西門子 PLC 單軸步進(jìn)電機(jī)控制全攻略

在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，西門子 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)具有至關(guān)重要的地位。它廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)場景，如機(jī)械加工、自動(dòng)化生產(chǎn)線等。通過精確控制步進(jìn)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)高精度的位置定位和速度調(diào)節(jié)，滿足不同生產(chǎn)工藝的需求。一、控制原理1. 脈沖控制方式由 PLC 輸出的脈沖數(shù)量控制旋轉(zhuǎn)角度，脈沖頻率控制電機(jī)速度。?步進(jìn)電機(jī)常被用于定位控制，西門子 PLC 可以通過輸出特定數(shù)量的脈沖來精確控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。例如，在未設(shè)定細(xì)分的情況下，若步距角為 1.8°，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈（360°），則 PLC 需要發(fā)出 200 個(gè)脈沖。這是因?yàn)?360°/X = 1.8°/1，解得 X = 200。?同時(shí)，PLC 輸出脈沖的頻率能夠控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。比如，脈沖頻率越高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越快。以伺服電機(jī)為例，PLC 控制伺服電機(jī)也是通過脈沖頻率和數(shù)量來實(shí)現(xiàn)對其速度和位置的精確控制。約定伺服電機(jī)每 10000 個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈，如果 PLC 在一分鐘內(nèi)發(fā)送 10000 個(gè)脈沖，那么伺服電機(jī)就以 1r/min 的速度走完一圈；如果在一秒鐘內(nèi)發(fā)送 10000 個(gè)脈沖，那么伺服電機(jī)就以 60r/min 的速度走完一圈。2. 細(xì)分功能減小步距角，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)更平穩(wěn)，減少控制誤差。?在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，較大的步距角會(huì)導(dǎo)致每次電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度較大，容易引起振動(dòng)，相應(yīng)的控制誤差也會(huì)變大。因此，引入了細(xì)分功能。細(xì)分是指通過驅(qū)動(dòng)器的 DIP 開關(guān)將步距角分成更小的微步進(jìn)角，從而辨率和運(yùn)動(dòng)平滑性。例如，步距角為 1.8°，設(shè)定 10 細(xì)分后，PLC 每發(fā)出一個(gè)脈沖，電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng) 0.18°，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈（360°），需要 PLC 發(fā)出 2000 個(gè)脈沖，計(jì)算過程為 360°/X = 0.18°/1，解得 X = 2000。?細(xì)分功能具有多方面的優(yōu)勢。首先，它可以辨率，對于需要高精度位置控制的應(yīng)用非常重要，如印刷機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備等。其次，細(xì)分技術(shù)可以減小電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)和噪音，特別是在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，使得步進(jìn)電機(jī)在對噪音和振動(dòng)敏感的應(yīng)用中更具優(yōu)勢，例如相機(jī)云臺(tái)、醫(yī)療影像設(shè)備等。此外，細(xì)分還能提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，使其更適用于需要快速變化的應(yīng)用，如激光打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床等。同時(shí)，細(xì)分技術(shù)還有助于消除共振現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。?然而，細(xì)分功能也存在一些劣勢。實(shí)施細(xì)分技術(shù)需要更復(fù)雜的控制系統(tǒng)和更高性能的微步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，這可能導(dǎo)致系統(tǒng)成本的增加。在一些低負(fù)載、低速度的應(yīng)用中，細(xì)分可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)效率的降低，因?yàn)樵谖⒉竭M(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)電機(jī)可能會(huì)消耗更多的能量。高細(xì)分率還可能導(dǎo)致電機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生更多的熱量，需要額外的散熱措施，增加了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。綜上所述，在選擇是否使用細(xì)分技術(shù)時(shí)，需要綜合考慮應(yīng)用的具體要求，包括精度、速度、負(fù)載和成本等因素，以找到*適合的解決方案。二、硬件連接1. 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器與 PLC 的連接?信號電壓和電阻的匹配在西門子 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)中，需要注意信號電壓和電阻的匹配問題。如果 PLC 的信號電壓過高，需要加接電阻?，F(xiàn)在絕大多數(shù)驅(qū)動(dòng)器的電壓可以兼容 3.3 - 28V 的信號電壓，有的情況下可以不必加電阻，但為了保險(xiǎn)起見，還是要先確認(rèn)一下驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)資料。例如，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的信號電壓是 5V，而西門子 PLC 使用的電壓為 24V 時(shí)，要接入驅(qū)動(dòng)器，需要串接 1.2K，1/4W 的電阻。?高速脈沖輸出指令的選擇西門子 PLC（CPU222）能輸出高速脈沖有兩種：PTO（占空比 50%）和 PWM（占空比可更改）。利用這兩種高速脈沖輸出指令可以控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)。2. 步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的連接電機(jī)繞組接線方式步進(jìn)電機(jī)的方向控制一般有兩種：?脈沖 + 方向：PUL 有脈沖產(chǎn)生時(shí)，電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，方向由 DIR 來決定。?正向脈沖 + 反向脈沖：當(dāng) PUL 有脈沖產(chǎn)生時(shí)，正轉(zhuǎn)；當(dāng) DIR 有脈沖產(chǎn)生時(shí)，反轉(zhuǎn)。但 PUL 與 DIR 不能同時(shí)有脈沖產(chǎn)生。當(dāng) A、B 兩相繞組調(diào)換時(shí)，可使電機(jī)反向。

三、軟件編程初始化程序復(fù)位相關(guān) M 點(diǎn)。調(diào)用初始化指令 CTRL。在軟件編程中，首先進(jìn)行初始化程序。這一步主要是復(fù)位相關(guān)的 M 點(diǎn)，為后續(xù)的程序運(yùn)行做好準(zhǔn)備。然后調(diào)用初始化指令 CTRL，該指令的 EN 端和 MOD一端都使用 SM0.0 使能。同時(shí)，為完成位以及錯(cuò)誤代碼等分配對應(yīng)的地址，需要注意這些地址不能與運(yùn)動(dòng)向?qū)ЫM態(tài)里面分配的地址相同或重復(fù)，這里從 VB100 開始分配，確保不重復(fù)。初始化完成后，為后續(xù)的操作奠定了基礎(chǔ)。

回原點(diǎn)程序上升沿觸發(fā)回原點(diǎn)指令 RSEEK。回原點(diǎn)完成標(biāo)志位的處理。接著進(jìn)行回原點(diǎn)程序。通過上升沿觸發(fā)回原點(diǎn)指令  RSEEK，當(dāng)使能條件滿足后，START產(chǎn)生一個(gè)上升沿，開始進(jìn)行回原點(diǎn)操作?；卦c(diǎn)完成后，V100.2 為 1，表示回原點(diǎn)完成，此時(shí)可以將回原點(diǎn)的標(biāo)志復(fù)位掉，以便下次回原點(diǎn)時(shí)能夠再次使用。

正反轉(zhuǎn)運(yùn)行程序改變 GOTO 指令的參數(shù)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。停止按鈕的處理。在正反轉(zhuǎn)運(yùn)行程序中，通過改變 GOTO 指令的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。當(dāng)啟動(dòng)信號產(chǎn)生且沒有停止信號時(shí)，上升沿滿足后，使能 M1.0 來定位軸指令，同時(shí)激活定位指令，即接通 GOTO 指令上面的 START管腳。然后給 VD200 和 VD204 賦值移動(dòng)的位置和速度。如果 V100.1（初始化指令上面的當(dāng)前位置）等于 0，表示正方向移動(dòng)，此時(shí)賦的位置是 80.0，速度為 8.0；如果等于 1，則不能賦值。賦值完成后調(diào)用 GOTO 指令，將移動(dòng)的位置、速度填上去，模式選擇 0（定位），About 管腳選擇停止信號，后面的Done、Error 和當(dāng)前位置、當(dāng)前速度分配對應(yīng)地址。當(dāng)?shù)竭_(dá) 80mm 的位置后，使能指令 M1.0 為 ON，同時(shí) V100.3 為 ON，此時(shí) VD130 的值等于 80.0。使能條件滿足，定位完成后，將這條指令復(fù)位掉，同時(shí)改變位置，把 0 給到當(dāng)前的位置，速度變?yōu)?10.0。如果按下停止按鈕，軸停止運(yùn)行，將 M1.0 和 M1.1 全部復(fù)位。當(dāng)再次按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，如果是反方向按下的停止按鈕，V100.1 等于 1，此時(shí)條件打開，無法重新賦值，運(yùn)行原來反方向的數(shù)據(jù)；如果是正方向，重新賦值后激活運(yùn)行。

思考題與解析思考題1：若步距角為 1.8°，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈（360°），則 PLC 需要發(fā)出()個(gè)脈沖。解析：在未設(shè)定細(xì)分的情況下，若步距角為 1.8°，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈（360°），則 PLC 需要發(fā)出 200 個(gè)脈沖。這是因?yàn)?360°/X = 1.8°/1，解得 X = 200。思考題2：步進(jìn)電機(jī)的方向控制一般有兩種：（）和（）解析：步進(jìn)電機(jī)的方向控制一般有兩種：脈沖 + 方向：PUL 有脈沖產(chǎn)生時(shí)，電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，方向由 DIR 來決定。正向脈沖 + 反向脈沖：當(dāng) PUL 有脈沖產(chǎn)生時(shí)，正轉(zhuǎn)；當(dāng) DIR 有脈沖產(chǎn)生時(shí)，反轉(zhuǎn)。但 PUL 與 DIR 不能同時(shí)有脈沖產(chǎn)生。當(dāng) A、B 兩相繞組調(diào)換時(shí)，可使電機(jī)反向。

掃碼學(xué)習(xí)更多相關(guān)視頻課程

來源：技成培訓(xùn)網(wǎng)，作者：林瑞花，轉(zhuǎn)載請注明出處！掃碼領(lǐng)取學(xué)習(xí)資料

超全西門子全套資料 如何通過編寫SCL語言程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)稱重物料分揀？（含視頻） 2025-02-21

西門子邏輯指令輕松辨別，文章超詳細(xì) 2025-02-21

三菱 PLC 子程序調(diào)用全攻略 2025-02-20

西門子200系列軟件安裝出錯(cuò)處理方法 2025-02-20

三菱PLC現(xiàn)場傳送帶控制案例 2025-02-19