原理
系统工作原理如图1所示。图中触摸屏作为人机界面,用来显示并进行操作;PLC作为控制器,接收触摸屏的设定数据并进行逻辑处理,再控制步进电机。步进电机装置是受控对象，不能进行修改。它包括多种电源形式:步进电机工作在－24V三相双三拍直流矩形波的供电方式，还包括＋12V、－12V、+5V等电压和极性不同的信号。为了使多种信号的检测和驱动、步进电机装置相匹配，增加了信号的转换电路。

图1 系统工作原理框图

3.2 转换电路原理
信号转换电路的部分电路，如图2，3所示。
图2中,当5V或0V信号到达电阻R1后，通过光电耦合器使PLC输入1信号接通，此时电机回原点运行的过程中开始计数,记录运行步数。当+12V信号到达“±12V信号”后, 首先点亮发光管D6，然后通过光电耦合器U1-3使PLC输入3接通，指示到达原点，电机停止运行;当-12V信号到达“±12V信号”后,通过光电耦合器U1-2使PLC输入2接通，超出设定极限。当-12V信号到达“-12V信号2”通过光电耦合器U1-3使PLC输入接通，指示到达原点，电机停止运行。

图2 信号转换电路

图3 步进电机驱动电路

3.3 电流检测原理
在步进电机驱动器中，内置了电流检测电路。电机发生断电或欠电流运行时，发出报警信号，使系统停止运行。检测原理是利用三相双三拍步进电机的工作特性，在任意时刻均有两相得电。只要检测任意时刻流过公共地线的电流大于相应额定电流的2/3即可认为工作正常，如小于相应额定电流的2/3，则认为欠电流运行。电路原理和时序图，如图3，4所示。
图3中，R是电流检测电阻，C用于消除竞争。在图4中IN表示三相双三拍电机流过公共点电流检测电阻的额定工作电流;In表示检测电流的门限，In=2/3IN;I表示电机的实际工作电流。ALM表示欠电流报警。系统运行后，当I≥In时，ALM报警，直到故障排除，系统复位后报警解除。图4中的细实线表示ALM未报警时的时序图。

图4 电流波形图

3.4 触摸屏的软件设计
(1) 首页:打开电源开关后，提示输入登录密码。正确输入密码后，自动进入首页。设备进入准备状态。
(2) 输入窗口:输入窗口主要用于设定并进行操作。包括键盘和主要操作控件，操作者可以直接对设备进行操作。
(3) 配方数据窗口:对于经常用到的操作数据，可以按照提供的格式存放到配方卡记忆体里面,当需要时把它调出来，而不需要临时输入数据，可以大大地提高操作效率。
(4) 控制窗口:控制窗口主要用于对设备的基本功能的操作和显示。包括一个隐藏的小键盘窗口，可以在需要设定数据时弹出。
(5) 元件检查窗口:用于对PLC内部关键元件的监测，以便出错时查找故障。
(6) 梯形图检查窗口:用于对PLC梯形图的实时监控(由于MT506S不具备直接显示PLC内部梯形图的功能，故采用了单独制作显示PLC各元件的方法组合成关键部分梯形图)。

3.5 PLC的软件设计
PLC程序流程图如图5所示。
系统初始化后,完成了距离设定,选择运行方式后.再看系统是否有故障或是否到达原点。当完全准备妥后，分别执行自动或手动操作。在按设定距离执行自动往返运行的过程中，当中间执行断开操作后，系统保持运行方向，运行到设定距离，保持显示，然后停止运行;当执行复位操作后，系统首先运行显示归零(计数清零)，然后停止运行。在执行手动运行中，当到达设定距离后，系统保持显示，并停止运行;当运行中执行断开操作，方向不变，到达设定距离后，系统保持显示并停止运行;当执行复位操作，则运行显示归零(计数清零)，然后停止运行。

图5 PLC程序流程框图

4 结束语
控制器采用触摸屏和PLC来实现,缩短了开发周期，提高了运行的可靠性，尤其适合此类要求工程周期短，可靠性高，批量小的设备开发。另外，软件的灵活性还有利于设备的改造和升级。