1、 精密制造与自动化 2016年第4期 42 基于 S7-200 PLC 与步进电机的位置控制系统设计 谷纪广1 唐明媚2（1.新地能源工程技术有限公司 河北廊坊 065001；2.北华航天工业学院 河北廊坊 065000）摘 要 设计了一套基于 S7-200 PLC 的步进电机位置控制系统，由软件和硬件两部分组成。使用 PLC 高速脉冲输出功能，控制步进电机运动。旋转编码器作为系统的检测元件，其输出脉冲信号反馈到 PLC，利用 PLC 的高速计数功能，实现位置的半闭环控制。关键词 PLC 步进电机 步进电机驱动器 脉冲编码器 步进电机是将电脉冲转化为角位移的执行机构，专门用于位置和速度精确控制
2、，其结构简单，运行可靠，具有反应速度快、运转噪音低、控制性能好、整机成本低等优点，广泛应用于机械、电子、纺织等行业。步进电机驱动器，用于放大控制信号，驱动步进电机，带动负载，步进电机系统的性能很大程度上取决于步进电机驱动器。旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。此信号输入给 PLC，利用 PLC 的高速计数器进行计数，以获得测量结果。典型的步进电机控制系统一般由三部分组成，步进电机控制器、步进电机驱动器以及步进电机。但当步进电机启动频率过高或负载过大时，易出现丢步现象，停止时转速过高易出现过冲现象，所以为保证其控制精度，往往加入反馈环节组成高性
3、能的闭环、半闭环控制系统。本文采用旋转编码器作为位置反馈器件，使其控制性能更为可靠。1 1 步进电机控制步进电机控制系统总体结构系统总体结构 本系统采用半闭环结构，总体结构如图 1 所示。程序在 PC 机上编写并调试，然后再下载到 PLC。图图 1 系统总体结构框图系统总体结构框图 2 2 步进电机控制步进电机控制系统硬件设计系统硬件设计 2.1 2.1 硬件选型硬件选型 系统选用西门子公司的 S7-200 PLC，CPU224，直流供电，直流输入，PNP 晶体管输出，是一款紧凑高性能的 CPU，带有 24 个输入输出点。带有 6个 30 kHz 的高速计数器，2 个 20 kHz 高速脉冲输
4、出，满足系统的要求。步进电机为两相四线混合式步进电机，型号为57BYG。红绿、黄蓝分别为电机的 A、B 两相。驱动器为 THB7128-3 型，此驱动器为低功耗3A 的步进电机驱动器，工作电压为 1032V（本系统接入 24V），适合 57 电机，性能优越。电流设定方法为拨码开关分档可调，板子背面印有参数设定表格，方便调节。有细分功能，细分数也用驱动板上的拨码开关选择设定。旋转编码器为电压 24V 的光电编码器，有黑、红、黄、白四根接线，两根电源线，两根信号线，输出脉冲相位差为 90。2.2 2.2 硬件接线硬件接线 S7-200 PLC 输入端采用共阴极接法，与之相适应，旋转编码器采用 PN
5、P 型，如图 2 所示。图图 2 PNP 型编码器输出电路图型编码器输出电路图 万方数据 谷纪广 等 基于 S7-200PLC 与步进电机的位置控制系统设计 43 系统的硬件接线如图 3 所示。驱动器的输入信号电压为 5V，有两种接法，共阳极或共阴极，与系统选用的 PLC 输出端子内部连接方式匹配，选用共阴极接法。分别将 PUL-、DIR-、ENA-连接到 5V电源的地端，5V 电源的阳极接 PLC 的公共端 1L+，+5V 的脉冲信号通过 PUL+给定，方向信号通过DIR+给定，脱机信号由 ENA+给定，三个信号端分别与 PLC 的 Q0.0、Q0.1、Q0.2 相接。驱动器的 A+、A-端
6、子与步进电机的 A 相引线红绿线相接，B+、B-端子与步进电机的 B 相引线黄蓝线相接，以驱动电机运动。图图 3 系统硬件接线图系统硬件接线图 3 3 步进电机控制步进电机控制系统软件设计系统软件设计 系统端口分配如表 1 所示，PLC 梯形图如图 4所示。网络 1、2、3、5 为高速脉冲输出程序，网络4 为高速计数器程序。网络 1 选定了 Q0.0 为高速脉冲输出口，周期为1000 个单位，单位由 SM67.3 决定，由网络 3 确定为 us。网络 2 对 Q0.1 复位，由此确定了步进电机的旋转方向。网络 3 设定了高速脉冲的其他参数以及脉冲输出个数，并启动了高速脉冲输出。网络 4分别设置了高速计数器的控制字节，选定了 HSC0、设定了 HSC0 的初始值、工作模式以及启动高速计数器。网络 5 为高速脉冲输出停止程序。SMB67=16#85，按如下说明设定：SMB67.7：0 为禁用 PTO/PWM，1 为启用；SMB67.6：0 为 PTO 模式，1 为 PWM；SMB67.5：PTO 段数选择，0 为单段，1 为多段；SMB67.4：PWM 更新方法，0 为异步更新，1 为同步
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