6ES7222-1HD22-0XA0供应现货

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步进电机　可编程序控制器(PLC) 　控制驱动器

　　传统上,在用PLC 控制步进电机时,通常在PLC中附加一块专用的步进电机控制智能模块,再与驱动电源相连接实现控制功能。在市场上,一片PLC的价格在2000 元左右,而一块控制智能模块也值2000 元,再加上驱动电源在1500 到2500 元左右,在一些小型控制中显得成本过高。本文介绍的一种控制驱动器产品,采用单片机内置式控制软件,接收PLC 的OC 门信息,将步进电机控制模块与驱动电源合二为一,省去了步进电机控制智能模块,使成本大为降低。该驱动器适用于各种二相、小于3A 的步进电机。

一、系统硬件

　　本系统采用软件环分驱动,大量工作由软件完成。硬件电路十分简单。如图1 所示。

图2 所示,同PLC 配合闭环控制步进电机,是该驱动器的一种典型应用。
　　
二、系统工作原理

　　众所周知,普通的PLC 可编程控制器,输入为OC 门或继电器,很少有高速脉冲输出口,但一般有脉冲计数输入接口。我们利用这一特征点,通过以下配置可方便的完成机械运动的过程或位置控制。
在机械运动机构上安装过程控制使用的长光栅,并在运动机构一端设定限位开关为机械原点(可用光电、霍尔元件) ,远离限位开关为步进电机运行的正方向。当步进电机通电后,首先向机械原点运行,当碰到限位开关时, PLC 内部的计数器自动清零。如我们要进行机械运动的过程控制,通过光栅与步进电机带动的机械部件相连,确定步进电机与
光栅的脉冲当量值之后,即可在PLC 可编程控制器上编程实现高速高效的过程控制了。例如:步进电机的脉冲当量为01001mm ,与之配合的光栅反馈脉冲也选配输出每个脉冲为01001mm ,这样步进电机每走一步,光栅反馈一次信号到PLC 内,计数器则加(或减) 一。

　　由于该步进电机控制驱动器有7 种速度可选,在不同的运动情况下选不同的速度,当运行到确定的位置后,停止步进电机即可。同时,控制驱动器内还自带升降频控制、整步/ 细分切换等功能,所以PLC 的控制使用十分方便。

三、系统软件

　　该系统的核心是单片机软件部分。
　　软件由以下几个主要模块组成。如图3 所示。
　　初始化模块:清理程序中所需的标志位,判断是否需要启动电机并复位电机。
　　输入模块:CPU 接收来自INT1 到INT4 的电平信号。其中INT1 到INT3 的各种不同组合用以选择7 种常用频率来驱动电机,参见表1。INT4 决定运动方向(1 表示正转,0 表示反转) 。

　　升降频模块:此模块包括升降频数据表和查询数据表并给计数器T0 赋值两个子模块。它保证在两种频率之间切换时平稳圆滑过渡且不失步。程序在升降频过程中,涉及到“优化升降频曲线”如图4 所示,这条曲线的方程由电机参数决定。详细说明查阅其他资料。在处理这条曲线时,由时间t 每递增△t 所对应的频率f 构成一张表,并对应
　　生成一页MCS - 51 汇编语言数据表(计时器T0 的初值) ,以查询数据表的方式来拟合这条曲线,实现优化升降频过程。

　　整步/ 细分切换模块:程序确定将七种常用频率以细分形式驱动电机,以满足电机处以不同工作状态时的不同需要;并将高频率设置成以整步驱动电机,使电机能高速空走。本模块负责完成从整步到细分、从细分到整步的切换。
　　输出模块:此模块包括脉冲环分和环分脉冲输出(T0 中断完成) 两个子模块。本系统按二相二十拍编写程序。改变此模块可以广泛适用于二相各拍步进电机。

四、总结

　　同传统驱动器相比,该控制驱动器以软件代替硬件步进电机控制器和硬件脉冲环分电路,结构简单,成本节约。采用闭环控制,根据位置传感器的不同种类和精度,可广泛适用于坐标测量仪、比长仪等各种不同精度的精密仪器和机床设备。

该系统运用SIEMENS的S7—300 PLC通过PROFIBUS—DP总线实现变频器网络控制．从而实现了中厚板精整系统的a动化生产。系统调试，维护方便，运行可靠。

近几年，随着生产自动化和过程自动化中分散化结构的迅速增长，现场总线系统的应用日益普遍。其原因之一是现场总线系统实现了数字和模拟输入／输出模块、智能信号装置、过程调节装置、可编程序控制器（PLC）和 PC之间的数据传输，把I／O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到小，从而使成本费用大大节省。原因之二是标准化的现场总线具有“开放”的通信接I：1，允许用户选用不同制造商生产的分散I／O装置和现场设备，同时也可以方便地实现二级及三级网络的连接。济钢中厚板三期工程精整区域由于设备数量较多，同时又分散在较大的范围内，因此特别适合采用现场总线方式实现生产过程的自动化控制。

系统简介

中厚板精整区域的主要设备有：冷床输入辊道、输入提升链、滚盘、输出提升链及输出辊道、润滑站及冷床冷却风机，另外还有火焰切割系统、运输辊道、翻板机、电磁起重机等。中厚板厂的原有自动化设备，绝大多数采用SIEMENS公司的产品。为了便于维护和网络连接，精整区域的自动化控制设备也以SIEMENS的产品为主，PLC选用s7—300，其中CPU型号为315—2DP。传动系统全部为SIMOVERT MASTERDRIVERS矢量控制型变频器。

其中，l#冷床及精整区域PROFIBUS—DP系统中，2#站s7—300为主站，本站的模块均为冷床系统输入输出点。

3样站，17样站为远程ET一200，其中3样站ET一200是精整系统的远程I／O，17样站ET一200则作为冷床操作台远程I／O。4～8#站是输入输出系统传动变频器，9～16#站是1#冷床系统传动变频器，18～2l样站则是2样冷床系统传动变频器。

总线连接

PROFIBUS—DP系统是一个两端有源终端器的线性总线结构，亦称为RS485总线段，在一个总线段上多可连接32个站。使用9针D型连接器用于总线站与总线的相互连接。

D型连接器的插座与总线站相连接，而D型连接器的插头与总线电缆相连接。

与总线连接的每一个站，无论是主站还是从站，都表现为一个RS485电流负载。有源总线终端接有终端电阻，在数据传输时防止反射，并且当总线上无站活动时，它确保在数据线上有一个确定的空闲状态电位。本系统中，在一个总线段上共有20个站，2样站和l样站作为总线的2个终端接有终端电阻，终端电阻可以由位于中线插头的开关来实现连接和断开之间的转换。

PROHBUS—DP协议是为自动化制造工厂中分散I／O和现场设备所需的高速数据通信而设计的。典型的DP配置是单主站结构，DP主站与DP从站间的通信基于主一从原理，也就是说，只有当主站请求时，总线上的DP从站才可能活动。

DP从站被DP主站按轮询表依次访问。DP主站与DP从站间的用户数据连续地交换，而并不考虑用户数据的内容。中厚板1#冷床及精整区域就是采用这种典型结构，如图1所示。

变频器的设置

（1）变频器与主站S7—300的通信是通过在SIMOVERT MASTERDRIVERS上安装CBP通信板来实现的

装机装柜型变频器有6个槽可用来安装可选板，cBP通信板可以安装在任何一个槽位。通信板安装完毕后就可以起动进行配置，首先要确定站地址，这是通过变频器参数设置完成的。其过程如图2所示。CBP通信板有3个指示灯显示通信状态。这3个指示灯分别是：红色为运行灯；黄色为与变频器进行数据交换灯；绿色为与PROFIBUS DP进行数据传输灯。只有当这3个指示灯同时闪烁时，系统通信才正常。

（2）PROFIBUS—DP的数据通过报文的形式交换

每个报文传输的数据可分为两组，需要用STEP7进行硬件配置时设定。这两组数据分别是参数PKW 和过程数据PZD。PKW数据段是读写变频器参数值以及读参数的全部特性。PZD数据段传输的是变频器的控制信息，也就是变频器的控制参数，由主站的S7—300向变频器发出控制字和设定点，变频器则返回状态字和实际值。PKW和PZD的数据长度可根据需要设定，同时可设定数据传输的速率。本系统中，PKW和PZD分别设定为4个字和2个字，通信数据传输波特率为1．5 Mbit／s。

（3）变频器通信控制参数的设置

变频器参数设置的基本过程如下：变频器送电后，首先将参数恢复为工厂设置，然后进行CBP板的配置，选择P060=5进行系统设置，后进行控制字和状态字的连接设置，将矢量控制开关量和矢量控制连接量与PLC中定义的参数值和控制字连接。本系统的主要连接参数如附表所示。

（4）由于翻板机、辊道等设备需要比较准确的定位，并且生产节奏较快，因此每台传动变频器都有外置的制动单元和制动电阻

制动单元通过中间回路连接到变频器上，当中间回路电压达到预定值时，制动单元自动接通，阻止中间电压继续升高。与制动有关的参数：P462为从静止加速到参考频率的时间；P463为加速时间的单位；P464为从参考频率减速到静置的时间；P465为减速时间的单位。根据工艺要求的不同，每台变频器设置不同的加减速时间。

PROFIBUS—DP的电磁干扰问题

安装PROFIBUS—DP的标准方法是：有接地基准电位，即必须把所有模块机架和负载电流回路与公共的基准电位（地）相连接，从而确保由于不合理的PROFIBUS—DP电缆敷设或设备安装不当而产生的干扰电流能被尽快分流掉。采用这种安装方法时，将各个部件的接地（S7—300、ET200、SIMOVERT MASTERDRIVERS）连接到控制柜的公共接地点。在这种方式下，总线插头连接器将PR0F1BUS—DP电缆的屏蔽与网络中所有的总线站相连接，干扰电流通过连接的地线分流掉，从而防止了由干扰引起的故障。

由于传动系统需要较大的电功率，因此动力电缆常常输送高电压和电流。如果这种电缆长距离与PROFIBUS—DP电缆并行敷设，则会在PROFIBUS—DP电缆上产生电容性和电感性干扰，从而扰动网络中的数据通信。为避免这种干扰，在敷设PROFIBUS—DP电缆时，要确保PROFIBUS—DP电缆与其他电线电缆之间的距离。在施工中，尽可能地把电力电缆和PROFIBUS电缆分别敷设在相互隔离的电缆桥架上。

该系统投入使用后，取得了较好的效果：

1）系统运行稳定可靠，维护检修工作量较少。

2）变频传动系统响应速度快，定位准确可靠。

3）可方便地与二级系统联网，为全线自动化奠定基础。

4）保证了产品质量，取得了较好的经济效益。